基于含硼推进剂的微推进器燃烧特性及推进性能

基于含硼推进剂的微推进器燃烧特性及推进性能

李和平;席剑飞;罗淋旺;赵文敬;梁导伦;刘建忠

【摘要】In order to study the ignition and combustion characteristics,and propulsion properties of microthrusters using boronbased propellants,the laser ignition test bench was set up.Three different boron-containing propellants (the formulation B/AP,the formula B/KNO3 and the formulation B/AP/HTPB) were modulated,and they were carried on combustion tests in different internal micro-combustion chambers (2～ 6 mm).The experimental results show that with quick burning rate and large thrust,the B/KNO3 has the average thrust of 28.56 mN in the combustion chamber with 2.76 mm inner diameter;with long effect time and large impulse,the formulation B/AP has the maximum impulse of 0.042 28 N · s in the combustion chamber with 4.92 mm inner diameter.The combustion of formulation B/AP/HTPB is more stable,and the addition of adhesive can improve combustion performance,but also reduce the thrust performance.And thrust,specific thrust,impulse,specific impulse and other propulsion performances increase first and then decrease with the increase diameter of combustion chamber.%为研究使用含硼推进剂的微推进器点火燃烧特性及推进性能,搭建了激光点火测试实验台,配制了B/AP、B/KNO3及

B/AP/HTPB三种含硼推进剂配方,分别在2～6 mm不同内径微燃烧室中进行了燃烧测试实验.实验结果表明,配方B/KNO3的燃速快,推力大,在内径为2.76 mm燃烧室中的平均推力达到0.028 56 N;配方B/AP的推力作用时间长,冲量大,在内径为4.92 mm燃烧室中的最大冲量为0.042 28 N·s;配方B/AP/HTPB燃烧较稳定,

粘合剂的添加可改善燃烧特性,但会降低推进性能,且推力、比推力、冲量、比冲量等推进性能均随燃烧室内径的增大呈先增大、后减小的趋势.

【期刊名称】《固体火箭技术》

【年(卷),期】2017(040)006

【总页数】7页(P671-677)

【关键词】微推进器;含硼推进剂;燃烧特性;推进性能

【作者】李和平;席剑飞;罗淋旺;赵文敬;梁导伦;刘建忠

【作者单位】浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,杭州 310027;杭州电子科技大学能源研究所,杭州 310018;南京师范大学能源与机械工程学院,南京 210042;杭州电子科技大学能源研究所,杭州 310018;杭州电子科技大学能源研究所,杭州310018;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,杭州 310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,杭州 310027

【正文语种】中文

【中图分类】V435

0 引言

随着航天领域的卫星朝着体积更小、质量更轻的微卫星方向发展，结构简单、小体积、轻质量、易于集成的微推进器迎来良好的发展机遇。微卫星在运行过程中需要很小很精确的推力来完成轨道位置的保持或者更变，而传统的推进器因质量和体积较大，无法满足微卫星的要求，这就使得推进器必须朝着微型化方向发展。基于MEMS技术，可将化学推进器做的更小更轻，以便安装在微卫星上，在航天领域

具有广泛的发展前景[1]。相比于传统推进器，微推进器的比表面积大，热损失大；燃烧室尺寸小，使燃料的停留时间减小；表面力、粘性力、摩擦力等微通道效应也显著增加，这使得燃料的燃烧效率低于传统燃烧室[2-3]。选用高热值的燃料是提

升微推进器性能的关键[4]。固体燃料与气体、液体燃料相比，不需要泵、阀等复

杂的系统，且不存在泄露等问题，结构较紧凑，利于整个系统的整合，特别适用于微推进器[5-8]。相比于传统的镁、铝、合金等金属燃料，硼的比体积和比质量的

热值较高[9-10]，且硼燃料在燃烧过程中产物较为洁净，受到国内外学者的广泛关注。但硼点火燃烧性能差，因其表面覆盖的B2O3氧化膜需要很高的温度才能蒸发，阻碍了外界氧化剂与硼颗粒的接触和反应，导致硼的点火延迟时间长、燃烧效率低等问题[11-12]。国内有不少学者对硼的点火燃烧特性进行了研究[13-15]，但对含硼推进剂的推力测试还缺乏较全面的研究[6]。

本文在自行搭建的激光点火测试实验台上，进行不同含硼推进剂(B/AP、B/KNO3、B/AP/HTPB)在不同内径(2～6 mm)微燃烧室中的燃烧实验，研究对比各工况下微推进器的点火燃烧特性和推进性能，以期为现有微推进器的能量和性能提升提供可供选择的推进剂配方。

1 实验

1.1 实验设备

激光点火测试实验台主要由点火模块、燃烧诊断模块、推力测试模块和燃烧器模块构成，如图1所示。

点火模块主要控制点火的功率和时间，由功率为50～150 W的CO2激光发生器

构成。试验时，点火功率设置为150 W，激光通过反射镜射入微燃烧室，当管口

的燃料被点燃后，关闭激光器。

燃烧诊断模块主要由高速摄影仪、高速测温仪、光纤光谱仪构成，记录样品在微燃烧室中的火焰形貌、火焰温度、产物光谱的变化。其中，高速摄影仪的频率为

200 Hz，最大拍摄张数为1500张，图片分辨率为2320×863。高速测温仪的温

度测量范围为350～3000 ℃，频率设置为1000 Hz。将测温仪探头焦点对微燃烧室管口处，测量燃烧过程中管口火焰的温度。光纤光谱仪的可测量波长范围为200～1100 μm，频率为125 Hz。光谱仪具有外部触发功能，可实现与激光器同步，通过观测光谱产生的时刻，得到点火延迟时间。如图2所示，光谱开始有变

化的时刻，即为样品被点燃时刻(前一张输出为杂波，后一张输出有变化)。样品

c6的相关参数见表1。光谱强度表示燃烧的剧烈程度。

图1 激光点火测试实验台Fig.1 Laser ignition test bench

图2 样品c6点着前和点着后的光谱强度对比Fig.2 Contrast spectral intensity

of the sample c6 before and after ignition表1 不同含硼推进剂配方及样品编

号Table 1 Different boron-based propellant formulations and sample number

配方推进剂组分组分质量比在不同内径微推进器中的样品编号

2．00mm2．76mm4．02mm4．92mm5．90mm配方aB/AP4/6a2a3a4a5a6配方bB/KNO34/6b2b3b4b5b6配方cB/AP/HTPB3．6/5．4/1c2c3c4c5c6

推力测试模块主要由压力传感器、MPS-010602采集卡、多功能信号记录仪软件、外接电源等构成，可实时记录微推进器产生的推力。其中，压力传感器用于检测微推进器产生的推力，量程为0～30 g，频率设置为500 Hz。采集卡将压力传感器产生的电信号传输到计算机，再通过多功能信号记录仪软件转换为模拟信号。外接电源为推力测试模块提供电源，外接电源电压为-12～12 V。

