针对当前固体火箭发动机无法重复启停、难以实现推力可控等需求,结合固体火箭和液体火箭的优点,国内外研究机构探究了一种具有重复点火与熄火、燃烧速度可调、输出能量可控的电控固体推进剂。系统介绍了新型电控固体推进剂领域的国内外研究现状,首先,总结了国内外各类电控固体推进剂(硝酸铵基、硝酸羟胺基、高氯酸锂基)的发展,以及在微推、炮弹点火器和固体发动机方面的应用情况; 其次,概述了配方组分、电压、电流、外界环境温度和压强等因素对电控固体推进剂的燃速、点火延迟时间以及力学性能的影响; 然后,分析了电控固体推进剂的启停机理,介绍了硝酸铵羟胺和高氯酸锂基电控固体推进剂的反应机理; 最后,对电控固体推进剂的未来发展进行了展望,指出未来仍需重点研究的方向:加强电控固体推进剂制备工艺放大研究; 设计新型电敏氧化剂,解决高压下无法可控燃烧的问题; 开展大尺寸电控固体发动机试验研究; 通过数值模拟进一步揭示电能与推进剂燃烧耦合效应。附

为了建立通用的固体推进剂点火准则,分别从实验和模拟两个角度总结了近年来国内外固体推进剂的点火准则。实验层面的点火准则包含判定固体推进剂点火的发火/不发火判据、压力判据、温度判据、光谱辐射强度判据、多参数协同点火判据等。对比分析表明,点火准则均受实验条件以及测试设备的限制,且存在温度等关键点火参数测试难度较大、测试参数延迟等缺陷,因此很难进行拓展应用,但多参数协同的点火判据具有更高的准确性和更大的推广可能性。模拟层面则主要是基于固相、气相、异相点火理论建立的温度点火准则、压力点火准则和化学信号点火准则3类。相较于实验点火准则而言,模拟点火准则更符合固体推进剂的点火理论,但需要从实验获得点火温度、动力学数据等关键参数作为模型输入,且不同种类推进剂的点火理论不尽相同,因此该类点火准则仍需进一步研究。此外,对实验、模拟点火准则进行了关联性和通用性讨论。附

为研究硝酸铵细度对铵胺炸药性能的影响,以六亚甲基四胺作为可燃剂制备了一种胶状炸药—铵胺炸药; 对多孔粒状硝酸铵进行破碎,分别过20、40、60、80目筛区分不同的细度,对混合各细度硝酸铵颗粒铵胺炸药基质的黏度、炸药的爆速和猛度进行了测试,对炸药进行了储存稳定性实验。结果表明,当硝酸铵细度由0～20目增至80目以上时,铵胺炸药基质的混合均匀性增加,基质的初始黏度由92828mPa·s增至148637mPa·s,基质黏度随着剪切时间增加而逐渐降低,铵胺炸药基质属于触变性流体; 炸药的爆速由3569m/s增至4316m/s,猛度由26.00mm增至30.50mm,能量释放更集中,对周围介质的的冲击力提升; 分别储存2d和120d的铵胺炸药,爆速降幅均小于5%; 说明硝酸铵细度的增加可以提高铵胺炸药的爆轰性能和储存稳定性。

为调控制备不同粒径TATB,提出了一种基于溶剂气氛诱导的试验方法,将纳米TATB暴露在溶剂二甲基亚砜(DMSO)气氛中,利用溶剂气氛诱导控制TATB粒子成长; 利用场发射扫描电子显微镜观察了制备的TATB晶体形貌; 利用拉曼光谱仪(Raman)和傅里叶变换红外光谱仪测量了TATB的特征峰变化; 利用差示扫描量热-热重联用仪(TG-DSC)分析了TATB的热分解性能; 研究了溶剂气氛、试验温度以及反应时间对TATB粒径形貌的影响。结果表明,溶剂气氛试验法可诱导纳米TATB生长,调控微观形貌,制备出粒径范围1～17μm的TATB; 同时,溶剂气氛试验法制备TATB残余溶剂脱附量较小,仅为4.7mg/g,同溶剂重结晶法制备TATB相比,约为其残余溶剂脱附量的1/21; 试验温度和溶剂溶解度是调控纳米TATB晶体生长的两个关键控制条件,通过调控试验温度和溶剂溶解度,可实现TATB粒径的控制生长; 拉曼光谱结果显示TATB物相结构未发生变化; 热分解结果表明随着TATB平均粒径从3μm增至17μm,其对应的热分解表观活化能E_a从208.366kJ/mol增至211.753kJ/mol。

为了探索ETPE基多元含能复合纤维的静电纺丝制备工艺,以聚叠氮缩水甘油醚基热塑性弹性体(GAP-ETPE)为聚合物黏合剂,CL-20、纳米铝粉(n-Al)作为高能组分,采用静电纺丝技术制备了GAP-ETPE基超细含能复合纤维,并对溶剂、前驱液质量分数、固相组分配比等关键工艺参数进行了优化; 采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物形貌进行了表征,采用DSC法分析了复合纤维的热分解性能; 测试了复合纤维的机械感度。结果表明,GAP-ETPE基含能复合纤维静电纺丝制备最佳溶剂为丙酮,产物成丝均匀、表面光滑; 在GAP-ETPE/CL-20质量比为3:7、前驱液质量分数为50%时,二元超细含能复合纤维(CL_x-ETPE_y-Z)的成丝效果最优,平均直径约为2480nm; 在铝粉质量分数为10%、前驱液质量分数为50%时,三元超细含能复合纤维(CL-Al_m-ETPE-Z)的成丝效果最优,平均直径约为930nm; 相比于CL-20,CL₇-ETPE₃-50含能复合纤维热分解峰值温度提前了29℃,加入n-Al之后热分解峰值温度提前了32℃,且优于物理共混物(PM); 与CL-20的感度(P=100%、H₅₀=17cm)相比,GAP-ETPE/CL-20和GAP-ETPE/CL-20/Al含能复合纤维的摩擦感度(32%和48%)和撞击感度(29cm和43cm)均大幅降低,且低于同配方的物理共混物。

