产品名称: 旺彩固体推进剂的性能参数及其
上架时间: 2020-06-02
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  固体推动剂的机能参数及其._数学_自然科学_专业原料。固体推动剂的机能参数及其调剂 固体推动剂的苛重机能参数 ? ? ? ? ? ? ? 1比冲go 2密度比冲go 3特色速率go 4推动剂燃速go 5燃速压力指数ngo 6燃速温度系数go 7 压力

  固体推动剂的机能参数及其调剂 固体推动剂的苛重机能参数 ? ? ? ? ? ? ? 1比冲go 2密度比冲go 3特色速率go 4推动剂燃速go 5燃速压力指数ngo 6燃速温度系数go 7 压力温度系数go ? 1比冲 ? 正在火箭启发机中,单元质料推动剂燃烧时发生的冲量称为推 进剂的比冲,以ISP体现为 ? ISP=I/m (5.1) ? 式中:I — 火箭启发机的总冲(N· s-1);m — 固体推动剂的 总质料(kg)。 ? 另外,推动剂的比冲还能够体现为推力F与推动剂燃烧产品的 质料流量m*之比,即 ? ISP=F/m* (5.2) ? 依据推动剂正在火箭启发机内的燃烧为绝热历程的假定,推动 剂的初始焓完全改变为燃烧产品的焓,同时,遵守燃气产品 正在喷管活动历程中熵稳固的假设,则燃气活动中动能的扩充 来自于其焓的消重,Tc越高,n越大,ISP则越大,是以正在推动 剂配方安排时,应选用尽也许抬高燃温和消重燃气均匀相对 分子质料(即n大)的因素。 ? Isp=[2(HC-He)]1/2 (5.3) back ? ? ? ? 2密度比冲 密度比冲界说为 Iρ=ISP·ρ (5.4) 式中:Iρ-密度比冲(N· s/m3);ISP-推动剂的比冲 (N· s/kg);ρ-推动剂的密度(kg/m3) back ? 3特色速率 ? 特色速率是描写推动剂做功才力的一个要紧参数,界说为燃 烧室的压力和喷管喉部截面积的乘积与质料流量之比,体现 为 ? c*=PC· At/m (5.5) ? 式中:c*—特色速率(m/s );Pc—燃烧室内的压力(MPa); At—喷管喉部截面积(m2);m—质料流量(kg/s)。 ? 因为燃气产品正在喷管截面处的质料流量与燃气的密度、速率 和截面积相合,特色速率c*固然其量纲具有速率的特色,但 所反响的是燃烧室要求下推动剂自己开释的能量和做功的能 力,与喷管组织无合,是权衡推动剂能量的一个利便有用的 参数。back ? 4推动剂燃速 ? (1)线性燃速(u) ? 线性燃速是指推动剂燃烧沿外外法线倾向固相消逝的速率, 单元为mm/s。 ? 燃速是一个化学蜕变的速度题目,受反响物和反响要求的影 响,正在推动剂的构成确定此后,燃速受推动剂燃烧各反响区 的热量向未燃层外外流传速率的操纵。 ? 推动剂的燃速联系式平常由实习确定。 ? 设推动剂的燃烧层厚度为e,则推动剂的燃速为 ? u=de/dt (5.6) ? 式中:u—推动剂的燃速(mm/s);e—推动剂的燃烧层厚度 (mm);t—推动剂燃烧厚度e时燃烧所必要的时代(s)。 ? (2)质料燃速(um) ? 质料燃速是指推动剂燃烧时单元时代、单元面积上固相消逝 的质料,单元为g/(cm2· s),可体现为 ? um=ρ·u (5.7) ? 式中: u — 推动剂的质料燃速[g/(cm2· s)];ρ— 推动剂的 密度(g/cm3) 。