燃烧器模块由装填了含硼推进剂的微燃烧室构成，微燃烧室采用耐高温的石英玻璃制成便于观察。试验时将装有配方的燃烧器固定在压力传感器上，激光点燃配方从而产生推力。

1.2 实验配方

燃料：无定形硼[13](B)，粒径5 μm，纯度95%，为棕色粉末。

氧化剂：高氯酸铵(AP)，纯度99%，白色晶体；硝酸钾(KNO3)，纯度99%，白色粉末。

粘合剂：端羟基聚丁二烯(HTPB)，透明粘性液体，具有较好的固化、耐储存、耐老化性能[17]。

含硼推进剂配方[18-21]、样品的编号如表1所示。其中，装药长度为30 mm，配方a和配方b的平均密度分别为935、949 kg/m3，且不同管径之间的密度差别不大，可认为密度是相同的，对实验结果的影响不大[22]。配方c由于添加了粘合剂，平均密度高于其他配方，为1195 kg/m3，但不同管径之间的密度差别不大，可认为不同管径微燃烧室内的药柱密度是一致的。

1.3 数据处理方法

1.3.1 燃速计算

燃速是评价推进剂性能的重要指标，反映了燃烧的速度。定义为燃面随时间的移动速度，等于药柱长度/燃烧时间。

由于高速摄影仪的拍摄时间有限，如果燃烧时间大于高速摄影仪拍摄的上限时间，则需要改进燃速计算方法。通过GetData图像处理软件，得到时刻t1～t2燃面移动的图示距离和药柱的图示长度分别是(c-a)和(f-d)，如图3所示。

(a)t1时刻样品a5燃面的位置

(b)t2时刻样品a5燃面的位置图3 GetData软件处理后的燃烧过程高速图像Fig.3 High-speed image of the burning process by the GetData software

药柱实际长度用L表示，则燃速公式为

V={[(c-a)/(f-d)]L}/(t2-t1)

(1)

1.3.2 推力数据处理

1.3.

2.1 压力传感器标定

压力传感器输出数值和推力之间的关系需要通过标定得到。将已知重量的标定物置于传感器上，记录下输出值的平均值，重复标定5次，用Excel软件进行线性拟合，得到如图4的曲线图，线性度较好，其关系式为

y=0.114x+0.020 8

(2)

式中 y为标定物的重量；x为压力传感器的输出值。

图4 标定物质量与压力传感器输出值的关系

Fig.4 Relationship between the mass of the calibrated object and the output value of the pressure sensor

1.3.

2.2 推力和比推力

图5所示为各样品燃烧过程中压力传感器的输出数值，发现压力传感器在燃烧开

始前和燃烧结束后都有一段稳定的输出值，且燃烧后的输出值小于燃烧前的输出值。这是因为样品中的推进剂逐渐被点燃，样品的质量不断减小。这里认为样品匀速地被消耗，即样品自身重量的输出值匀速减小。样品c2、c3、c4燃烧时出现爆鸣现象，产生的推力大于压力传感器的最大量程，损坏了传感器，故只给出了样品c5、c6的输出结果。

在已知燃烧时间t的情况下，某一时刻推力为

y=ax+b，y1=ax1+b

(3)

F(x)=y-y1=a(x-x1)

(4)

x1=x0-[(x0-xn)/T](tx-tx0)

(5)

式中y为压力传感器受到的总压力；y1为样品自身重量作用于压力传感器的压力；x为对应时刻压力传感器输出数值；x1为样品自身重量的输出数值，F(x)为样品产生的推力；a、b均为压力传感器的标定系数；x0为燃烧前样品自身重量作用于压力传感器的输出数值；xn为样品燃烧结束后自身重量作用的输出数值；T为燃烧

时间；tx为该时刻的时间；tx0为开始燃烧时刻的时间。

(a)样品a

(b)样品b

(c)样品c图5 各样品燃烧过程中压力传感器输出数值Fig.5 Value of the pressure sensor output during the combustion of each sample

比推力，即单位质量样品产生的推力，为燃烧过程的平均推力与装药质量的比值: Fm=F/M

(6)

式中 Fm为比推力；F为燃烧过程的平均推力；M为装药质量。

1.3.

2.3 推力方差

推力方差可反映燃烧过程产生推力的稳定情况，计算式为

D(f)=[(F(x0)-F)2+(F(x1)-F)2+…+(F(xn)-F)2]/n

(7)

式中D(f)为推力方差；F(x0)为燃烧开始时的推力值；F(xn)为燃烧结束时的推力值；F为推力平均值；n为推力数据个数。

1.3.

2.4 总冲量和比冲量

经典力学中，冲量为

I=Ft

(8)

样品燃烧过程产生的总冲量为

I=[0.5(F(x0)+F(x1))t1]+[0.5(F(x1)+

F(x2))t2]+…+[0.5(F(xn1)+F(xn))tn]

(9)

t1=t2=…=tn=t

(10)

式中 I为总冲量；F(x0)为t0时刻的推力；F(xn)为tn时刻的推力；t为两个推力

的间隔时间。

比冲量是用来衡量燃料能量效率的标准，定义为单位质量燃料产生的冲量，计算式为

Im=I/M

(11)

式中 Im为比冲量；I为总冲量；M为装药质量。

2 实验结果

2.1 燃速结果分析

燃速随配方、管径的变化曲线如图6所示。相同管径时，样品b(KNO3作为氧化剂)的燃速远大于样品a(AP作为氧化剂)的燃速；样品c的燃速小于样品a的，这

是由于粘合剂的添加使样品具有一定的强度，使未燃燃料不会随高温高压气流喷出，从而降低了燃速。

图6 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的燃速Fig.6 Burning rate of different samples in different inside diameter microthrusters

相同样品的燃速随着燃烧室内径的增大而减小，当内径增大到一定值，燃速的变化不再明显。这是因为流体具有粘性，气体与燃烧室内壁存在摩擦力边界层。当燃烧室内径变小时，摩擦力边界层对喷出气体的影响变大，导致总摩擦力变大，使得气体无法及时喷出，大量气体积压在燃烧室内，燃烧室压强增大。压强越大，燃速越

大，符合维耶里公式：

v=apn(0

(12)

式中 v为燃速；a为燃速系数；p为压强。

当燃烧室内径变大，燃烧室压强变化减小，且趋于稳定，导致燃速减小，并趋于稳定。从热损失方面分析，当管径减小时，燃烧室内壁面积与燃烧体积的比值变大，导致热损失增加，从而减小燃速。但实际上燃速随着燃烧室内径的减小而增大，说明燃烧室内压强对燃速的影响起主导作用。

2.2 温度结果分析

由图7可知，相同管径时，燃烧室的平均温度关系为配方b>配方a>配方c，与燃速的关系是一致的。说明燃烧过程中平均温度越高，产生的热量可更充分地预热未燃烧的燃料，从而提高燃速。更快的燃速会在单位时间内产生更多热量，从而提高平均燃烧温度。说明燃速和燃烧平均温度是相互促进的关系。

图7 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的平均温度曲线Fig.7 Average temperature curves of different samples in different inside diameter microthrusters