针对带隔板复合装药爆轰波控制问题,利用LS-DYNA软件仿真研究了不同隔板参数及复合装药结构参数对爆轰波传播及作用过程的影响; 结合X光成像试验验证并通过仿真研究了双层药型罩在不同装药结构参数下的成型规律。结果表明,随着隔板厚度及复合装药高度的增加,复合装药爆轰波由球面波向V形波转化,使得双层药型罩从包覆式侵彻体向杆式侵彻体转换; 其中侵彻体的头部速度和长径比与隔板厚度、装药高度、炸药性能呈正相关,与隔板半径、隔板底部距起爆中心位置、内外层炸药直径比呈负相关,当隔板厚度为0.114～0.142倍装药口径、隔板半径为0.400～0.429倍装药口径、隔板底部距起爆中心位置为0.100～0.129倍装药口径、复合装药高度为0.971～1.257倍装药口径、内外层炸药直径比为0.77～0.83时,杆式侵彻体成型较好。

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建立起空化微射流冲击作用下的固体推进剂热力耦合细观力学模型,分析了细观尺度上的固体推进剂破碎规律、损伤行为、局部应力应变和温度分布情况。结果表明,空化微射流作用在AP颗粒上后,导致AP颗粒直接破裂,随着冲击程度的增加,AP颗粒与HTPB基体间界面层受到冲击作用而破裂; 固体推进剂在空化微射流冲击后的最大应力值为34.27MPa、应变值为1.314; 应力波传递过程由于受到AP颗粒、Al颗粒和界面相的阻碍作用而发生传递路径的改变; 空化冲击固体推进剂过程的最大温度值由于断裂能、内能和摩擦能的逐渐累积而呈现出逐步增长的变化特征,且最大温度值为24.59℃,在距离空化微射流较远位置的固体推进剂由于传热系数较低而无明显温升。

为了改善GAP热塑性弹性体的力学性能,采用了DSC、低场核磁测试、静态力学测试和动态力学测试的方法对两种异氰酸酯固化的弹性体共混体系的氢键行为和力学性能进行分析,建立微观结构与宏观性能的关系。结果表明,由于分子结构原因,HMDI固化的GAP热塑性弹性体和IPDI固化的弹性体显示出不同的氢键行为和力学性能,通过物理共混得到了兼具抗拉强度及断裂延伸率的弹性体,50 ℃下抗拉强度高于1.5MPa,-40℃下延伸率不低于300%,相较于纯HMDI固化的弹性体,低温延伸率提升了约150%,IPDI固化的弹性体高温抗拉强度提升了约1.4MPa,说明通过共混可得到性能更为均衡的含能热塑性弹性体。

为了获得D级硝化棉质量差异对其理化性能和推进剂制品性能的影响规律,对4种不同厂家、不同批次硝化棉样品的“八大度”、分子质量、分子质量分布及硝化均匀性等进行了表征及分析,并制备了4种改性双基(CMDB)推进剂样品,比较了各样品力学性能及燃烧性能的差异。结果表明,4种D级硝化棉样品的“八大度”均符合国军标要求,含氮量范围为11.9% ～ 12.1%,GPC测得数均分子质量范围为0.59×10⁵～0.73×10⁵g/mol; 硝化棉含氮量小幅下降会使其安定性有所提高,但对其推进剂制品的燃烧性能影响较小; 含氮量和分子质量接近时,高分子质量组分的存在会提高硝化棉稀溶液的黏度; 硝化棉分子质量分布和含氮量分布均匀性降低会造成其推进剂制品-40℃拉伸强度的降低。

以大口径火炮密实装药发射安全性为背景,对火药颗粒低温破碎及装药结构对内弹道特性的影响进行了数学建模和仿真分析。针对中心点传火管结构的大口径火炮密实装药,建立传火管及装药床的双一维两相流数学模型,结合膛内火药颗粒应力及破碎度函数,采用数值差分方法对内弹道过程进行数值仿真,研究火药温度及混合装药方案对火药颗粒破碎度及火炮内弹道性能的影响。结果表明,在低温条件下,单一装药结构火药颗粒将发生破碎,且破碎度随温度降低而增大,在-20℃和-40℃条件下,最大破碎度分别达到1.896和2.487,膛内压力分别为690.32MPa和803.64MPa,增幅达到16.4%; 在总装药质量6.25kg不变的条件下,小颗粒药装药质量从0增至0.4kg,最大破碎度从2.487减至1.803,膛内压力从803.64MPa减至740.81MPa,由此可见混合装药结构可以有效避免火药颗粒的破碎。