推进技术国外新型钝感双基推进剂的研究赵凤起 李上文 宋洪昌 李凤生 摘 要 导弹武器的低易损性对火箭发动机提出了“钝感”的新概念和新要求,而发动机的钝感要求发展钝感的固体火箭推进剂。
介绍了国外研制的三种新型钝感双基推进剂,从中可看出:实现双基推进剂钝感的途径就是用新的钝感的硝酸酯增塑剂取代较敏感的硝化甘油(N G)。
主题词 钝感 双基推进剂 低易损性 增塑剂前 言随着高新技术在战争中的大量应用和武器使用环境的日趋苛刻,对武器在战场上的生存能力的要求越来越高,为此,武器的易损性问题已受到人们极大的关注,钝感弹药的研究也受到世界各国的高度重视。
所谓钝感弹药(Insensitive Munitions,缩写成IM)又称低易损(LOVA)弹药或不敏感弹药,它是一种能够可靠地履行其使命、使用方便、易于满足操作要求的弹药,当该弹药遭受不可预测的外界刺激时,它不容易产生剧烈的反应造成间接破坏,也就是说,当它受到子弹、高速破片、射流的撞击或其它机械冲击作用时不容易引起意外爆炸,在高温或火焰的“烤燃”时只燃烧,不爆轰,也不殉爆。
钝感弹药起初是美国海军根据1967年Forsate航空母舰搭载弹药燃烧爆炸,造成巨大损失,导致134人死亡的严重事故而提出要发展的弹药;之后,美国三军均参与了不敏感弹药研究,设立了不敏感弹药研究发展项目。
90年代,钝感弹药被列入1992财年美国国防关键技术中,要求无论是炸药、发射药还是火箭推进剂都应成为钝感弹药。
美国海军(1991年)和美国国防部(1994年)先后制定了钝感弹药的军用标准。
美国IM开发的基本方针是:今后开发的弹药都必须满足IM标准的要求;而在改进已装备的弹药中选择了十五种弹药,它们到1995年必须达到IM标准。
英国、法国也相继开展了对钝感弹药的研究,英国准备将钝感弹药用于新设计的核战斗部和常规战斗部的导弹,法国在空对空导弹、舰对舰导弹上部分装备了钝感弹药。
法国火炸药公司和政府部门投入了大量资金,研制适用于火箭发动机的钝感推进剂,已积累了大量的经验和数据。
由此不难看出,钝感弹药已成为当前国外研究的重要热点之一。
钝感弹药种类繁多。
导弹武器的低易损性对火箭发动机提出了“钝感”的新概念和新要求。
发动机的钝感一方面要求发展新的壳体制造技术,另一方面就是要研制钝感的固体火箭推进剂。
目前,国外在钝感推进剂方面已进行了广泛的、卓有成效的研究,而国内至今却没有引起足够的重视,也没有开展这方面的研究,对此,本文对国外新型钝感双基推进剂的研究进行了介绍,以供有关部门和同行参考。
本文1999203229收到,作者赵凤起、李上文分别为西安近代化学研究所高工、研究员,宋洪昌、李凤生为南京理工大学教授。
1 SD1175推进剂15年前,法国海军就致力于改善火箭发动机的易损性。
作为固体推进剂的主要研制单位,法国火炸药公司(SN PE )从双基推进剂开始,率先研制成功为钝感弹药使用的挤压成型双基推进剂,并为其命名为SD1175。
该钝感推进剂采用三羟甲基乙烷三硝酸酯(TM ETN )取代硝化甘油(N G )的技术途径。
因为N G 很敏感而且能量大,因此在加工处理时很危险,而TM ETN 的挥发性低、加工性能良好,感度比N G 低很多,且有更好的热稳定性和比N G 低的迁移性,因此选择它作高能增塑剂。
SD1175推进剂选用的是含氮量12.6%的硝化棉(NC ),安定剂含量(1.8%)也已足够,因为TM ETN 有着很好的安定性,此外,还加入了一种不含能的增塑剂以改善推进剂的机械性能。
该推进剂的弹道改良剂采用的是SN PE 专门为DB 推进剂研制的铅铜复盐,这种复盐只需用很少的量(1.8%)即可有效地降低压力指数(n ),同时还可提高推进剂的抗老化断裂性能。
该推进剂的燃烧性能见图1。
为了消除声振荡燃烧不稳定性,SD1175中选用了一种适宜的燃烧稳定剂,最佳含量1.8%,这种添加剂对减少排气中的烟雾亦有好处。
SD1175推进剂的制造采用的是常规的无溶剂挤压成型工艺。
图1 SD1175的燃速与压力关系(标准发动机) 作为钝感弹药,必须达到真正的钝感弹药标准,它必须是在外界刺激下不能爆炸的1.3级推进剂。
根据美国的TB70022标准,对SD1175进行了试验研究。
在规定的试验中,SD1175显示出了良好的性能,如对热稳定试验、点火和自由燃烧试验只燃烧,撞击感度试验结果为无反应,爆轰试验为不爆轰,隔板试验为50片(要求<70片)。
因此,SD1175的危险级别达到了美国国防部的1.3级标准。
对于SD1175推进剂的星孔内燃药柱,按照美国军用标准M IL・STD2105A 的钝感弹药标准在70mm火箭发动机中进行了试验和鉴定,证明使用SD1175推进剂的发动机是不敏感的,在试验中没有观察到爆炸和殉爆扩展现象。