2.3 光谱数据结果

2.3.1 点火延迟时间

配方a与配方c的点火延迟时间曲线如图8所示。管径相同时，配方c的点火延迟时间高于配方a，说明添加粘合剂以后，配方点燃需要更高的点火能。

图8 样品a、c在不同内径燃烧器中的点火延迟时间曲线Fig.8 Ignition delay time curves of sample a and c in different inside diameter microthrusters 配方相同，点火延迟时间随着管径的减小而增大，这就说明燃烧室内径越小，需要的点火能也就越高。因为管径越小，比表面积越大，散热损失越大，因此需要更高

的能量实现点火。

2.3.2 特征光谱强度

由图9可知，相同内径样品a的光谱强度大于样品c，与温度的关系是一致的。说明样品a的燃烧过程较为剧烈。相同配方在不同管径微燃烧室中的光谱强度，随

着管径的增大而增大。因为管径越小，热损失越严重，燃烧剧烈程度降低。

(a)配方a

(b)配方c图9 配方a、c在不同内径燃烧室燃烧时的最大光谱强度Fig.9 Maximum spectral intensity of formulation a and c in different inside diameter microthrusters

2.4 推力

2.4.1 平均推力

由图10可知，管径相同时，配方b的平均推力均大于其他样品，最大平均推力为0.028 56 N。这是因为样品b的燃速快，在单位时间内可产生更多的气体，因此

可产生更大的推力。

图10 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的平均推力曲线Fig.10 Average thrust curves of different samples in different inside diameter microthrusters

相同样品的平均推力随燃烧室内径的增大，呈现先增大、后减小的趋势。说明不同含硼推进剂配方存在一个最佳内径，在该内径下，可产生最大平均推力值，样品a 为4.92 mm，样品b为2.76 mm。因管径越大，装药量越多，单位长度样品的燃烧产物越多，对推力起增大作用。但同时管径越大，燃速越小(见2.1)，反而不利

于推力的增加。可见，平均推力随管径的变化是上述两种因素共同作用的结果。因此，存在一个最佳管径。

2.4.2 推力稳定性

如图11所示，配方a、配方b、配方c燃烧过程的推力方差。可见，相同管径时，

配方a普遍比配方b的推力方差要小。这是由于配方b燃烧过程更剧烈，导致燃烧过程不是很稳定。在燃烧室内径较大时，对比配方a、配方c可看出，配方c燃烧过程的方差最小，说明添加粘合剂后，含硼推进剂的燃烧过程更稳定。

图11 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的推力方差曲线Fig.11 Thrust variance curves of different samples in different inside diameter microthrusters 2.4.3 比推力

如图12所示，管径相同时，比推力的关系为配方b>配方a>配方c。这是因为相同内径燃烧室中配方b的平均推力最大，其次为配方a，配方c的平均推力最小。图12 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的比推力曲线Fig.12 Specific thrust curves of different samples in different inside diameter microthrusters

相同配方，比推力随着燃烧室内径的增大，呈现先增大、后减小的趋势。而平均推力随燃烧室内径的增大也是先增大、后减小，但装药质量随着燃烧室内径的增大而增大，说明平均推力的大小对比推力的大小起主导作用。

2.4.4 冲量

如图13所示，相同管径时配方a的冲量均高于其他样品(除配方c6外)。这是由于配方a燃烧过程产生的推力较大，且作用时间长。配方b虽然产生的推力大，但作用时间过短，导致冲量偏小。配方c虽然作用时间长，但推力太小，也导致冲量偏小。

配方a和配方b的冲量随燃烧室内径的增大，呈先增大、后减小的趋势。样品c 由于数据有限，无法判断趋势。由于冲量是由推力和推力作用时间共同决定。通过对比燃速随燃烧室内径的变化及平均推力随燃烧室内径的变化，可看出冲量的变化趋势与平均推力的变化趋势是一样的，说明平均推力的变化对冲量的影响起主导作用。

图13 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的冲量曲线Fig.13 Impulse curves of

different samples in different inside diameter microthrusters

2.4.5 比冲量

比冲量和配方、燃烧室内径的关系如图14所示。相同管径时配方a的比冲量均大于其他配方(除配方c6以外)。因为相同管径时，配方a的冲量均大于配方b的，所以配方a的比冲量也大于配方b的。

图14 样品a、b、c在不同内径燃烧器中的比冲量曲线Fig.14 Specific impulse curves of different sampels in different inside diameter microthrusters

3 结论

(1)实验结果显示，三种含硼推进剂配方并无很明显的优劣性，不同的配方有不同的特点。配方B/KNO3的燃速快，平均推力、比推力大，在内径为2.76 mm燃烧室中，平均推力达到0.028 56 N。配方B/AP的推力作用时间长，冲量、比冲量大，在内径为4.92 mm的燃烧器中，最大冲量为0.042 28 N·s。配方

B/AP/HTPB燃烧时间最长，最稳定。配方中添加粘合剂虽不能提高配方的推力、冲量等特性，但可明显减小燃速，增加燃料的强度、燃烧时间，改善燃烧特性。

(2)不同配方的点火燃烧特性和推进性能均和燃烧室内径有关，在本文研究工况范围内，均随管径的增大呈先增大、后减小趋势。所以，对于推力、比推力、冲量、比冲量，会有一个最佳内径。配方B/AP的推力最佳管径为4.02 mm，比推力最佳管径为2 mm，冲量最佳管径为4.92 mm，比冲量最佳管径为2 mm；配方

B/KNO3的推力、比推力、冲量、比冲量最佳管径均为2.76 mm。配方B/AP可根据不同的实际需要选择燃烧室的内径，而配方B/KNO3各个燃烧性能的最佳管径均为2.76 mm。

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推进剂及发动机性能综合分析研究

推进剂及发动机性能综合分析研究 航空航天技术发展的核心在于推进剂与发动机技术的发展，只有具备更高的推进剂与发动机性能，才能实现更高的飞行速度、更远的飞行距离、更大的有效载荷以及更优异的经济性和环保性。因此，在推进剂及发动机性能综合分析研究领域的研究尤为重要。 一、推进剂性能的综合分析 推进剂性能是研究的核心之一，其中包括了燃烧性能、性质、化学反应性、冷却性、价格等方面的内容。燃烧性能是推进剂最为重要的性能指标之一，其决定着推进剂的推力、工作时间、燃烧温度等参数，关键在于燃烧时的高温高压环境下各种化学反应的剧烈程度，以及生成的燃烧产物的物理化学性质等。 其次是推进剂的安全性，任何一种新的推进剂不仅在其性能的使用范畴至上的安全有保证，而且还要考虑可扩展、可生产性等要素，确保可以大规模生产。除此之外，推进剂的环境影响也需要重点考虑。 二、发动机性能分析 发动机性能是推进剂性能内在价值的展现，更高的性能可以实现更大的飞行距离和飞行速度，更大的有效载荷和更好的经济性以及更好的环保性。发动机性能的分析主要包括了以下的几个方面： （一）结构特点：发动机类型的选择和优化设计对整个系统性能有着至关重要的作用。发动机结构特点分析涉及到推进器，燃烧室，涡轮，压气机和齿轮箱等多个方面，需要对不同结构特点进行细致研究，从而寻找既能体现提高整机性能的性能特点，也能解决实际生产读航空载荷。 （二）热工性能：热动力性能可以在一定程度上反映发动机设计是否合理、高效和稳定。例如，通过对离心力、燃烧室燃烧效率的控制，可以优化热力循环，提

