GAP/CL-20固体推进剂燃烧机理研究
固体推进剂作为火箭发动机的动力源,是导弹武器装备的核心关键技术,其燃烧性能直接影响火箭发动机弹道性能,进而影响武器系统作战效能.随着新型导弹武器快速发展,现有固体推进剂能量性能无法满足未来导弹动力的技术要求.GAP/CL-20固体推进剂具有高能量的技术优势,但是存在燃速可调范围窄、燃速压强指数偏高的不足.本文致力于研究GAP/CL-20固体推进剂配方组成与其燃烧性能间的相关关系,揭示GAP/CL-20固体推进剂燃烧机理,从而指导其燃烧性能的调控.通过静态燃速测试法,研究了粘合剂种类、增塑剂种类及增塑比、固体填料粒度及含量、常用催化剂等对GAP/CL-20固体推进剂燃烧性能的的影响规律.结果表明,CL-20粒度和AP粒度是推进剂燃速的主要影响因素;粘合剂种类、Al粒度、常用催化剂对推进剂燃速影响不显著;固含量、增塑比等对推进剂燃速无影响.CL-20粒度由100μm减小到20μm,GAP/CL-20固体推进剂燃速由16.94mm/s降低至14.50mm/s;AP粒度由7μm增加到140μm,GAP/CL-20固体推进剂燃速由27.32mm/s降低至15.88mm/s.采用TG-DSC热分析技术,研究了主要组分热分解特性及组分间相互作用.结果表明,CL-20热分解峰温和热分解反应活化能分别为246.9℃和171.8kJ/mol,低于HMX的284.3℃和331.6kJ/mol,而其热分解反应放热量为1387J/g,高于HMX的1281J/g;AP能强烈促进HMX热分解,使其热分解峰温和热分解反应活化能降低至234.1℃和176.6kJ/mol,而对CL-20热分解无影响.运用TG-FTIR联用技术和量子化学计算,研究了CL-20与HMX的热分解气相产物.结果表明,CL-20和HMX主要热分解气相产物为NO2和N2O;由于CL-20和HMX热分解产生NO2与N2O的活化能存在显著差异,导致两者热分解气相产物中NO2与N2O比例不同,这被认为是CL-20基与HMX基推进剂燃速差异的根本原因.通过CCD和SEM技术,研究了GAP/CL-20固体推进剂火焰结构、熄火表面形貌等.结果表明,GAP/CL-20固体推进剂燃烧时同时存在凝聚相和气相反应,但以气相反应为主,两者受压强影响均很大;GAP/CL-20固体推进剂燃烧火焰包括初始扩散火焰、AP焰、CL-20焰、粘合剂体系预混焰及最终扩散火焰.建立了GAP/CL-20固体推进剂燃烧物理模型,并运用该模型分析了CL-20与HMX基推进剂燃速差异的本质.在GAP/CL-20固体推进剂燃烧性能及燃烧机理研究成果的基础上,通过提高AP粒度、降低CL-20粒度、使用A2等途径对其燃速进行了调节.GAP/CL-20固体推进剂燃速由15.88mm/s降低至11.09mm/s;推进剂燃速压强指数由0.75降低至0.59.
- 作者：
- 周晓杨
- 学位授予单位：
- 航天动力技术研究院
- 专业名称：
- 化学工程与技术
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 庞爱民
- 中图分类号：
- V512
- 关键词：
- GAP/CL-20固体推进剂；燃烧性能；燃烧机理；燃烧物理模型；性能调节
- GAP/CL-20 solid propellant; Combustion performance; Combustion mechanism; Combustion physical model; Performance adjustment;