基本介紹
- 中文名：高燃速推進劑
- 外文名：high burning rate prcycllant
簡介,發展趨勢,提高燃速方法,燃燒催化劑法,增加熱傳導法,採用納米微粉或超細固體粒子法,新型含能材料法,
簡介
高燃速推進劑，通常指在20℃和工作壓力為6.86MPa條件下，線燃速在25mm/s以上的固體推進劑。其中燃速25~100mm/s的固體推進劑稱為高燃速推進劑；燃速大於100mm/s的固體推進劑稱為超高燃速推進劑。採用高百分比含量細粒度（7μm左右）或超細粒度（≤1μm）高氯酸銨，添加二茂鐵衍生物或過渡金屬氧化物等燃速催化劑，可獲得以高氯酸銨為氧化劑的高燃速固體推進劑。
高燃速固體推進劑主要用於反坦克火箭、戰術飛彈助推器、旋轉發動機、點火發動機和航天飛行器發動機等。在高燃速固體推進劑藥柱中嵌入導熱係數大的金屬（一般為銀）絲或石墨纖維，可獲得更高燃速的固體推進劑。使用多孔的高氯酸銨，添加碳硼烷類高效燃速催化劑，納米級材料和快燃物或爆炸物等方法，也可獲得超高燃速推進劑，但這些方法中的大部分技術不成熟，正處於研究開發階段。
發展趨勢
固體推進劑總的發展趨勢是進一步提高能量、擴大燃速可調範圍、鈍感和少煙或無煙化。高燃速推進劑可使固體火箭發動機在短時間內產生較大的推力，能滿足反坦克飛彈、防空飛彈、機載飛彈、攔截飛彈和高速動能彈等對推進劑燃燒性能的要求。另外，高燃速或超高燃速推進劑還可實現火箭發動機的端面燃燒裝藥，增加裝填係數，可增大裝藥量和減輕發動機的消極質量，使減少多級發動機的結構部件、取消級間段的整體發動機結構方案成為可能，以改善推進系統的性能,增加射程。如果一枚三級的固體洲際飛彈採用整體級方案，則比傳統的結構方案有以下優點：在容積受限制的條件下，當有效載荷一定時，整體級能提高射程28.4%；當射程一定時，有效載荷能增加33%。
提高燃速方法
燃燒催化劑法
添加燃燒催化劑是提高固體推進劑燃速最常用、簡便的方法，對於RDX(HMX)-CMDB推進劑與DB推進劑而言，目前最常用和最有效的仍是鉛 - 銅 - 碳黑三元複合催化體系，該催化體系使推進劑燃速約達42mm/s，而對於型號用微煙或少煙硝胺改性雙基推進劑，在10MPa下的燃速一般很難超過30mm/s。
在含AP的複合推進劑中常用過渡金屬化合物(如Fe2O3,Cu2O, CuO, CO2O3, Ni2O3,Cr2O3及亞鉻酸銅、二茂鐵等)和碳硼烷衍生物作燃燒催化劑以提高燃速，其中又以Fe2O3、亞鉻酸銅、二茂鐵化合物最為常用，關於二茂鐵化合物作催化劑的研究工作最為活躍。 20世紀70、80年代為防止二茂鐵的遷移而製備了許多二茂鐵的衍生物，將二茂鐵結構引入到粘合劑和氧化劑分子中，以克服二茂鐵的揮發和遷移問題。其後90年代，美國和日本等國先後對二茂鐵衍生物從合成方法、作用機理乃至推進劑工藝過程中藥漿流動特性以及與碳甲硼烷的組合催化劑進行了研究，發現二茂鐵衍生物不僅具有較Fe3O4為佳的燃速催化作用，且使推進劑的壓力指數較Fe3O4為低。法國國營火藥與炸藥公司在含68%AP的複合推進劑中引入了含二茂鐵的聚丁二烯樹脂預聚物(Butacence)催化劑，將推進劑7MPa下的燃速提高到70mm/s，其壓力指數為0.46。
碳硼烷衍生物是複合固體推進劑優良的燃速調節劑。這些衍生物具有閉形籠狀結構，性質十分穩定，常溫下是液體，這有利於其在推進劑中均勻分布，保證了燃速的穩定性。但是，碳硼烷在常溫下是液體，具有一定的遷移性，合成困難，價格昂貴，而且毒性很大，因此其使用受到限制。
增加熱傳導法
增大推進劑燃燒表面的溫度可以提高燃速，氣相反應區向固相反應區的熱傳導對推進劑燃燒表面的溫度起著重要的作用。在固體推進劑中嵌入金屬絲或金屬纖維，由於金屬材料是熱的良導體，它能加速燃燒產物向推進劑固相的熱傳遞，使推進劑受到預熱，同時它本身也是一種燃料，在燃燒時可以放出大量的熱，使自己周圍的推進劑溫度升高，導致燃燒表面的溫度升高，從而提高燃速。為了改善推進劑與金屬絲出現脫粘現象，可以在金屬絲的表面塗覆一層粘結性能較好的化學物質。例如將銀絲進行包覆後，使端羧基聚丁二烯推進劑的燃速提高了7~8倍。
採用納米微粉或超細固體粒子法
納米材料在固體推進劑中的套用研究重點主要集中在以下兩個方面：一是納米金屬粉作為高能添加劑的套用研究；二是納米金屬氧化物作為燃燒催化劑在固體推進劑中的套用研究。20世紀90年代美國Argonide公司用EEW工藝生產出50nm ~ 100nm的納米活性鋁Alex。有關專家研究了含Alex複合推進劑在不同壓力下的燃燒特性，乾燥的AP/Alex的混合物的差熱分析表明，在270℃ ~ 330℃內有劇烈的放熱轉換；當用Alex完全取代目前推進劑所用的鋁粉後，推進劑1MPa~ 9MPa範圍內燃速增大2~5倍，而且壓強指數降低。
新型含能材料法
一般說來，提高推進劑的爆熱有利於推進劑燃速的提高。普通雙基類(DB)推進劑中，通常以提高-O-NO2含量(即增大NG含量或NC含氮量)提高推進劑燃速；而對於含惰性粘合劑和惰性增塑劑的複合固體推進劑體系，則多採用含能粘合劑和含能增塑劑取代之，以提高燃速。