高发动机的比推力和高度。在这个方面，也需要对调节器、驱动器和燃烧室等的蒸汽强制循环进行分析，以达到更加高效的传热和降温。 （三）耐久性：发动机寿命具有非常重要的意义，它不仅影响到使用许可证的有效期，更重要的是影响到整个飞行器的运行成本。综合考虑发动机带有降温结构和结构强度，是否采用先进的涡轮模拟器和管道系统来增强其强度和信号良好性等方面。 三、综合考虑推进剂与发动机性能的综合分析研究 推进剂与发动机的性能之间相互影响，因此只能对其性能特点的综合分析，才能对整个系统的性能基本评估。例如，调节燃烧温度和压力参数可以提高发动机比推力，但同时也会影响到整个系统的安全性与稳定性。因此，综合分析及其内在的相互关系是当前研究的重点。 总之，推进剂及发动机性能是航空航天技术和产业发展的能源与基础，其综合分析有着重要的意义。对其进行深入、系统的研究，不仅可以加速我国航空航天产业的快速发展，也能保证其应用的安全高效，有助于提高我国航天技术的制高点。

火箭发动机

火箭发动机 科技名词定义 中文名称：火箭发动机 英文名称：rocket engine 定义：由飞行器自带推进剂，不依赖外界空气提供氧化剂的喷气发动机。 应用学科：航空科技（一级学科）；推进技术与航空动力装置（二级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 火箭发动机就是利用冲量原理，自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机。目录

?火箭发动机的优势 ?现代火箭发动机 ?其他能源的火箭发动机 ?我国最新成果 ?世界知名火箭发动机 展开 编辑本段简介 火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂箱或运载工具内的反应物料（推进剂）变成高速射流，由于牛顿第三定律而产生推力。火箭发动机可用于航天器推进，也可用于导弹等地面应用。大部分火 火箭发动机 箭发动机都是内燃机，也有非燃烧形式的发动机。 编辑本段工作原理 大部分发动机靠排出高温高速尾气来获得推力，固体或液体推进剂（由氧化剂和燃料组成）在燃烧室中高压（10-200 bar）燃烧产生尾气。 向燃烧室供入推进剂 液体火箭通过泵将氧化剂和燃料分别泵入燃烧室，两种推进剂成分在燃烧室混合并燃烧。而固体火箭的推进剂事先混合好放入储存室，工作时储存室就是燃烧室。固液混合火箭使用固体和液体混合的推进剂或气体推进剂，也有使用高能电源将惰性反应物料送入热交换机加热，这就不需要燃烧室。

火箭发动机 火箭推进剂在燃烧并排出产生推力前通常储存在推进剂箱中。推进剂一般选用化学推进剂，在经历放热化学反应后产生高温气体用于火箭推进。 燃烧室 化学火箭的燃烧室通常呈圆柱体形，其尺寸要满足推进剂充分燃烧，所用推进剂不同，尺寸不同。用L * 描述燃烧室尺寸 公式 这里： Vc 是燃烧室容量 At 是喷口面积 L* 的范围通常为25-60英尺（0.6 - 1.5 m） 燃烧室的压力和温度通常达到极值，不同于吸气式喷气发动机有足够的氮气来稀释和冷却燃烧，火箭发动机燃烧室的温度可达到化学上的标准值。而高压意味着热量在燃烧室壁的传导速度非常快。 喷嘴 发动机的外形主要取决于膨胀喷嘴的外形：钟罩形或锥形。在一个高膨胀比的渐缩渐阔喷嘴中，燃烧室产生的高温气体通过一个开孔（喷口）排出。 如果给喷嘴提供足够高的压力（高于围压的2.5至3倍），就会形成喷嘴阻流和超音速射流，大部分热能转化为动能，由此增加排气的速度。在海平面，发动机排气速度达到音速的十倍并不少见。

基于含硼推进剂的微推进器燃烧特性及推进性能

基于含硼推进剂的微推进器燃烧特性及推进性能 李和平;席剑飞;罗淋旺;赵文敬;梁导伦;刘建忠 【摘要】In order to study the ignition and combustion characteristics,and propulsion properties of microthrusters using boronbased propellants,the laser ignition test bench was set up.Three different boron-containing propellants (the formulation B/AP,the formula B/KNO3 and the formulation B/AP/HTPB) were modulated,and they were carried on combustion tests in different internal micro-combustion chambers (2～ 6 mm).The experimental results show that with quick burning rate and large thrust,the B/KNO3 has the average thrust of 28.56 mN in the combustion chamber with 2.76 mm inner diameter;with long effect time and large impulse,the formulation B/AP has the maximum impulse of 0.042 28 N · s in the combustion chamber with 4.92 mm inner diameter.The combustion of formulation B/AP/HTPB is more stable,and the addition of adhesive can improve combustion performance,but also reduce the thrust performance.And thrust,specific thrust,impulse,specific impulse and other propulsion performances increase first and then decrease with the increase diameter of combustion chamber.%为研究使用含硼推进剂的微推进器点火燃烧特性及推进性能,搭建了激光点火测试实验台,配制了B/AP、B/KNO3及 B/AP/HTPB三种含硼推进剂配方,分别在2～6 mm不同内径微燃烧室中进行了燃烧测试实验.实验结果表明,配方B/KNO3的燃速快,推力大,在内径为2.76 mm燃烧室中的平均推力达到0.028 56 N;配方B/AP的推力作用时间长,冲量大,在内径为4.92 mm燃烧室中的最大冲量为0.042 28 N·s;配方B/AP/HTPB燃烧较稳定,

火箭推进剂技术研究

火箭推进剂技术研究 随着科技的不断发展，人类对于太空探索的要求也越来越高，而火箭是太空探索的重要工具。如今的火箭推进技术已经非常成熟，但是，其中最为重要的一环——火箭推进剂技术，却始终不断地得到提升。 1. 火箭推进剂概述 在制造火箭时，火箭推进剂是不可或缺的部分，它是火箭发射时要处理的最重要的问题。火箭推进剂是指，用于推动火箭上的飞机发射器件的化学品或物质。火箭推进剂可以被分为两类：固体火箭推进剂和液体火箭推进剂。 固体火箭推进剂比较简单，它是一种由固体物质产生的喷射气流，通过推进器尾部发射，向前推进发射器。与之相比，液体火箭推进剂技术更为成熟，因为它可以精确地调整比推力，实现推进器的更精准控制。 2. 主要液体火箭推进剂

