添加剂Eo对NEPE推进剂高压燃烧性能的影响

火工品2007 年04月INTIATORS & PYROTECHNICS20007 年第2期文章编号: 100-1480 (2007 ) 02-0036-03添加剂Eo对NEPE推进剂高压燃烧性能的影响范红杰，樊学忠，李_上文(西安近代化学研究所，陕西西安, 710065)商要:采用燃速测试、微热电偶技术、燃烧火焰结构照像等试验方法，研究了含Eo的NEPE推进剂的高压燃烧性能。结果表明，推进剂中添加Eo可改善推进剂的高压燃烧性能，含Bo的推进剂在低压下的燃速较高,在高压下的燃速较低，并且随压强的上升，燃速压强指数降低。关键词: NEPE 推进剂;燃速压强指数;燃烧性能;添加剂中图分类号: TQ564文献标识码: 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-为进一步拓宽该类推进剂的使用范围, 降低燃速ether, 简称NEPE )推进剂是新-代高能固体推进剂。压强指数,可采取3种途径:提高低压段燃速、降低由于配方中含大量的硝胺氧化剂,其燃烧性能同硝胺高压段燃速及同时提高低压段燃速和降低高压段燃复合推进剂的燃烧性能相似,燃速随压强的变化可分速。基于上述3种途径,本研究将金属粉和含硝基聚为3段,即: (1) 低压段,燃速随压强的增大而缓合物按- -定比例配制成添加剂Eo, 试验了自制的添馒增加，其燃速压强指数介于0.5~0.7之间。(2)过加剂Eo对NEPE推进剂高压燃烧性能的影响，并初渡段,燃速随压强增大而急剧增加,其燃速压强指数步探讨了添加Eo改善NEPE推进剂燃烧性能的机理。很高。(3) 高压段,燃速随压强增大而迅速增加，其燃速压强指数接近1-2。 目前NEPE推进剂在1 试验3-11MPa范围内的压强指数为0.5左右0;王芳等四的研究结果表明: NEPE推进剂在15~22MPa范围内，1.1设备与主要原材料燃速随压强升高急剧增加，燃速压强指数上升。中国煤化工捏合机(德国);收稿日期: 2007-01-071HCNMHG作者简介:范红杰(1975-),男,硕士,从事固体推进剂配方、工艺及燃烧特性研究。2007年04月火工品.37.充氮调压式燃速仪(西安近代化学研究所)。主要原表2推进剂燃烧性能测试结果Tab.2_ Test results of the buming rate for the propellants材料:聚醚粘合剂(洛阳黎明化工研究院提供)、黑序W (mms')索今(RDX,兰州银光化学材料厂)、铝粉(Al)、-号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高氯酸铵(AP)、添加剂Eo(自制)、硝酸酯增塑11.73 21.9826.2030.4933.08r=3.506 parM剂(自制)。30.77=3971p0X13.89 2273n0.561.2推进剂配方组成(5-12MPa)_为了研究Eo对推进剂燃烧性能的影响，设计了%Eo几个含Eo的推进剂配方，配方中用不同含量的Eo3%Eo代替铝粉,而其它组分含量不变。组成见表1。0表1推进剂配方Tab.1 The fomulation of the propellantsP/MPa福W福%图1不同压力下Eo含量对燃速增加幅度的影响5858.9Fig1 The efects of the contents of Eo on the burning rateaugmentation on difterent pressure conditioa1燃速增加幅度为: (r-ro) 1rox100%(1)1.3推进剂祥品制备及试验方法(1)式中r为不同含量Eo的推进剂配方在不同推进剂样品制备:根据表1中推进剂配方组成,压力下的燃速，ro 为不含Eo的推进剂配方在不同压采用配浆浇铸工艺,用5立升行星式捏合机真空捏合力下的燃速，即表1中1号配方的燃速。约1h左右，真空浇铸, +50"C固化7d, 退模。从表2中可看出，Eo可明显降低推进剂的燃速燃速测定:固体推进剂燃速测定采用靶线法在充压强指数。推进剂配方中不含Eo时,其燃速压强指氮调压式燃速仪中进行，测试前将药条切为5mmx5数在5~20MPa范围内为0.839,随Eo含量增加，燃mmx100mm,用聚乙烯醇进行包覆。速压强指数降低;当用Eo全部代替配方中的铝粉时，燃烧火焰结构单幅照像试验:将制成的5mmx5m5~12MPa范围内的燃速压强指数降到了0.56。从表2mx15mm推进剂样品垂直安装在点火架上,将点火架中还可看出， 在5MPa压力下，随Bo含量增加，推放人四视窗透明燃烧室，充氮气达设定压力后点火，进剂的燃速增加;在12MPa. 15MPa 压力下，随Eo启动照相机拍下不同压力下推进剂的燃烧火焰结构。