添加劑Eo對NEPE推進(jìn)劑高壓燃燒性能的影響

火工品2007 年04月INTIATORS & PYROTECHNICS20007 年第2期文章編號: 100-1480 (2007 ) 02-0036-03添加劑Eo對NEPE推進(jìn)劑高壓燃燒性能的影響范紅杰，樊學(xué)忠，李_上文(西安近代化學(xué)研究所，陜西西安, 710065)商要:采用燃速測試、微熱電偶技術(shù)、燃燒火焰結構照像等試驗方法，研究了含Eo的NEPE推進(jìn)劑的高壓燃燒性能。結果表明，推進(jìn)劑中添加Eo可改善推進(jìn)劑的高壓燃燒性能，含Bo的推進(jìn)劑在低壓下的燃速較高,在高壓下的燃速較低，并且隨壓強的上升，燃速壓強指數降低。關(guān)鍵詞: NEPE 推進(jìn)劑;燃速壓強指數;燃燒性能;添加劑中圖分類(lèi)號: TQ564文獻標識碼: AThe Efects of Additive Eo on the Combustion Performancesof NEPE Propellants at High PressureFAN Hong jie, FAN Xue-zhong, LI Shang wen(Xi' an Modem Chemistry Research Institude, Xi'an, 710065)Abstract: The effects of additive Eo on the combustion performances of NEPE propellants were studied, by buming ratetesting, microthermo couple and photographing combustion flame stnuctures. Result shows that Eo can improve the combustionperformance of NEPE propellants. At low pressure Eo can increase the burning rate of the propellants and decrease the bumingrate at high pressure. With the increasing of the pressure, the bumning rate pressure exponeat of the propellants is reduced.Key words: NEPE propellants; Bumning rate pessure exponent; Combustion performance; Additive硝酸酯增塑的聚醚( Nitrate Ester Plasticized Poly-為進(jìn)一步拓寬該類(lèi)推進(jìn)劑的使用范圍, 降低燃速ether, 簡(jiǎn)稱(chēng)NEPE )推進(jìn)劑是新-代高能固體推進(jìn)劑。壓強指數,可采取3種途徑:提高低壓段燃速、降低由于配方中含大量的硝胺氧化劑,其燃燒性能同硝胺高壓段燃速及同時(shí)提高低壓段燃速和降低高壓段燃復合推進(jìn)劑的燃燒性能相似,燃速隨壓強的變化可分速?；谏鲜?種途徑,本研究將金屬粉和含硝基聚為3段,即: (1) 低壓段,燃速隨壓強的增大而緩合物按- -定比例配制成添加劑Eo, 試驗了自制的添饅增加，其燃速壓強指數介于0.5~0.7之間。(2)過(guò)加劑Eo對NEPE推進(jìn)劑高壓燃燒性能的影響，并初渡段,燃速隨壓強增大而急劇增加,其燃速壓強指數步探討了添加Eo改善NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的機理。很高。(3) 高壓段,燃速隨壓強增大而迅速增加，其燃速壓強指數接近1-2。 目前NEPE推進(jìn)劑在1 試驗3-11MPa范圍內的壓強指數為0.5左右0;王芳等四的研究結果表明: NEPE推進(jìn)劑在15~22MPa范圍內，1.1設備與主要原材料燃速隨壓強升高急劇增加，燃速壓強指數上升。中國煤化工捏合機(德國);收稿日期: 2007-01-071HCNMHG作者簡(jiǎn)介:范紅杰(1975-),男,碩士,從事固體推進(jìn)劑配方、工藝及燃燒特性研究。2007年04月火工品.37.充氮調壓式燃速儀(西安近代化學(xué)研究所)。