不同的火箭推进剂性能和组合方式不同。液体火箭推进剂有多种不同的类型，每一种液体火箭推进剂都有各自优缺点。 （1）氢氧燃料 氢氧火箭推进剂是一种火箭燃料的搭配方式，用于火箭推进。氢氧燃料以液态的方式存储，能够提供很长时间的推进作用。同时，它是一种没有污染物质的清洁燃料，尤其适合于太空探索的环境。如美国的“阿波罗”航天计划，已经使用了氢氧推进技术，这是一个巨大的飞跃。 （2）煤油/液态氢燃料 美国和俄罗斯在史密斯维斯储罐工厂合作开发了一个煤油/液态氢燃料。这项技术的创新之处在于，可以精确地控制液体加热量和外部环境的压力调节。它的燃料效率和可靠性都非常高。 （3）有机液体推进剂

有机液体推进剂主要是通过在有机卤素中添加设有氧基物质，然后进行发射。这种火箭推进剂有良好的燃烧稳定性，并且还具有非常高的比推力，是目前为止液体推进剂的一种非常有效的形式。 （4）液态甲烷推进剂 液态甲烷是一种新型的火箭推进剂，有望成为未来的重要推进剂。相比较于其他的液态推进剂，液态甲烷的性能更加出色，且使用它可以减少第二环保的压力。目前，液态甲烷推进剂已经升级为 SpaceX 的阿特拉斯 V 火箭的主力推进剂。 3. 火箭推进剂技术的未来发展 未来的火箭推进剂可能会涉及多种不同技术方向的研究。其中一个领域是，设计更加高效的液态燃料发动机，以真正地发掘液态火箭推进剂的潜力。

含DNTN的CMDB推进剂的能量特性的计算及其组分的相容性

含DNTN的CMDB推进剂的能量特性的计算及其组分的相 容性 李祥志;毕福强;廉鹏;李辉;刘国权;王伯周 【摘要】根据最小自由能法,采用NASA-CEA软件,计算了含2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(DNTN)的复合改性双基(CMDB)推进剂能量特性.采用差示扫描量热法研究了DNTN和CMDB推进剂组分的相互作用.结果表明,DNTN替代硝化棉(NC)+硝化甘油(NG)/黑索今(RDX)/Al推进剂配方中的RDX,使体系的理论比冲最大,达2666.5 N·s·kg-1,特征速度逐渐增大,氧系数逐渐提高.DNTN全部替代NC+NG/高氯酸铵(AP)/Al推进剂配方中的AP,使理论比冲最大,达 2669.1N·s· kg-1,燃气平均分子量降低,燃温升高,表明CMDB推进剂体系中的DNTN有良好的应用潜力.DNTN与NC/NG、RDX、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、吉纳(DINA)和炭黑(C.B)之间没有明显的相互作用,与邻苯二甲酸铅((φ)-Pb)和1,3-二甲基-1,3-二苯基脲(C2)之间相互作用明显.%The energy characteristics of CMDB propellant containing 2,3-bis (hydroxymethyl)-2,3-dinitro-1,4-butanediol tetranitrate (DNTN) were calculated by NASA-CEA software based on the minimum free energy method.The interaction of DNTN with components of composite modified double base (CMDB) propellant was studied by differential scanning calorimetry (DSC).Results show tthat The substitution of RDX in nitrocellulose(NC) + nitroglycerin (NG)/Hexogen(RDX)/Al propellant formulation for DNTN makes the system have the greatest theorety specific impulse,reaching 2666.5 N · s · kg-1,the characteristic velocity increase gradually,the oxgen coefficient improve gradually.The substitution

(完整word版)固体火箭推进剂

21世纪初固体推进剂技术展望 摘要：：从高能、低特征信号、能量管理型及含硼富燃料推进剂等主要方面综述了各国近年来在固体推进剂技术方面的最新进展, 分析展望了固体推进剂技术21世纪初发展的趋势及主要技术方向, 并提出了预测性的看法。 关键词：固体推进剂; 高能推进剂; 低特征信号推进剂；能量管理型推进剂; 含硼富燃料推进剂; 高能量密度材料；述评 1 引言 在化学推进剂领域的一些观念上，HMX等一些高能炸药在推进剂中的广泛应用, 已经模糊了火药与炸药的界限；Klager K博士于20世纪80年代提出的“高能交联推进剂"的新概念, 促进了双基(均质）与复合推进剂的结合，推出了NEPE等新一代高能推进剂; 膏状推进剂（或凝胶推进剂) 的出现,则可能进一步打破固体与液体推进剂的现状分界,推出一个全新的品种.21世纪初固体推进剂发展方向, 是各国专家们预测的一个热点。从80年代以来，先后有Klager K,Quentin D , Davenas A等中外学者在总结了固体推进剂发展历程、现有水平的基础上, 预测了未来的发展趋势.现依据近年来一些最新研制动态及进展, 作进一步的分析、阐述与展望。 2 高能推进剂 提高能量始终是固体推进剂研制发展的主要目标.在高能化的进程中, 从单一着眼能量到注重以能量为主的综合性能指标；从单一着眼比冲()Is到注重密度比冲()ρ⋅Is, 都标志着高能化技术的日趋成熟与提高。 2. 1 进展 (1) 为了提高能量, HTPB 推进剂固体含量提高到90 % , 加入硝胺炸药HMX ，在俄国还把HTPB +ADN推进剂用于地下井发射的白杨2M战略导弹第三级; NEPE推进剂，在美

微型火箭推进器燃烧稳定性分析

微型火箭推进器燃烧稳定性分析 微型火箭推进器在航天领域有着广泛的应用，例如微型卫星的 定位和矫正等。但是，在微型火箭推进器的设计和实验中，燃烧 稳定性问题一直是困扰着科学家们的难点之一。因此，本文将对 微型火箭推进器的燃烧稳定性进行探讨。 一、燃烧稳定性的定义 燃烧稳定性是指火箭引擎内燃料和氧化剂的燃烧过程是否稳定。如果燃烧不稳定，会导致火箭推进器的性能下降，甚至引发爆炸 事故。因此，燃烧稳定性对火箭引擎的设计和使用具有重要意义。 二、微型火箭推进器的燃烧稳定性问题 首先，微型火箭推进器的燃烧室非常小，燃料和氧化剂的混合 比很难控制。其次，微型火箭推进器的出口速度较高，气流非常 紊乱。这些因素都会导致微型火箭推进器的燃烧过程不稳定。 三、燃烧稳定性分析方法 为了解决微型火箭推进器的燃烧稳定性问题，科学家们采用了 以下几种分析方法： 1.数值模拟方法