back ? 5燃速压力指数n ? 推动剂的燃速除受推动剂的组分、含量以及物理机能的影响 以外,还受初温、压力等外界要求的影响。 ? 燃速对压力敏锐的水平能够从下面差异的燃速外达式中看出。 ? u=u1pn (5.8) ? 从外面上讲,燃速系数u1的物理意思是当压力为1 MPa时的燃 速。 ? 实践上,u1是通过实习数据的处分获得的。 ? 上述燃速公式是一个合用于火箭启发机运用压力鸿沟的燃 速—压力联系式,对百般推动剂简直都通用。 ? 若将该式取对数,则得 ? ln u=ln u1+nln p (5.9) ? 对式(5.9)微分,得 ? n=d ln u /dln p (5.10) ? 式(5.10)能够界说压力指数为燃速对压力的敏锐度。 ? 推动剂的燃速压力指数n是外征推动剂燃速与压力联系的要紧 参数。 ? n的巨细不光与推动剂的品种、组分相合,况且与压力的巨细 相合。 ? 不含催化剂的推动剂的n值为0.5~1,平台双基推动剂的压力 指数挨近于零,复合推动剂的n值为0.2~0.5,NEPE推动剂的 n值为0.55~0.68。back ? 6燃速温度系数 ? 燃速温度系数是指正在肯定的压力要求下,某一初温鸿沟内, 推动剂温度蜕变1K时所惹起的燃速的相对蜕变量,以σP体现。 ? ln u ? (5.11) ?p ?( )p ? 式中:T-推动剂的初温,依据推动剂的燃速压力公式,得 ?T ? (5.12) ? ln u1 n? ln u1 ?p ?( ? )p T ?T ? 依据σ 的界说,p? 为一恒定值,则 p ? du ? ? p ? ( 1 ) ? u1?1 (5.13) dTu=u pn中的系数,由u的测定可算出σ 。 ? 式中:u1-燃速公式 1 p 外5.1 几种制式推动剂的n和σp 推动剂类型 n(3.0~10MPa) back σ p/K-1(6.87MPa) SS-2 0.485 0.0025(+50~-40℃) SQ-2 0.526 0.0023(+60~-40℃) SM-2 0.500 0.00247(+60~-40℃) AP/PS/Al 0.226 0.0023(+50~-50℃) ? 7 压力温度系数 ? 压力温度系数是指肯定的面喉比(KN)要求下,正在某一初温 鸿沟内,推动剂初温蜕变1K时,燃烧室压力的相对蜕变量, 以πk体现,单元为K-1。 ? ln p ? ?k ? ( ) KN ?T ? (5.14) ? 推导可知,σp与πk的联系为 ? ?p ?k ? ? (5.15) 1? n ? 由σp及压力指数可求出πk值,常睹推动剂的机能如外5.2所示。 外5.2 某些推动剂的机能 back 推动剂的机能调剂 ? 1能量机能调剂 go ? 2燃烧机能调剂(燃速)go ? 3力学机能调剂 ? (1)调剂双基推动剂硝酸酯和硝化纤维素的用量 ? 由纤维素经硝酸酯化获取的硝化纤维素的能量凹凸与天生硝 酸酯基的数目相合,平常用氮的质料分数ω(N)体现其酯化 度。 ? 抬高硝化纤维素中N的质料分数,也许增大推动剂的比冲, 双基推动剂运用的硝化纤维素中氮的质料分数平常正在12.6% 以下,过大阻挡易被溶剂塑化。 ? 行动双基推动剂的苛重含能因素的硝酸酯,除了作出能量贡 献以外,其另一要紧效率是将硝化纤维素大分子塑化,使之 加工成适宜安排央求的推动剂药柱。常用的众元醇硝酸酯包 括硝化甘油、硝化二乙二醇、硝化三乙二醇等。 ? 因为硝化甘油的机能正在很众方面优于其它硝酸酯,是以正在双 基推动剂中,硝化甘油的运用最为广博。不过为了获取低温 不易晶析的推动剂,往往运用两种硝酸酯的羼杂物。比方, 由NG和BTTN等量构成的羼杂酯,其冻结温度可降至-40℃ 把握。另外,固然DINA为一种熔点50℃把握的固体,但正在塑 化温度下,对硝化棉有优越的塑化才力,使得有溶塑贫穷的 高氮量硝化棉也可制成机能优越的推动剂。 ? (2)操纵双基推动剂两种含能因素的合理比例,也是调剂双 基推动剂能量水准的一个环节。 ? 当m(NC):m(NG)=0.5时,推动剂的能量水准最高,况且随 着沉着剂的含量扩充而降落。 ? 为了制得力学机能及格的药柱,推动剂中NC的含量远高于 NG,m (NC):m(NG)值平常为2.38~1.78。 ? 因为配方中含有其它成效性增添剂,推动剂的比冲值还会降 低。平常双基推动剂正在模范启发机中的实测比冲约为1960 N· s/kg,而特色速率为1200~1300m/s。 ? (3)正在复合推动剂的能量调剂中,应提防拣选机能优越的氧 化剂,采用开释热量高的轻金属粉末以及运用有较高天生焓 和可造成低相对分子质料燃气的粘合剂。 ? 机能好的氧化剂能供应足够的氧,有尽也许高的天生焓和密 度等; ? 机能优越的粘合剂必需与氧化剂化学相容,也许海涵较梗概 积分数(90%把握)的固体填料; ? 羼杂操作容易实行,所制得的药浆易于浇注。差异的粘合剂, 变成推动剂能量的彰彰不同。 ? 图5.1是以高氯酸铵和铝粉为固体填料(但粘合剂差异)的推 进剂的比冲与固体含量的联系。 图5.1 差异类型粘合剂的比冲与固体含量的联系 1—聚丁二烯;2—聚氨酯;3一硝基增塑剂一聚氨酯;4-NG一聚氨酯; 5一双基粘合剂 ? (4)运用高能燃烧剂是抬高复合推动剂能量的要紧法子。 ? 铝、镁、硼、铍之类金属燃料正在燃烧中可开释出很高的热量, 对抬高推动剂的燃温、比冲和特色速率有要紧效率,是固体 推动剂所心愿运用的一类高能燃烧剂。 ? 这些轻金属燃料的能量水准序次为:Be>B>A1>Mg。 ? 因为毒性、花消氧化剂的数目、密度等因由,正在推动剂中应 用最普及的为铝粉,也运用铝镁羼杂燃料。 ? 采用AlH3替换Al的推动剂比冲能明显地扩充,但因AlH3的稳 定性和化学活性障碍了它正在推动剂中的运用。 back 2燃烧机能调剂(燃速) ? 固体推动剂的燃烧机能是直接影响到火箭启发机弹道机能的 要紧身分,燃速的凹凸决策了启发机的就业时代。 ? 推动剂燃速受外界压力和温度影响的巨细,将直接影响启发 机就业机能的平稳性。 ? 操纵和调剂推动剂的燃烧机能对火箭启发机是至极要紧的。 ? 2.1 双基推动剂及改性双基推动剂燃速的调剂 ? (1)变换NG的含量和NC的含氮量 ? 双基推动剂的燃速随爆热的扩充而增大,爆热随硝化甘油的 含量、硝化棉含氮量的扩充而上升。 ? (2)燃速调剂剂是变换双基推动剂燃速的苛重手段 ? 加少量(质料分数为1%~5%)燃速调剂剂稳固换或较少改 变推动剂其它机能,但能大幅度变换推动剂燃速。 ? ? ? ? 常用的燃速调剂剂有铅、铜的氧化物及其有机或无机盐类。 铅、铜化合物能够只身运用,也能够配合运用。 配合运用时,具有协同效应,铜盐能够强化铅盐的催化成果。 硝基乙腈盐[C(NO2)2CN-Me+〕也是双基推动剂的优越增速剂。 