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固体火箭发动机的固体推进剂

发布时间:2019-11-05 12:41 来源:未知 编辑:admin

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  固体推进剂是由氧化剂、燃料(可燃剂)和其他添加剂组成的固态混合物,按配方组分性质可分为单基推进剂、双基推进剂、复合推进剂、改性双基推进剂等;按质地的均匀性分为均质推进剂(如单基、双基推进剂)和异质推进剂(如复合推进剂和改性双基推进剂);按能量水平分为高能、中能、低能推进剂,比冲大于2450牛·秒/千克(即250秒)为高能,2255牛·秒/千克(即230秒)到2450牛·秒/千克为中能,小于2255牛·秒/千克为低能;按特征信号分为有烟、微烟、无烟推进剂。 固体推进剂分类单基推进剂 Simple Base propellant由单一化合物(如硝化纤维素,即硝化棉,简称NC)组成,它的分子结构中包含可燃剂和氧化剂,溶于挥发性溶剂中,经过膨润、塑化、压伸成型,除去溶剂即可。单基推进剂由于能量水平太低,现代固体发动机不再使用。 Composite Propellant理论比冲为225~265秒(2200~2600牛·秒/千克),密度1.65~1.80克/立方厘米 。危险等级1.3级。复合推进剂使用单独的可燃剂和氧化剂材料,以液态高分子聚合物粘合剂作为燃料,添加结晶状的氧化剂固体填料和其它添加剂,融合凝固成多相物体。为提高能量和密度还可加入一些粉末状轻金属材料作为可燃剂,如铝粉(Al)。复合推进剂通常以粘合剂的化学名称来命名。氧化剂通常占推进剂总重量的60~90%,许多无机化学品可作为氧化剂,如高氯酸盐类(高氯酸钾、高氯酸胺、高氯酸锂),硝酸酯类(硝酸胺、硝酸钾、,硝酸钠),现在使用最多的是含氧量较高的高氯酸胺(AP,又称过氯酸胺)。高分子聚合物既用作可燃剂又作为粘合剂,常用的有聚硫橡胶、聚氨酯(PU)、聚丁二烯-丙烯腈(PBAN)、端羧基聚丁二烯(CTPB)、端羟基聚丁二烯(HTPB)、端羟基聚醚(HTPE)、聚氯乙烯等类。其他添加剂一般有:调节燃烧速度的燃速调节剂;改善燃烧性能的燃烧稳定剂;比用基本的粘合剂更好地改善力学性能的增塑剂;降低机械感度的安定剂;改善储存性能的防老化剂;改善工艺性能的稀释剂、润湿剂、固化剂和固化催化剂等类。除具有热塑性的聚乙烯类推进剂可使用压伸成型工艺外,一般都使用浇铸法制造,工艺简单,适宜于制造各种尺寸的药柱。复合推进剂综合性能良好,使用温度范围较宽,能量较高,力学性能较好,广泛用于各种类型的固体火箭发动机,尤其是大型火箭发动机。1942年美国研制出了沥青高氯酸钾复合推进剂,40年代末出现了第一代复合推进剂聚硫橡胶推进剂,现在常用的有PBAN和HTPB推进剂。民兵3和航天飞机固体助推器采用PBAN推进剂,“和平卫士”MX的一、二级使用HTPB推进剂,法国的M4使用CTPB推进剂,我国的巨浪-1也使用了CTPB复合推进剂。 改性双基推进剂包括复合改性双基推进剂(CMDB)和交联改性双基推进剂(简称XLDB)两类。理论比冲为260~270秒(2550~2646牛·秒/千克),密度1.75~1.80克/立方厘米 。危险等级1.1级。在双基推进剂的基础上大幅降低基本组分硝化纤维素和硝化甘油的比例,加入高能量固体组分,包括氧化剂(高氯酸胺AP,高能炸药黑索金[RDX]或奥克托金[HMX]等)和可燃剂(铝粉等)。硝化纤维素(含氮量12%左右)被硝化甘油塑化作为粘合剂,或是硝化纤维素和硝化甘油双基母体作粘合剂,硝化甘油还作为增塑剂,再加入一些添加剂,混合后使用压伸成型或浇铸成型工艺制成药柱,这就是复合改性双基推进剂(CMDB)。 在CMDB配方基础上加入高分子化合物作为交联剂,它内含的活性基团与硝化纤维素上残留(未酯化)的羟基发生化学反应生成预聚物,预聚物的大分子主链间生成化学键,交联成网状结构,预聚物作为粘合剂可以大幅改善推进剂的力学性能,这类推进剂就被称为交联改性双基推进剂(XLDB)。主要交联剂有异氰酸酯(如六亚甲基二异氰酸酯HDI、甲苯二异氰酸酯TDI)、聚酯(如聚乙交酯PGA)、聚氨酯(如聚乙二醇PEG)、端羟基聚丁二烯、丙烯酸酯等。 改性双基推进剂的能量水平高于复合推进剂,广泛用于各种战略、战术导弹。美国的“三叉戟C4”潜射战略导弹的所有三级发动机都使用了XLDB推进剂,称为XLDB-70,它的配方中固体填料达到70%(其中43%HMX / 8% AP / 19% Al),理论比冲2646牛·秒/千克。

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