数值模拟方法是通过数学模型对火箭引擎内的燃烧过程进行计算，从而预测燃烧状态和稳定性。数值模拟可以分为稳态数值模拟和瞬态数值模拟。稳态数值模拟适用于火箭引擎的静态分析，而瞬态数值模拟可以模拟引擎的动态响应情况。 2.实验方法 实验方法是通过实验观察火箭引擎的燃烧过程，从而研究其稳定性。常用的实验方法包括高速摄影和热像仪等。高速摄影可以记录燃烧过程中的细节和特征，热像仪可以观测燃烧温度的分布和变化。 3.理论分析方法 理论分析方法是对火箭引擎内的燃烧过程进行理论分析，从而预测燃烧状态和稳定性。常用的理论分析方法包括稳态理论和非稳态理论。稳态理论适用于火箭引擎的静态分析，而非稳态理论可以模拟引擎的动态响应情况。 四、燃烧稳定性优化方法 为了提高微型火箭推进器的燃烧稳定性，科学家们采用了以下几种优化方法： 1.优化燃料和氧化剂的混合比

添加球形硼粉对CMDB推进剂燃速特性的作用

添加球形硼粉对CMDB推进剂燃速特性的作用 由于硼具有高的质量热值（59. 3 MJ/kg）和体积热值（131. 6 kJ/cm3）,远远高于铝、镁等金属，因此硼是固体推进剂的理想金属燃料，特别适用于固体火箭冲压发动机的富燃料推进剂[1-3].对无定形硼粉进行团聚改性，可以得到合适粒径的球形硼粉，此类硼粉可以很大程度提高推进剂中的含硼量，进而提高推进剂能量，改善推进剂的燃烧性能[4-6]. 国内外研究者对含硼推进剂进行了大量的研究，研究表明，采用球形化硼粉代替无定形硼粉可以改善含硼富燃料推进剂中硼颗粒的燃烧，从而获得较高的燃烧效率[7,8].德国拜尔化学公司研究了稳定燃速、高效率燃烧富燃料推进剂，其主要通过硼粉先与氟化钠形成团聚颗粒后再加入配方，利用氟化钠改善含硼富燃料推进剂中硼的燃烧性能[3].美国滨州大学研究了以BAMO/NMMO 为黏合剂的含硼富燃料推进剂的燃烧行为，发现叠氮聚合物所具有的分解放热特性可提高含硼燃料推进剂的点火性能和燃烧性能[9].另外，日本所报道的高能含硼富燃料推进剂配方中[3],硼含量达到32%,此外，还含有镁、铝等燃料添加剂，氧化剂主要是高氯酸铵和高氯酸钾，还使用了KNO3. 针对不同的推进剂配方体系，考察添加球形硼粉替代RDX 对高能RDX-CMDB 推进剂燃速特性的影响，以及LiF 对含硼RDX-CMDB 推进剂燃烧特性的影响等。 1 实验部分

1. 1 主要原材料 试验所用主要原材料列于表1. 1. 2 测试仪器及实验方法 推进剂燃速测定：燃速按GJB-770B-2005 方法706. 1"燃速-靶线法"测试。将推进剂样品制成5mm × 5 mm × 100 mm 药条并包覆，利用静态恒压燃速仪在20 ℃测定样品燃速。 1. 3 推进剂配方 采用的试验配方见表2. 1. 4 推进剂样品的制备 RDX-CMDB 推进剂样品均采用淤浆浇铸工艺制备。将BNC、NC、RDX、NG、催化剂等推进剂各组份在2 立升行星式捏合机中混合1 h 左右，出料后经70 ℃固化72 h,退模。 2 结果与讨论 通常为进一步提高固体推进剂的能量在推进剂配方中添加金属粉，同时还可以提高推进剂的密度和改善燃烧性能。考虑在高能RDX-CMDB 推进剂配方中添加硼粉和铝粉，考察它们对推进剂燃烧性能影响的差别。选择的RDX-CMDB 推进剂配方为成熟的改性双基推进剂，该推进剂配方的组成见表2.所选择的推进剂配方具有较好的燃烧性能，燃速压强指数在11 ~20 MPa 之间具有平台燃烧的特性。

硼用作推进剂燃料组分的研究

硼用作推进剂燃料组分的研究 摘要：硼在过去几十年中被认为是一种有效的推进剂燃料组分。本文旨在介绍硼在推进剂燃料组分方面的性能、优缺点、应用和评估及近期研究方向。首先，在本文中对硼的形式、性能和安全性进行了详细分析并提出了意见。此外，本文还考虑了硼用作推进剂燃料组分的优缺点，包括可再生性、燃烧性能、无毒性和低成本。最后，专家代表将分析硼与可再生燃料，氢燃料和氟利昂等混合物比较，以识别适用于推进剂燃料组分的最佳混合物。 关键词：硼、推进剂燃料组分、可再生燃料、性能、安全性 正文：硼被认为是一种潜在的推进剂燃料组分，可以代替传统的汞及其他有毒物质，同时也可以增加可再生燃料的使用率。硼有三种常用的形式：磷酸铝硼、磷酸铵硼和硼酸钠。这些形式的硼具有不同的性质，因此需要具体考虑。例如，磷酸铝硼有良好的热安全性，而硼酸钠有良好的热稳定性。此外，所有硼形式都符合环境安全标准。 在考虑优缺点时，硼与传统汞相比具有一定的优势。首先，硼比汞具有更大的推进力，因此可以实现更高的表现。其次，硼的气体形式无毒，而汞则有毒。第三，硼的成本远低于汞，因此具有更低的维护成本。最后，由于硼是可再生的，因此它可以重复使用，从而降低对资源的消耗。 最近的研究已经开始着手考察硼作为推进剂燃料组件的可行性。专家来自不同的国家，如美国、俄罗斯和中国，正在分析和比

较不同类型的混合物，以确定最佳推进剂燃料组成。这些混合物包括硼与可再生燃料、氢燃料和氟利昂的混合物。结果表明，在某些情况下，在给定的温度和压力条件下使用硼可以达到极好的推进效果，这一结果在今年的文献中得到了证实。由于硼可以替代传统的汞及其他有毒物质，因此它很受欢迎。目前，硼已经被用于航天、航空和军事的推进系统中，以提供高性能的推力。此外，硼也被广泛地应用于转折器中来提供可靠和持久的性能。此外，硼可以被用于火箭发动机中以提供更高的推进量。例如，它可以被用于氢燃料发动机中作为助推剂，以增加推力。 同时，硼也可以被用于射程弹药、航天器和无人机的助推器中，以提高表现。在存储和使用硼的设备中，必须安装适当的控制系统以防止发动机过热。同时，在运输硼时也必须进行安全预防措施，以防止发生任何安全或环境事故。 此外，硼也正在被用于汽车和摩托车的助推器中，以增加汽车的性能和加速度。这是因为硼可以较快地在压缩机中产生推力，从而提高汽车的表现。此外，硼也被用于船只、潜艇和运载航天器的推进系统中，以提高性能。同时，硼可以用于真空管中以提供推动力，这可以显著提高真空炉的性能。硼还可以用于激光技术。激光发射器通常需要特定纯度的燃料，而硼可以满足这一要求并且能够提供高效能的推力。另外，硼也可以被用于军事机器人来提供推力，从而使其能够达到高速度和高性能。 硼还可以用于制造先进的核武器，以确保有效攻击和准确性。它也可以用于太阳能系统中，以提供更高效的转换效率。此外，