主要原表2推進(jìn)劑燃燒性能測試結果Tab.2_ Test results of the buming rate for the propellants材料:聚醚粘合劑(洛陽(yáng)黎明化工研究院提供)、黑序W (mms')索今(RDX,蘭州銀光化學(xué)材料廠(chǎng))、鋁粉(Al)、-號SMP IMP LSMPa 18MP_ 2MP (5-2MP)10.86 21.9326.7931.38 35.21 P 2788311.39 223227.1031.16 34.011m3.188 p&m高氯酸銨(AP)、添加劑Eo(自制)、硝酸酯增塑11.73 21.9826.2030.4933.08r=3.506 parM劑(自制)。30.77=3971p0X13.89 2273n0.561.2推進(jìn)劑配方組成(5-12MPa)_為了研究Eo對推進(jìn)劑燃燒性能的影響，設計了%Eo幾個(gè)含Eo的推進(jìn)劑配方，配方中用不同含量的Eo3%Eo代替鋁粉,而其它組分含量不變。組成見(jiàn)表1。0表1推進(jìn)劑配方Tab.1 The fomulation of the propellantsP/MPa福W福%圖1不同壓力下Eo含量對燃速增加幅度的影響5858.9Fig1 The efects of the contents of Eo on the burning rateaugmentation on difterent pressure conditioa1燃速增加幅度為: (r-ro) 1rox100%(1)1.3推進(jìn)劑祥品制備及試驗方法(1)式中r為不同含量Eo的推進(jìn)劑配方在不同推進(jìn)劑樣品制備:根據表1中推進(jìn)劑配方組成,壓力下的燃速，ro 為不含Eo的推進(jìn)劑配方在不同壓采用配漿澆鑄工藝,用5立升行星式捏合機真空捏合力下的燃速，即表1中1號配方的燃速。約1h左右，真空澆鑄, +50"C固化7d, 退模。從表2中可看出，Eo可明顯降低推進(jìn)劑的燃速燃速測定:固體推進(jìn)劑燃速測定采用靶線(xiàn)法在充壓強指數。推進(jìn)劑配方中不含Eo時(shí),其燃速壓強指氮調壓式燃速儀中進(jìn)行，測試前將藥條切為5mmx5數在5~20MPa范圍內為0.839,隨Eo含量增加，燃mmx100mm,用聚乙烯醇進(jìn)行包覆。速壓強指數降低;當用Eo全部代替配方中的鋁粉時(shí)，燃燒火焰結構單幅照像試驗:將制成的5mmx5m5~12MPa范圍內的燃速壓強指數降到了0.56。從表2mx15mm推進(jìn)劑樣品垂直安裝在點(diǎn)火架上,將點(diǎn)火架中還可看出， 在5MPa壓力下，隨Bo含量增加，推放人四視窗透明燃燒室，充氮氣達設定壓力后點(diǎn)火，進(jìn)劑的燃速增加;在12MPa. 15MPa 壓力下，隨Eo啟動(dòng)照相機拍下不同壓力下推進(jìn)劑的燃燒火焰結構。含量增加，燃速則先增加后減小，而后又增加，但均燃燒表面溫度測試:將"IT”型雙鎢錸微熱電偶埋高于不含Eo的推進(jìn)劑配方的燃速;在18~20MPa下，在所制備的推進(jìn)劑樣品里，通過(guò)測量其燃燒波溫度分推進(jìn)劑的燃速則隨Eo含量的增加而減小，且均低于布來(lái)獲得燃燒表面溫度。不含Eo的推進(jìn)劑配方的燃速。圖1也表明,在5MPa下，隨Eo含量增加，燃速增加幅度逐漸增加，隨壓2試驗結果 與討論升高，燃速增加幅度減小，當壓力進(jìn)一步升高時(shí),燃速增加幅度為負值,即燃速下降。表2和圖1表明,2.1 NEPE 推進(jìn)劑燃速特性Eo降低推進(jìn)劑的燃速壓強指數是其提高了低壓下的本文對推進(jìn)劑樣品的燃燒性能進(jìn)行了測試,結果燃速而降低了高壓下的燃速。見(jiàn)表2。表2中式raP"中,r表示燃速,a表示常數,2.2含Eo推進(jìn)劑燃燒火焰結構和燃燒表面溫度P表示壓力, n為燃速壓強指數,常數a和燃速壓強中國煤化工燒火焰結構的影指數n按lnr=lna+nInP線(xiàn)性回歸處理求得。響,EPa壓力下的燃燒CNMHG為直觀(guān)描述Eo對推進(jìn)劑燃速的影響，用燃速增火焰照力(出于頭短宋什的限制，禾能拍攝更高壓力加幅度來(lái)反映Eo對提高推進(jìn)劑燃速的貢獻，見(jiàn)圖1。下的火焰照片),見(jiàn)圖2,其中a, b, c, d分別對應38范紅杰等:添加劑Eo對NEPE推進(jìn)劑高壓燃燒性能的影響2007年第2期_了表1中的2~5號配方。