总之,SD1175是一种新型低特征信号、钝感的推进剂。
与双基推进剂相比,其易损性的改进情况见表1。
2 SD1178推进剂为了消除SD1178推进剂中铅化物的毒性,强调保护环境,SN PE 在SD1175的基础上,又对其进行了改进,研制成非铅挤压成型双基推进剂,牌号为SD1178。
该推进剂用两种含能增塑剂的混合物(TM ETN 、TEG DN )代替了N G ,制得的推进剂兼顾了多方面需要:a )满足美国钝感弹药要求(TB70022和M IL 2STD2105A );b )符合环境保护法规;c )再现了美国常规挤压成型推进剂NOSIH AA2的性能;d )燃烧稳定;e )低特征信号。
SD1178的配方为:表1 挤压双基推进剂的易损性改进情况推进剂A SD1175主要组分NC +N G NC +TMETN 爆热(J/g )42004032密度(g/cm 3)1.62 1.56隔板试验/(片数)6250爆轰试验燃烧不爆轰不燃烧在2.75″火箭发动机中的评价快速烤燃燃烧燃烧慢速烤燃燃烧燃烧子弹撞击燃烧碎片殉爆试验爆轰、扩展不扩展图2 SD1178的燃速与压力关系(标准发动机)NC +TM EIN 94.4%,TEG DN 1.5%,非铅催化剂3%,燃烧稳定剂1%,石蜡0.1%。
其燃烧性能见图2。
SD1178推进剂可用于任何需要钝感推进剂和无毒添加剂的方案,其应用价值已逐渐显示出来。
目前很难找到完全适合于替代70mm 火箭发动机的NOSIH AA2推进剂,但SD1178可取代现在装备的该双基推进剂,这即是YHDRA70方案。
3 ARCOCE L 440美国的亚特兰大研究公司(ARC )于80年代中期开始研制1.3级的微烟推进剂,起初他们采用的是在1.1级的XLDB 粘合剂体系添加硝酸铵(AN )、硝基胍(NQ )和硝酸胍的办法,但是由于这些添加剂恶化了燃烧性能和弹道性能,该途径不得不放弃。
在1990年,他们又回到硝酸酯增塑NC 的浇铸双基(CDB )推进剂的研究方向上来。
在美国军队导弹总部的经费支持下,他们选择了如下的基础配方:B TTN/DEG DN/NC 90.97%,弹道改良剂2.45%,安定剂4.58%,固化剂2.0%。
从配方中不难看出,他们是用B TTN (撞击感度58cm )和DEG DN (175cm ～180cm )混合酯取代了N G (15cm )达到了钝感的目标,但是其高温物理性能和弹道性能需要改进。
对此,研究者通过调节不同的NC 分子量比来控制物理性能;通过筛选由M ICOM研制的LC(铅铜)系列弹道改良剂来改善燃烧性能;在不损失1.3级危险性能的情况下,通过添加少量高能硝酸酯(N G、DINA)和硝酸铵来改善综合性能,最后得到了ARCOCEL440配方。
ARCOCEL推进剂具有优异的物理性能-27.8K～80.6K,极佳的热安定性和贮存寿命。
它已成功地通过了3个直径178mm飞行战术发动机的点火试验考核,子弹撞击、碎片撞击和慢速烤燃等IM要求也已通过,因此,实验证明它是一种高性能的1.3级微烟推进剂。
4 结束语国外尤其是美、法、英、德、日等国家对不敏感弹药尤为重视,它们不仅制定了IM标准,而且在不敏感推进剂的研究方面已做了大量工作,并且有些推进剂已应用于型号火箭发动机中,提高了武器的低易损性和生存能力。
我国在不敏感炸药和LOVA发射药方面已做了一些研究工作,但是在钝感推进剂方面却仍为空白,尚未对推进剂的钝感性能开展研究工作,因此,在火箭发动机的低易损性方面,我国已远远落后于西方国家。
针对此情况,我们应从现在开始着手对钝感推进剂开展研究工作:1)充分认识钝感推进剂在未来战术火箭发动机中应用的重要性,提高保存自己、有效制敌、扩展生存环境的意识,跟踪并了解国外在IM弹药研究中的进展和发展策略,以便为我所用。
2)从双基推进剂入手,用钝感的硝酸酯增塑剂取代较敏感的N G,降低推进剂的撞击感度,并在殉爆试验中不产生扩展现象,这是实现双基推进剂钝感化的必由之路。
3)建立钝感弹药的检测方法如慢速烤燃、快速烤燃、子弹撞击、碎片撞击、殉爆、爆轰试验等。
参照美国或法国IM弹药国军标,提出我国的IM军用标准。
地平线项目沉没,PAAMS前进法国、意大利和英国已放弃根据地平线项目建造22艘通用新一代护卫舰的计划。
这一消息是在英国经过数月考虑决定退出128.8亿美元的地平线计划后宣布的。
英国曾计划购买12艘通用新一代护卫舰,但它现在决定推进费效比更好的战舰项目。
1999年3月25日利用在华盛顿举行的纪念北约成立50周年庆典的机会,英、法、意三国国防部长就地平线项目今后的命运进行了讨论。
会后发表了措词谨慎的联合声明。
声明称,将继续开发PAAMS(主防空导弹系统),但将不再就通用新一代护卫舰签定一个主合同,而是创造机遇,三国合作采购舰上武备。
刘英姿。