配方对含硼富燃料推进剂绝热火焰温度的影响研究

配方对含硼富燃料推进剂绝热火焰温度的影响研究 刘迎吉;胡松启 【摘要】针对含硼富燃料推进剂的组分特点,设计了不同配方的含硼富燃料推进剂,并使用埋置钨铼热电偶的方法对其绝热火焰温度进行测试,以此来分析配方对含硼富燃料推进剂绝热火焰温度的影响.研究结果表明:增加镁铝合金的用量可以提高含硼富燃料推进剂的绝热火焰温度.氧化剂含量的增大,一般会使合硼富燃料推进剂的绝热火焰温度升高；但当氧化剂含量减小、镁铝合金含量增大时,含硼富燃料推进剂的绝热火焰温度升高.黏结剂含量增大、氧化剂含量减小时,含硼富燃料推进剂的绝热火焰温度下降；黏结剂含量增大、硼含量减小时,含硼富燃料推进剂的绝热火焰温度略有上升.硼粉含量升高会使含硼富燃料推进剂的绝热火焰温度下降.提高含硼富燃料推进剂绝热火焰温度的最有效方法是适当增加铝镁合金或氧化剂的含量.%Boron based fuel-rich propellant of different prescription was designed through the characteristics of it and the adiabatic flame temperature of different boron based fuel-rich propellant were tested by the use of tungsten-Re thermocouple embeded in the propellant sample to explore the effect of prescription on the adiabatic flame temperature. The result shows that the increase of magnalium could increase the adiabatic flame temperature of the boron based fuel-rich propellant; the increase of oxidant could usually increase the adiabatic flame temperature of the boron based fuel-rich propellant, but the adiabatic flame temperature decreases with the increase of oxidant and the derease of the magnalium; the adiabatic flame temperature decreases with the increase of bond and the derease of the oxidant, and the adiabatic flame

硼烷合乙二胺的点火、燃烧及热解特性

硼烷合乙二胺的点火、燃烧及热解特性 杨澍;郑雄飞;黄雪峰;李盛姬;郭艳辉 【摘要】为探索高氢含量硼烷合乙二胺储氢材料在空气中的燃烧性能,使用气相合成方法制备了硼烷合乙二胺(EDAB)微米颗粒.通过连续激光点火实验,测试了其点火和燃烧参数;通过在氮气和空气中的热解实验,研究了其燃烧过程机理.结果表明,硼烷合乙二胺的燃烧具有点火延迟时间短、点火能量低的特点,在常温常压静止空气流中,点火功率密度为109W/m2量级时,微米级硼烷合乙二胺的点火延迟时间为 0.0002~0.0009s,最小点火能量仅0.0001J;其连续激光点火燃烧过程分为两个阶段,分别产生亮蓝色与黄色火焰.结合材料在氮气及空气中的热解行为,推测该材料燃烧第1阶段蓝色火焰对应其热解释放氢气的燃烧,第2阶段的黄色火焰对应其骨架高温裂解所生成挥发物的燃烧.%To explore the combustion characteristics of ethylenediamine bisborane hydrogen storage material with high hydrogen content in air, the ethylenediamine bisborane micro particles were prepared by a gas phase synthesis method. Its ignition and combustion parameters were tested by a continuous laser ignition test. The mechanism of combustion process was studied by pyrolysis experiments in nitrogen and air. The results show that ethylenediamine bisborane has the characteristics of short ignition delay time and small ignition energy. In a stagnation air flow at atmospheric temperature and pressure, as ignition power density reaches the order of magnitude of 109W/m2, the ignition delay time of micro ethylenediamine bisborane is 0.0002-0.0009s and minimum ignition energy is 0.0001J. The continuous laser ignition combustion process is divided into two stages, which produce bright blue

硼砂资料

硼砂相关资料 硼简介 硼是一种典型的非金属元素。硼在自然界中只以化合物形式存在，但在地壳中分散状态的硼却分布广泛，而且是地表水、地下水、岩浆喷气、矿泉水和所有岩层的气液包裹体中所具有的元素。硼也是非常分散的、典型的亲石元素，广泛分布于各种成因、不同类型的岩石中。硼矿物几乎在地质旋回的所有阶段都可以形成，从岩浆作用到表生作用，在内生条件和外生条件下均可以形成工业富集。硼在玻璃、冶金、医药、搪瓷、油漆、日用化工、农业以及国防尖端工业等部门都是不可缺少的。因此，硼资源的开发、利用，对于现代工业的发展，具有越来越重要的作用。 硼矿分布 世界上硼矿总储量约17亿吨（以B2O3计），主要产硼国家有美国、土耳其、俄罗斯、哈萨克斯坦、智利、玻璃维亚、秘鲁、阿根廷、伊朗、中国等十个国家。其中美国、土耳其、俄罗斯和中国的保有储量最多。中国的保有储量占第四位。 美国硼砂集团在加州的莫拉维（Mojave）沙漠硼镇（Boron）地区开采的是一个大型硼砂和四水硼砂矿床，北美化学矿物集团开采的是撒拉斯（Searles）湖中抽取含硼酸盐的卤水矿产，Newport矿物公司从德斯谷开采的是小型硬硼钙石矿床。 加利福尼亚州是美国唯一的具有重要商业开采价值的硼矿产区，目前有三大矿区：1.加州科恩县（Kern county）硼矿矿区，2.加利福尼亚州西圣贝那迪尔诺（san Bernardino county）西尔斯湖区的卤水矿，3.加利福尼亚州和内华达州交界处的死谷（death vaiiy）矿区。 土耳其开采的硼酸盐主要是在毕加狄（Bigadic）和伊美特（Emet）地区的钠硼解石和硬硼钙石，还有来自科卡（Kirka）盆地的一个巨型硼砂矿床。土耳其的硼矿矿石类型有三类，分别为硼酸钙型、硼酸钠型和钙钠型硼矿。约有储量24.1亿吨。 俄罗斯的硼矿多产于亚洲部分，以硅硼钙石为主，有感可溶性较差，总储量

二硼化镁的热氧化特性研究

二硼化镁的热氧化特性研究 郭洋; 张炜; 周星; 邓蕾 【期刊名称】《《无机材料学报》》 【年(卷),期】2019(034)008 【总页数】6页(P873-878) 【关键词】硼; 二硼化镁; 氧化特性; 燃烧效率 【作者】郭洋; 张炜; 周星; 邓蕾 【作者单位】军事科学院北京 100091; 国防科技大学空天科学学院长沙410073 【正文语种】中文 【中图分类】TJ55 硼具有极高的质量热值和体积热值, 是最具前景的高能金属燃料, 并广泛应用于含硼富燃料推进剂。但单质硼的熔点和沸点较高, 导致其点火和燃烧性能较差, 进而影响其化学潜能的发挥。为解决该难题, 现阶段主要有以下技术方案: (1)在含硼推进剂制备过程中添加镁、铝等易燃金属[1-3]; (2)采用氟化物[4]、AP(高氯酸铵)[5-6]、PGAP(聚叠氮缩水甘油醚)[7]及镁[8-9]等物质包覆硼颗粒表面, 改善其点火和持续燃烧性能; (3)对硼颗粒进行团聚造粒[10-13], 改善推进剂的工艺性能, 并提高推进剂的燃烧性能; (4)在推进剂配方中采用含能粘合剂[7, 14-15], 改善含硼富燃料推进剂的燃烧性能。虽然上述方法可改变硼颗粒燃烧时的外部环境, 并部分改善其点火和持续燃烧性能, 但它们并未改变单质硼自身的燃烧特性, 硼颗粒的燃烧效率