它既是双基药的要紧组分,又能抬高燃速,加倍是它的钾盐 和钠盐,增速成果希奇彰彰。 ? 导弹形状操纵的动力平常是来自低燃速的燃气产生器,于是 央求有燃速低、燃温低、燃气干净的低燃速推动剂。完毕低 燃速双基推动剂的工夫途径平常是到场草酸盐、聚甲醛、蔗 糖八醋酸酯之类的物质。 ? 2.2 复合推动剂的燃速调剂 ? 调剂推广燃速鸿沟是推动剂磋议的一项要紧实质,是推广推 进剂种类的一种办法。 ? 当推动剂就业的压力、初温和药柱样子确定此后,调剂复合 推动剂燃速的苛重法子有:变换推动剂的组分(苛重是氧化 剂和粘合剂的品种),调剂氧化剂、金属粉的用量、粒度及 其级配,选用合意的燃速调剂剂,嵌入金属丝或金属纤维及 前几种法子的合理组合。 ? (1)通过粘合剂和氧化剂操纵燃速 ? 粘合剂能变换火焰温度、AP的剖释历程、燃烧外外的热均衡、 气相反响历程和推动剂燃烧外外的组织,变换粘合剂的品种 和用量能有用地变换推动剂的燃速。 ? 氧化剂的含量对推动剂的燃速有要紧的影响:以AP为基的复 合推动剂,氧化剂含量扩充燃速也随之扩充;以HMX为氧化 剂的复合推动剂,随HMX含量的扩充燃速增大,压力指数升 高(图5.4)。 图5.4—HMX质料分数与压力指数的联系 1-w(HMX)=85%;2-w(HMX)=65% ? 除了氧化剂的品种以外,能够通过氧化剂的粒度操纵推动剂 的燃速。 ? 推动剂的燃速随AP的粒径扩充而消重,AP粒径越小,固体火箭燃料配方这一影 响越明显。AP粒径对压力指数的影响,随AP粒度消重,压力 指数增高。 ? (2)运用燃速催化剂调剂燃速 ? 燃速催化剂是抬高推动剂燃速最常用的一种法子,能正在低于 100mm/s的燃速鸿沟内大幅度地调剂推动剂的燃速,并消重 燃速的压力指数。差异类型的催化剂合用于差异的推动剂品 种。 ? 扩充催化剂的含量能抬高推动剂的燃速,但存正在一个饱和量, 超出此量,燃速不再彰彰扩充,有时以至降落。它与氧化剂 的粒度和含量相合,氧化剂粒度越细,含量越高,催化剂的 饱和量越高;催化剂的粒度越小,比外外积越大,其催化效 果越好。 ? 正在以AP为氧化剂的复合推动剂中,众采用少许无机和有机金 属化合物,如氧化铁、亚铬酸铜、二茂铁衍生物行动抬高燃 速的催化剂。 ? 液态二茂铁衍生物如乙基二茂铁、正丁基二茂铁、叔丁基二 茂铁等的增速成果优于金属氧化物,因此运用较为广博,但 二茂铁衍生物正在推动剂中有迟缓迁徙到外外的形势。 ? 运用双核二茂铁后,迁徙机能有所消重,况且兼具抬高燃速 和消重压力指数的成果。 ? 消重燃速最苛重的法子是采用高含量粗粒度的氧化剂,并采 用燃速抑止剂。 ? 推动剂最低的燃速正在很大水平上依赖于底子配方的燃速。旺彩 ? 如硝酸铵一HTPB和硝胺一HTPB推动剂底子配方的燃速较低, 与AP一HTPB推动剂比拟,燃速可调得更低。 ? 燃速抑止剂众为无机盐(如碳酸盐)、碱性氧化物、氟化物、 有机铵盐等固态化合物。 ? 目前最常用的抑止剂有碳酸钙、草酸铵、草酰胺和季铵盐等, 对HTPB推动剂而言,草酸铵较为有用。 ? (3)通过装药组织调剂燃速 ? 到场金属纤维可有用抬高推动剂的燃速,但金属纤维的粗细、 连贯水平与定向格式影响燃速和压力指数。 ? 平常央求金属纤维正在推动剂中呈定向的摆列,惟有沿金属纤 维的轴向才可彰彰地抬高燃速,于是加金属纤维的推动剂有 各向异性的特征。这节制了装药安排时的药形蜕变,同时也 给制备工艺扩充了难度。 ? 