含高能量密度化合物固体推进剂的性能研究

论文摘要

HEDC（高能量密度化合物）添加到丁羟固体推进剂中,可以提高推进剂的能量性能,满足推进剂高能化的要求。因此HEDC在固体推进剂中的应用,是21世纪固体推进剂发展的必然趋势。基于最小自由能原理,采用RJS-A热力计算软件计算了含HEDC固体推进剂的能量性能,同时与基础配方（AP/Al/HTPB质量比为68.5/16/15.5）固体推进剂作为对比,根据计算结果得到了能量性能最高的配方。对所选用的HEDC与HTPB固化体系的相容性进行了评价,并根据实验结果确定了合适的固化参数,制备出了含RDX、含CL-20、含TAGZT和含DNOAF固体推进剂,发现DNTF与HTPB固化体系不相容。对HEDC及其与推进剂组分混合物开展了DSC和固相原位反应池/FTIR的热分析实验研究,得到了所选用HEDC的热分解温度Tc（分解峰温）和Ea（活化能）、A（指前因子）等动力学参数,并对其热解反应历程进行推测;探索了添加HEDC后对固体推进剂组分热分解所产生的影响。通过研究发现:AP会促进HEDC的分解,效果依次是RDX>TAGZT>CL-20>DNOAF;HTPB会促进CL-20、DNOAF的分解而抑制RDX、TAGZT的分解;HEDC对AP的分解都会起到抑制作用,效果依次是TAGZT>RDX>DNOAF>CL-20;含HEDC固体推进剂的燃烧性能由AP、HTPB、HEDC的热分解和体系氧平衡的变化等多种因素共同作用;等等。利用多种现代燃烧诊断技术,对含HEDC固体推进剂的燃烧性能进行了表征。获得了含HEDC固体推进剂的燃速,并计算了燃速压强指数;得到了含HEDC固体推进剂的温度分布、燃面温度和最终火焰温度;得到了含HEDC固体推进剂在不同压强下的火焰结构;对推进剂熄火表面的结构进行了分析,明确了HEDC的种类及压强的变化对熄火表面结构的影响;应用SEM/EDS联用及化学分析手段对推进剂的燃烧残渣进行了分析。通过研究发现:相同配比的含HEDC固体推进剂的燃速的顺序是:含CL-20>含DNOAF>含RDX>含TAGZT固体推进剂;其燃烧区域分为固相加热区、凝聚相反应区、气相区;其熄火表面的元素组成主要是C、O、Al、Cl四种元素;其燃烧残渣主要由单质碳和球状颗粒组成;等等。综上所述,研究了含HEDC固体推进剂的能量性能、热分解性能和燃烧性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 HEDC的合成
• 1.2.2 HEDC的热分解性能
• 1.2.3 HEDC的应用
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 含HEDC固体推进剂的能量性能及制备
• 2.1 含HEDC固体推进剂能量性能的理论分析
• 2.2 含HEDC固体推进剂的制备和力学性能
• 2.2.1 组分相容性实验
• 2.2.2 含HEDC固体推进剂的制备
• 2.2.3 含HEDC固体推进剂的力学性能
• 2.3 小结
• 第三章 含HEDC固体推进剂的热分解性能
• 3.1 实验及数据处理方法
• 3.1.1 DSC实验
• 3.1.2 热分解动力学参数计算基本原理
• 3.1.3 固相原位反应池/FTIR实验
• 3.2 固体推进剂基本组分的热分解性能
• 3.2.1 AP的热分解性能
• 3.2.2 HTPB的热分解性能
• 3.2.3 AP/HTPB混合物的热分解性能
• 3.3 RDX及其与推进剂组分混合物的热分解性能
• 3.3.1 RDX的热分解性能
• 3.3.2 AP/RDX混合物的热分解性能
• 3.3.3 RDX/HTPB混合物的热分解性能
• 3.3.4 AP/RDX/HTPB混合物的热分解性能
• 3.4 TAGZT及其与推进剂组分混合物的热分解性能
• 3.4.1 TAGZT的热分解性能
• 3.4.2 AP/TAGZT混合物的热分解性能
• 3.4.3 TAGZT/HTPB混合物的热分解性能
• 3.4.4 AP/TAGZT/HTPB混合物的热分解性能
• 3.5 CL-20 及其与推进剂组分混合物的热分解性能
• 3.5.1 CL-20 的热分解性能
• 3.5.2 AP/CL-20 混合物的热分解性能
• 3.5.3 CL-20/HTPB混合物的热分解性能
• 3.5.4 AP/CL-20/HTPB混合物的热分解性能
• 3.6 DNOAF及其与推进剂组分混合物的热分解性能
• 3.6.1 DNOAF的热分解性能
• 3.6.2 AP/DNOAF混合物的热分解性能
• 3.6.3 DNOAF/HTPB混合物的热分解性能
• 3.6.4 AP/DNOAF/HTPB混合物的热分解性能
• 3.7 HEDC对固体推进剂基础组分热分解性能的影响
• 第四章 含HEDC固体推进剂的燃烧性能
• 4.1 实验及数据处理方法
• 4.1.1 含HEDC固体推进剂的燃速、燃速压强指数测定
• 4.1.2 固体推进剂火焰结构和燃烧波结构测试
• 4.1.3 SEM/EDS联用系统
• 4.1.4 固体推进剂燃烧残渣分析
• 4.2 含HEDC固体推进剂的稳态燃烧性能
• 4.3 含HEDC固体推进剂的火焰结构
• 4.4 含HEDC固体推进剂的燃烧波结构
• 4.5 含HEDC固体推进剂的熄火表面分析
• 4.6 含HEDC固体推进剂的燃烧残渣分析
• 4.7 含HEDC固体推进剂的燃速影响因素分析
• 4.8 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果