仍有待提升。 本研究提出采用二硼化镁替代单质硼来制备富燃料推进剂, 以期提升含硼推进剂的燃烧效率。Hsia[16]、Mestwerdt等[17-18]、Mota等[19-21]分别研究了镁硼化合物、锂硼化合物及铝硼化合物的点火和燃烧性能。研究表明, 上述硼化合物具有燃烧速度快、燃烧效率高的优点。但上述研究侧重于硼化合物性能的表征, 而对于其在能量释放过程中发生的反应及其相关机理阐述不足。鉴于此, 本研究选取MgB2作为研究对象, 对其氧化反应历程进行深入研究, 并与无定型硼的热氧化特性进行对比, 综合分析MgB2在富燃料推进剂中的应用前景。 采用GR3500型氧弹式量热计, 测定MgB2(纯度: 93.6%)及无定型硼(纯度: 93.0%)的燃烧热, 样品用量约为40 mg, 充氧气压强为2.6 MPa。 无定型硼和MgB2的热分析实验采用STA449C热重-差热分析(TG-DTA)仪进行, 空气流量为40 mL·min–1, 样品质量为10~20 mg, 加热速率5 K·min–1, 加热范围为室温至1665 K。 由于热分析仪器所用样品量较少, 不便于对热氧化产物进行后续检测分析, 故采用高温管式炉模拟热分析实验, 以批量获取MgB2在不同热氧化阶段的氧化产物。向管式炉中通入空气流, 以相同的升温速率将装有粉状MgB2样品的刚玉坩埚加热至目标温度, 然后停止加热, 样品随炉自然冷却, 并分别记录样品氧化前后的质量。 采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)仪等仪器对MgB2的热氧化产物进行检测。同时, 参考硼镁矿石的成分分析方法[22], 对 MgB2的氧化产物进行定量分析。 无定型硼和MgB2的燃烧热及燃烧效率如表1所示。在纯氧环境中, MgB2的燃烧热值略高于无定型硼, 但燃烧效率(62%)却明显高于无定型硼(38%), 具备良好的应用基础。 如图1所示, 根据热重曲线的变化和DTA曲线中的放热峰位置可将MgB2的热氧

压强对含硼富燃料推进剂一次燃烧产物的影响

压强对含硼富燃料推进剂一次燃烧产物的影响 丁小雨;金星;张鹏 【摘要】The primary combustion temperature of the boron-based fuel-rich propellant was tested by the testing system of combustion temperature under pressures of 0.2,0.4,1.4 and 3.1 MPa.The Gibbs principle of minimum free energy was used to study the influence of the combustion pressure on the components and the Scanning Electron Microscopy (SEM)was used to observe the morphology characteristics of primary combustion products of the boron based fuel-rich propellant.The products in the primary combustion of boron-based fuel-rich propellant were B2 O3 , B4 C,BN,B,B2 O2 (g)and HBO(g).The contents of B and B4 C were relatively higher under low pressure and the reaction rate of B was fairly low.The contents of B and B4 C decrease obviously with the increase of the combustion pressure while the content of B2 O3 increases,showing that increasing the combustion pressure is beneficial to improve the reaction rate of B and the heat release of boron combustion.The contents of B2 O2 (g),HBO(g)and MgCl2 (g)increase with increase of the combustion pressure while the content of HCl(g)decreases continuously. The content of H2 (g)is not influenced by the combustion pressure.The SEM results show that the higher the combustion pressure,the better the dispersibility of the condensed-phase products,and the smaller the particle size becomes.%采用燃烧温度测试系统测量了0．2、0．4、1．4和3．1 MPa 下含硼富燃烧料推进剂的一次燃烧温度，利用最小自由能法研究了压强对含硼富燃料推进剂一次燃烧

含能材料情况调研

含能材料国内外发展现状与趋势 含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行快速化学反应并输出能量的化合物或混合物,其能量比常规炸药通常为103J/g至少高一个数量级,是实现高效毁伤的核心技术.这种材料在激发后,一般不需要外界 物质参与,即可使化学反应持续下去,快速释放出巨大的能量.它是各类武器系统包括弹道导弹和巡航导弹必不可少的毁伤和动力能源材料,是炸药,发射药和推进剂配方的重要 组分.按照应用领域的不同,将含能材料分为军用和民用两 大类,军用领域主要是火炸药和火工品,包括发射药、推进剂、炸药、烟火剂、起爆药等；民用领域主要是用于开矿、土建、油田、地质勘探、爆炸加工、烟花爆竹的炸药和烟火剂等.目前,习惯上也将含能材料称为高能量密度物质HEDM,它具有高能、低烧蚀、低特征信号、低易损性的性能特点,常用浇铸、压装等工艺进行制备. 进入21世纪以来,含能材料因实现能量的惊人突破而受到越来越多国家的高度重视.美俄采取积极举措大力发展含能材料技术,在高活性金属储能技术、全氮物质、金属氢和核同质异能素研究上取得了重大突破.在美、俄的带领下,德国、瑞典、印度和日本等国也纷纷启动相关发展计划和研究项目,推动含能材料的研究与应用.

1本学科最新研究进展 1.1含能材料相关理论和计算机模拟仿真技术 注意采用量子化学方法和QSPR模型通过对关注的芳烃类、唑类、富氮类、嗪类等高能量密度化合物HEDC的密度、生成热、能量、稳定性、爆速、爆压等关键性能参数进行预估和分析,以此指导其合成.开发了基于配方组分数据库的发射药和固体推进剂专家系统,便于进行其能量示性数的准确计算和配方的优化设计.建立了低温感组合装药的内弹道模型,开发了可逆的装药设计仿真软件,从而促进低温感装药技术在各类型号中的应用. 基于有限元技术开发了熔铸炸药凝固过程数值模拟方法,该法可用于预测装药缩孔、裂纹、疏松等缺陷,指导熔铸炸药配方和工艺的优化设计.在混合炸药能量设计方法上,由过去单纯从化学热力学角度开展设计发展至兼顾化学热力学和化学动力学的设计思路,还重视了炸药能量输出结构与应用环境的匹配,形成了针对空中爆炸、密闭空间爆炸及密实介质中爆炸等的设计方法. 1.2高性能含能材料组分配方 开展了高能、高强度、低敏感、高燃速等发射药配方研究,开发了相应的优化配方.基于NG/DIANP为混合含能增塑剂、RDX为高能氧化剂开发的高能发射药,在爆温≤3500K时