含高能粒子的HTPB基混合推進(jìn)燃料的配方設(shè)計(jì)及燃燒性能研究.pdf

1、混合火箭發(fā)動機(jī)結(jié)合了固體火箭發(fā)動機(jī)和液體火箭發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢，具有比沖高、推力可控以及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是低成本推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但是固態(tài)燃料的燃面退移速率較低，是制約固液混合推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。本文選擇力學(xué)性能優(yōu)異的端羥基聚丁二烯(HTPB)作為固態(tài)燃料的主要成分，通過添加不同種類、粒徑以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的金屬顆粒，研究了高能粒子對HTPB基燃料燃燒性能的影響規(guī)律，得到提高固態(tài)燃料退移速率的新途徑。研究取得的主要成果如下:
　

2、　HTPB基燃料由HTPB、己二酸二異辛酯(DOA)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和二月桂酸二丁基錫(TIN)組成。在HTPB基燃料中分別添加不同粒徑的鎂粉和鋁粉，金屬顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5％增加至15％。
　　使用自制的實(shí)驗(yàn)裝置制作固態(tài)燃料藥柱，測得藥柱密度為0.906 g/cm3，為理論裝藥密度的99.02％，表明藥柱的致密性較高，滿足實(shí)驗(yàn)要求。掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示鎂粉粒子在燃料中分布均勻，而鋁粉粒子由于粒徑較小在燃

3、料中存在一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。熱重分析-示差掃描量熱(TG-DSC)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，HTPB基燃料的放熱量隨著金屬高能粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。
　　采用高速攝影法測試HTPB基燃料的燃燒性能。相對于無添加高能粒子的燃料，高能粒子能夠顯著增加燃料在燃燒過程中的熱反饋，因此可以明顯改善燃料的燃燒性能。在氧化劑(GOX)質(zhì)量密流為370kg/(m2·s)，添加20μm、50μm和100μm的鎂粉粒子（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％）時(shí)，HTPB基燃料的退移

4、速率分別增長了75.61％、47.07％和40.18％，質(zhì)量消耗率分別增加了80.13％、53.65％和37.27％。當(dāng)20μm鎂粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5％增加至15％時(shí)，退移速率的增長比例從75.61％升高至188.18％。
　　添加鋁粉也可以提高燃料的退移速率，并且隨著含量的增加而增加，但是納米鋁粉由于粒徑很小，在燃燒過程中會形成致密的氧化鋁層阻礙燃燒的進(jìn)行，影響燃料的燃燒性能。在氧化劑質(zhì)量密流為370kg/(m2·s)時(shí)，添加5％粒