粘合剂体系对燃气发生剂燃烧特性的影响研究
本文针对工程应用中不同粘合剂体系燃气发生剂药柱在试车时出现不同的热试车现象,选取聚丁二烯类(CTPB、HTPB)、聚醚类(PET)及叠氮聚醚类(PBT、GAP)粘合剂体系作为研究对象,系统研究了不同粘合剂体系胶片的热分解特性,分析了粘合剂体系对燃气发生剂及其药柱燃烧特性的影响规律.同时,探讨了粘合剂体系中固化剂种类对燃气发生剂燃烧性能的影响规律,根据试验结果,构建了粘合剂体系影响燃气发生剂燃烧特性的燃烧物理模型,研究结果可为不同粘合剂体系燃气发生剂的工程化应用提供理论依据和指导.通过马弗炉实验,考察了不同粘合剂体系胶片的熔融形态特征,结果表明,在升温过程中(25~400℃范围内),CTPB及HTPB粘合剂体系胶片无明显的"熔化"现象,PET粘合剂体系可以形成流动性很好的"熔化液",GAP和PBT粘合剂体系发生剧烈的分解反应,不存在"熔化"过程.采用DSC-TG等手段,研究了不同粘合剂体系/AP的热分解特征,结果表明,温度达到AP的低温分解温度时,CTPB和HTPB体系只有少量的分解,依然能够保证结构的完整性,对AP的分解基本无影响;PET在AP低温分解前网络结构发生破坏,形成流动性好的低聚物覆盖到AP的表面,阻碍AP的分解;而GAP和PBT在250℃时发生剧烈的热分解反应,产生的热量进一步促进AP的分解.通过静态燃速测试,研究了粘合剂体系对燃气发生剂燃烧特性的影响以及粘合剂体系中固化剂种类对燃气发生剂燃烧性能的影响,并通过SEM-EDS联用观察了熄火表面形貌和表面元素分布情况.结果表明,CTPB和HTPB型燃气发生剂熄火表面不平整,碳残渣较多,属于"难熔"粘合剂体系,其燃速较PET型燃气发生剂高,低压转向高压时燃速压强指数爬升幅度较大;PET型燃气发生剂熄火表面平整,残余碳渣较少,属于"易熔"粘合剂,由低压转向高压时,其燃速上升幅度较小,燃速压强指数的爬升没有聚丁二烯类明显;相比于PET型燃气发生剂,PBT及GAP型燃气发生剂具有较高的燃速,在低压范围内具有较大的燃速压强指数.相同预聚物情况下(HTPB及PET),固化剂的种类对燃气发生剂的燃烧性能存在一定程度的影响,其中DDI的引入,可降低燃气发生剂的压强指数.结合不同粘合剂体系燃气发生剂燃烧性能的特点,通过对燃气发生剂药柱燃烧特性分析,认为粘合剂体系的差异是导致药柱燃烧性能差异的因素之一.粘合剂体系不同,对应的压强指数变化情况及锥角效应不同,从而使不同粘合剂体系燃气发生剂药柱表现出不同的燃烧特性.
- 作者：
- 孙晓飞
- 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：
- 2018年
- 导师姓名：
- 鲁国林
- 中图分类号：
- V512
- 关键词：
- 粘合剂体系；燃气发生剂；压强指数；燃烧物理模型
- Binder system; Gas generating propellant; Pressure index; Combustion physical model;