含量增加，燃速则先增加后减小，而后又增加，但均燃烧表面温度测试:将"IT”型双钨铼微热电偶埋高于不含Eo的推进剂配方的燃速;在18~20MPa下，在所制备的推进剂样品里，通过测量其燃烧波温度分推进剂的燃速则随Eo含量的增加而减小，且均低于布来获得燃烧表面温度。不含Eo的推进剂配方的燃速。图1也表明,在5MPa下，随Eo含量增加，燃速增加幅度逐渐增加，随压2试验结果 与讨论升高，燃速增加幅度减小，当压力进一步升高时,燃速增加幅度为负值,即燃速下降。表2和图1表明,2.1 NEPE 推进剂燃速特性Eo降低推进剂的燃速压强指数是其提高了低压下的本文对推进剂样品的燃烧性能进行了测试,结果燃速而降低了高压下的燃速。见表2。表2中式raP"中,r表示燃速,a表示常数,2.2含Eo推进剂燃烧火焰结构和燃烧表面温度P表示压力, n为燃速压强指数,常数a和燃速压强中国煤化工烧火焰结构的影指数n按lnr=lna+nInP线性回归处理求得。响,EPa压力下的燃烧CNMHG为直观描述Eo对推进剂燃速的影响，用燃速增火焰照力(出于头短宋什的限制，禾能拍摄更高压力加幅度来反映Eo对提高推进剂燃速的贡献，见图1。下的火焰照片),见图2,其中a, b, c, d分别对应38范红杰等:添加剂Eo对NEPE推进剂高压燃烧性能的影响2007年第2期_了表1中的2~5号配方。并利用微热电偶测试技术测滴产生辐射热反馈，随压力增加,热反馈增加，使含定了对应压力下的燃烧波温度分布,获得了燃烧表面铝推进剂燃速增加较快,造成燃速压强指数升高。温度,结果见表3。3结论(1 )推进剂配方中添加Eo提高了推进剂在低压(日)b)下的燃速，并降低了高压下的燃速，从而降低推进剂的燃速压强指数,改善了推进剂的燃烧性能。(2)推进剂配方中添加Eo能够降低推进剂的燃速压强指数,这是由于Eo在推进剂燃烧表面聚集燃(c)d)烧,起到了一层保护膜的作用,使从气相反馈回来的图2 5MPa 压力下推进剂燃烧火焰照片热量对凝聚相反应的影响作用变小。Fig2 The combustion fame photos of the propellants at thepressure of 5MPa表3推进剂燃烧表面温度(5MPa)参考文献:Tab3 The results of the burning surface temperature(Ts)forthe propellants (5MPa)二防_21] 曹泰岳.关于硝胺复合推进剂燃速特性和燃烧模型的述7C328405-421413-421 450-457从燃烧火焰照片可看出，Eo含量较少时，燃烧评[D].推进技术，1989(3) : 54-59.表面存在暗区,见图2(a),随Eo含量增加，暗区[2]张炜, 朱慧硝胺复合推进剂燃烧模型进展综述[0.推进技术，1993(3) : 47-54.变得不明显，当用Eo全部替代配方中的AI粉时,燃[3] 庞爱民， 王北海降低硝胺推进剂燃速和压强指数的暗区烧表面暗区消失,见图2(d)。从火焰照片还可看出,增强理论[].固体火箭技术，1999, 22(4): 35-40.相同压力下随配方中的Al逐渐被Eo代替,燃烧表面4] 刘云飞，官焕样,姚维尚，等组分对NEPE推进剂燃烧亮点逐渐增多。这可能是在燃烧表面上Eo的凝聚所性能的影响[C].北京: 2004年火炸药学术研讨会论文集，致。由于Eo在燃烧表面聚集燃烧,释放的热能-部2004: 207-210.分传递到凝聚相，因此随Eo的含量增加，推进剂燃[5]陈福泰, 谭惠民，仇武林.罗善国,等降低NEPE推进烧表面温度升高，如表3所示。剂燃速乐强指数研究[J.固体火箭技术, 1999 22 (4):如前所述，推进剂配方中加入Eo, Eo 在推进剂31-34.燃烧表面聚集燃烧,释放的热量-部分传递给推进剂[6] 张海燕 改性NEPE推进剂及其钝感特性[J.推进技术,凝聚相，-部分传递给气相。随压力的增加，Eo起2002 (8): 53-55.到一层类似保护膜的作用,从气相反馈回来的热量被7刀] 王芳,张小平,胡润芝，等硝酸酯增塑聚醚高能推进剂这层保护膜有限制地传递给凝聚相,即从气相反馈回高压燃烧性能研究[J].推进技术, 2004, 25(5): 469 472.来的热量对凝聚相反应的影响作用变小。所以在较低[8]才大颖. 固体推进剂中铝粉的燃烧[J.飞航导弹，1987的压力下，Eo能够提高推进剂的燃速，随着压力的(2) : 24-27.增加，则由于Eo的影响使得含Eo推进剂的燃速增加[9] 李疏芬，詹湖强.推进剂中铝燃烧的研究[.固体火箭技较慢,从而改善推进剂的燃烧性能。这不同于推进剂术, 1988(1): 69-76.中铝粉的燃烧过程181。金属铝在推进剂中的燃烧过[10]中国煤 化工过程研究进展D推进程是铝在推进剂燃烧表面凝聚,由于该过程是一个放热过程,随着温度的升高,凝聚物在燃烧表面点火,CHCN MH G,[11] 工长心平立凋健秉H然风顷剧夏合推进剂燃速的影响随后离开燃烧表面，在气相中燃烧;燃烧着的金属液刃飞航导弹， 1992(8) : 4446.