推动剂密度和组织的蜕变对其燃速有肯定影响,密实的推动 剂燃速低,松散的推动剂燃速高,正在肯定鸿沟内消重推动剂 密度能够扩充燃速,反之燃速消重。 ? 双基推动剂正在压伸成型后,因为硝化棉大分子的取向而使推 进剂正在轴向和径向的燃速差异。 ? 2.3.推动剂压力指数的调剂 ? (1)双基推动剂压力指数 ? 催化剂能够变换差异压力下的燃烧反响,使低压与高压燃烧 的燃速差值变小,从而获取小的压力指数值。催化剂既是燃 速调剂剂,又是压力指数调剂剂。 ? 双基推动剂,希奇是含硝胺的双基推动剂,其压力指数较高, 必需将压力指数消重到可运用的水平。 ? 较常用的法子是加人百般铅化合物催化剂。 ? 总共铅化合物都能消重双基推动剂的压力指数,有的铅化合 物能使双基推动剂闪现平台(n=0~0.2)或麦撒效应(n 0)。 ? 铅—铜催化剂配合运用,可获取抬高燃速和消重压力指数的 双重成果,已正在实践中普及运用。 ? 压力指数的消重将彰彰地革新装药的弹道机能。 ? 因为含硝胺的改性双基推动剂的燃烧波组织与双基推动剂类 似,因此对双基推动剂有用的燃烧催化剂,对该推动剂也同 样有用。希奇是运用铅盐一铜盐一炭黑组合的催化剂时,对 抬高燃速和消重燃速压力指数有彰彰的协同效应。 ? (2)复合推动剂压力指数 ? 复合推动剂自己的压力指数较小,平常为0.2~0.5。 ? 高氯酸铵复合推动剂的压力指数正在0.5以下,平常是调剂燃速 时,通过催化剂的拣选既调剂了燃速,又消重了压力指数。 ? 比方,自制固体火箭燃料正在运用双核二茂铁卡托辛调剂丁羟复合推动剂的燃速 时,压力指数也彰彰地降落。back 3、力学机能的调剂 ? 推动剂储蓄历程秉承境况的影响,还将秉承固化历程所发生 的减弱应力、重力和运输历程中的动态载荷的影响。其力学 机能和组织的蜕变水平,能否秉承启发机就业时的载荷(如 点燃时的冲锋力、燃烧时燃烧室轴向压力、飞翔惯性力、燃 烧室压力以及回旋时的离心力等),是鉴定是否失效的苛重 身分。央求推动剂正在运用的温度鸿沟内,其强度、弹性模量、 延迟率、玻璃化温度和脆折点都能知足央求,且正在燃烧历程 中平稳,不碎裂。 ? 3.1双基推动剂力学机能的调剂 ? 双基推动剂是一种热塑性资料,它正在常温下有很好的抗拉和 抗压强度,温度高于80℃变软,低于-50℃变脆。 ? 类型双基推动剂的软化点约为100℃,脆折点约为-50℃把握。 ? 是以,当双基推动剂的运用温度超出70℃时,就会变软而改 变装药的燃气通气面;温渡过低(-50℃)推动剂也许产生脆 裂。 ? 调剂双基推动剂力学机能,苛重是变换它的高温软化、低温 脆裂的性子。 ? 正在双基推动剂中,拣选合意的m(NC):m(NG)、运用低氮量 硝化棉有利于硝酸醋的增塑,运用羼杂硝酸醋庖代简单的硝 化甘油有利于革新硝化棉的熔解机能和低温力学机能,扩充 延迟率; ? 到场助溶剂(如苯二甲酸二丁醋、三醋酸甘油醋、DNT等) 可革新硝化棉正在硝化甘油中的熔解机能,有利于革新双基推 进剂的低温力学机能; ? 加少量大分子预聚体和交联剂,浇铸双基推动剂均可使凹凸 温力学机能获得革新。 ? 正在挤压双基工艺中,成型后的药柱要正在温度较高的工房中缓 慢冷却,以歼灭外外发生的应力。 ? 扩充硝化棉,推动剂的抗拉强度扩充,延迟率消重。 ? 抬高硝化棉的含氮量和相对分子质料,有利于抬高抗拉强度。 ? ? ? ? 