并利用微熱電偶測試技術(shù)測滴產(chǎn)生輻射熱反饋，隨壓力增加,熱反饋增加，使含定了對應壓力下的燃燒波溫度分布,獲得了燃燒表面鋁推進(jìn)劑燃速增加較快,造成燃速壓強指數升高。溫度,結果見(jiàn)表3。3結論(1 )推進(jìn)劑配方中添加Eo提高了推進(jìn)劑在低壓(日)b)下的燃速，并降低了高壓下的燃速，從而降低推進(jìn)劑的燃速壓強指數,改善了推進(jìn)劑的燃燒性能。(2)推進(jìn)劑配方中添加Eo能夠降低推進(jìn)劑的燃速壓強指數,這是由于Eo在推進(jìn)劑燃燒表面聚集燃(c)d)燒,起到了一層保護膜的作用,使從氣相反饋回來(lái)的圖2 5MPa 壓力下推進(jìn)劑燃燒火焰照片熱量對凝聚相反應的影響作用變小。Fig2 The combustion fame photos of the propellants at thepressure of 5MPa表3推進(jìn)劑燃燒表面溫度(5MPa)參考文獻:Tab3 The results of the burning surface temperature(Ts)forthe propellants (5MPa)二防_21] 曹泰岳.關(guān)于硝胺復合推進(jìn)劑燃速特性和燃燒模型的述7C328405-421413-421 450-457從燃燒火焰照片可看出，Eo含量較少時(shí)，燃燒評[D].推進(jìn)技術(shù)，1989(3) : 54-59.表面存在暗區,見(jiàn)圖2(a),隨Eo含量增加，暗區[2]張煒, 朱慧硝胺復合推進(jìn)劑燃燒模型進(jìn)展綜述[0.推進(jìn)技術(shù)，1993(3) : 47-54.變得不明顯，當用Eo全部替代配方中的AI粉時(shí),燃[3] 龐愛(ài)民， 王北海降低硝胺推進(jìn)劑燃速和壓強指數的暗區燒表面暗區消失,見(jiàn)圖2(d)。從火焰照片還可看出,增強理論[].固體火箭技術(shù)，1999, 22(4): 35-40.相同壓力下隨配方中的Al逐漸被Eo代替,燃燒表面4] 劉云飛，官煥樣,姚維尚，等組分對NEPE推進(jìn)劑燃燒亮點(diǎn)逐漸增多。這可能是在燃燒表面上Eo的凝聚所性能的影響[C].北京: 2004年火炸藥學(xué)術(shù)研討會(huì )論文集，致。由于Eo在燃燒表面聚集燃燒,釋放的熱能-部2004: 207-210.分傳遞到凝聚相，因此隨Eo的含量增加，推進(jìn)劑燃[5]陳福泰, 譚惠民，仇武林.羅善國,等降低NEPE推進(jìn)燒表面溫度升高，如表3所示。劑燃速樂(lè )強指數研究[J.固體火箭技術(shù), 1999 22 (4):如前所述，推進(jìn)劑配方中加入Eo, Eo 在推進(jìn)劑31-34.燃燒表面聚集燃燒,釋放的熱量-部分傳遞給推進(jìn)劑[6] 張海燕 改性NEPE推進(jìn)劑及其鈍感特性[J.推進(jìn)技術(shù),凝聚相，-部分傳遞給氣相。隨壓力的增加，Eo起2002 (8): 53-55.到一層類(lèi)似保護膜的作用,從氣相反饋回來(lái)的熱量被7刀] 王芳,張小平,胡潤芝，等硝酸酯增塑聚醚高能推進(jìn)劑這層保護膜有限制地傳遞給凝聚相,即從氣相反饋回高壓燃燒性能研究[J].推進(jìn)技術(shù), 2004, 25(5): 469 472.來(lái)的熱量對凝聚相反應的影響作用變小。所以在較低[8]才大穎. 固體推進(jìn)劑中鋁粉的燃燒[J.飛航導彈，1987的壓力下，Eo能夠提高推進(jìn)劑的燃速，隨著(zhù)壓力的(2) : 24-27.增加，則由于Eo的影響使得含Eo推進(jìn)劑的燃速增加[9] 李疏芬，詹湖強.推進(jìn)劑中鋁燃燒的研究[.固體火箭技較慢,從而改善推進(jìn)劑的燃燒性能。這不同于推進(jìn)劑術(shù), 1988(1): 69-76.中鋁粉的燃燒過(guò)程181。金屬鋁在推進(jìn)劑中的燃燒過(guò)[10]中國煤 化工過(guò)程研究進(jìn)展D推進(jìn)程是鋁在推進(jìn)劑燃燒表面凝聚,由于該過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程,隨著(zhù)溫度的升高,凝聚物在燃燒表面點(diǎn)火,CHCN MH G,[11] 工長(cháng)心平立凋健秉H然風(fēng)頃劇夏合推進(jìn)劑燃速的影響隨后離開(kāi)燃燒表面，在氣相中燃燒;燃燒著(zhù)的金屬液刃飛航導彈， 1992(8) : 4446.