3.2 复合推动剂力学机能的调剂 (1)拣选和婉性好的高分子粘合剂 和婉性好的高聚物,其玻璃化温度低。 端羟聚丁二烯的低温力学机能好,能知足百般大型壳体粘结 启发机装药力学机能的央求。 ? 聚醚粘合剂也有很好的和婉性。 ? 目前,正在NEPE推动剂中所采用的环氧乙烷四氢吠喃共聚醚是 一种含氧量高、和婉性好的粘合剂,正在-40℃时仍可获取70% 以上的延迟率。 ? (2)行使固体填料抬高推动剂的模量 ? 固体填料可使推动剂的模量抬高,延迟率消重。填料的补强 效率,是因为固体粒子分拨到的负荷要比粘合剂基体上分拨 到的负荷大,是以,大一面负荷将由填料所负责,起到了补 强效率。 ? 填料粒径对复合推动剂的力学机能也有明显的影响。正在填料 含量肯定时,火锅固体燃料通过差异粒径填料的级配,可有用地革新复合 推动剂的力学机能。 ? (3)运用键合剂抑止“脱湿”形势 ? 当固体填料与粘合剂羼杂时,因为外外间的吸附效率,液态 粘合剂将平均散布正在填料外外,但正在外力效率下两者的相界 面将很容易发生分散,称此形势为“脱湿”。 ? 运用键合剂时,两相界面之间造成化学键,“脱湿”形势将 受到抑止。其因由是正在固体填料外外造成一个高模量层。键 合剂的拣选必需商酌填料个性和粘合剂基体的化学组织特征。 键合剂和氧化剂有较强的物理吸附或化学效率;能正在氧化剂 外外造成一层极薄的效率层;键合剂必需能改变成高聚物; 键合剂能和粘合剂基体造成化学键。 ? 正在以高氯酸铵为氧化剂的HTPB推动剂中,有用的键合剂为三 乙醇胺、三(2—甲基—1—氮丙啶)氧化磷(MAPO)、 双—间苯二酰—1—甲基—氮丙啶(HX752)、甲氨基—双 (2—甲基—1—氮丙啶)氧化磷(甲基BAPO)。 ? 正在以奥克托今为苛重填料、以聚醚为粘合剂的NEPE推动剂中, 则运用由丙烯睛一丙烯酰胺一丙烯酸羟乙酯合成的中性大分 子键合剂(NPBA)。 ? 正在某些状况下,两种或三种键合剂的羼杂运用会发生更好的 成果。 ? (4)拣选固化交联剂,将预聚物造成三维汇集 ? 正在统一类固化交联剂中,化学组织的蜕变,反响才力差异, 造成凝胶的时代及最终造成汇集的美满水平都差异。 ? 平常采用的固化交联剂有:与羟基反响的异氰酸酯R-N =C =0, 如甲苯二异氰酸酯(TDI)、六次甲基二异氰酸酯(HDI )等; ? 与羧基反响的环氧化物、双酚A环氧化物、1,2,3—三环氧基 丙醚(商品名EPON812);与羧酸反响的氮丙啶化合物,如甲 基氮丙啶氧化膦等。 ? 平常要同时拣选有互补效率的两种固化剂。含羧基的预聚体, 采用氮丙啶与环氧复合型固化剂的蚁合物,要比采用简单氮 丙啶型固化剂的蚁合物的抗老化机能好。 ? 同时还要商酌固化副反响对固化剂的花消。 ? (4)用增塑剂消重推动剂的玻璃化温度 ? 增塑剂与粘合剂高分子有优越的混溶才力,并与推动剂各组 分相容。跟着增塑剂含量的扩充,拉伸强度降落,而延迟率 则上升,况且Tg有所降落。推动剂中常用的增塑剂有壬酸异 癸酯、癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二辛酯、 邻苯二甲酸二丁酯等。 ? 羼杂硝酸酷,m (NG) : m (BTIN) = 50: 50,它与环氧乙烷-四 氢峡喃共聚醚有很好的相容性,同时这种羼杂酯的熔点也很 低。

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