下载文档原格式
碳纳米管催化二硝酰胺铵燃烧和热分解李晓东;杨荣杰【摘要】通过燃速测定和热失重研究了碳纳米管(CNTs)、CNTs负载Fe2O3纳米粒子(Fe2O3/CNT)和CNTs负载Fe · Cu纳米粒子(Fe · Cu/CNT)对二硝酰胺铵(ADN)燃烧和热分解的影响.结果表明:CNTs、Fe2O3/CNT和Fe · Cu/CNT三种催化剂都可以提高ADN的燃速,降低压力指数.当这三种催化剂添加质量分数为3%时,在4 MPa下,燃速从30.49 mm/s分别增加到50.59 mm/s、39.72 mm/s和38.79 mm/s,压力指数从0.81分别降低到0.36、0.67和0.75.TG分析表明,添加质量分数为1%催化剂时,这三种催化剂降低ADN的初始热分解温度分别为18.3 ℃、12.1 ℃和11.6 ℃.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2010(025)006【总页数】5页(P444-448)【关键词】碳纳米管;二硝酰胺铵;燃烧;热分解【作者】李晓东;杨荣杰【作者单位】北京理工大学,材料学院,北京,100081;北京理工大学,材料学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TQ127.1+1;TJ551991年,碳纳米管(Carbon N anotubes,简称CN Ts)首先被Iijim a发现[1]。
CN Ts独特的结构赋予了其优良的力学、热学、电学、磁学和化学特性,可以用于增强复合材料[2]、超级电容器材料[3]、储氢材料[4]、锂离子电池负极材料[5]和催化剂载体[6]等。
CN Ts具有优良的热性能,其理论热传导率室温下高达6600W/m K[7]。
B iercuk[8]等研究了在工业级环氧树脂中添加质量分数小于5%的CN Ts后的热学性能,结果表明:当CN Ts添加量为1%时,在室温下材料的热传导率增大了125%。
显然,CN Ts的热学性能的应用具有广阔的前景。
教学资源：有关我国⽕箭燃料的教学资源【教学资源】有关我国⽕箭燃料的教学资源湖北省⽯⾸市⽂峰中学刘涛⼀、我国长征运载⽕箭燃料的秘密我国航天计划将实施载⼈航天⼯程、未来的空间站建设、探⽉三期⼯程，都需通过“长征”系列运载⽕箭才能完成发射任务。
长征系列运载⽕箭是我国⾃⾏研制的航天运输⼯具，运载⽕箭的保障是所有航天活动的第⼀步。
我国长征系列运载⽕箭发射时要使⽤哪些燃料？（图⼀：天宫⼆号发射）（图⼆：冰箭）电视现场直播“天宫⼆号”发射升空追⽉的实况（见图⼀），长征运载⽕箭尾部拖着橘黄⾊的壮观⽕焰，产⽣巨⼤的推⼒，腾空⽽起，成功送达预定轨道。
运载⽕箭通常使⽤液态（或固体）燃料，具有便于制取、能量⾼、推⼒强劲和易控制等显著优点。
偏⼆甲肼是⽬前世界上最普遍使⽤的⽕箭燃料，我国“长征”系列运载⽕箭的第⼀、⼆级燃料多数采⽤偏⼆甲肼（C2H8N2）和四氧化⼆氮（N2O4）的“⼆元推进剂”，在点燃时偏⼆甲肼和四氧化⼆氮发⽣剧烈的反应，⽣成氮⽓、⽔和⼆氧化碳，反应时的化学⽅程式为C2H8N2+2N2O43N2+4H2O+2CO2，以热⽓流⾼速向后喷出，产⽣巨⼤的反作⽤⼒定向飞⾏。
对此可发现：可燃物燃料时不⼀定需要氧⽓助燃。
偏⼆甲肼是⼀种有毒、有腐蚀性的油状液体，因此燃料加注要控制在⽕箭发射窗⼝期前24⼩时左右进⾏，采取安全的措施分别有：加注时要求严格检查仪器的⽓密性，完全密封防⽌泄露，正确使⽤防毒⾯具和防护服，严防静电和雷电，禁⽌携带使⽤⽕种和⼿机，⽤⽔稀释周围⼤⽓，尾⽓排放应达到国家排放标准等。
中国⾃主研制新⼀代重型运载⽕箭“冰箭”（见图⼆），采⽤⽆毒、⽆污染、⾼性能的冷藏液氧液氢低温燃料，我国成为世界上第三个掌握控制液态氢技术的国家。
液氢与液氧在⽕箭发动机内迅速发⽣化合反应，化学⽅程式为2H2+ O2点燃2H2O，⽣成唯⼀产物为⽔，并放出⼤量热，环保没有污染，完全符合“绿⾊化学”的要求。
使⽤⾼效、低毒的液氧煤油⽕箭燃料替代常规的肼类燃料，是世界航天推进技术的发展趋势。
硝酸羟胺基绿色推进剂研究进展鲍立荣1，2，3，汪辉1，2，3，陈永义1，2，3，张伟1，2，3，张晓军4，黄寅生2，3，沈瑞琪1，2，3，叶迎华1，2，3（1.南京理工大学空间推进技术研究所，江苏南京210094；2.微纳含能器件工业和信息化部重点实验室，江苏南京210094；3.南京理工大学化工学院，江苏南京210094；4.西安近代化学研究所，陕西西安710065）摘要：硝酸羟胺（HAN ）基推进剂具有能量高、安全钝感和燃烧产物绿色无毒等优点，在推进系统连续启动和推力调节等操作方面具有一定优势。
综述了HAN 基液体推进剂、HAN 基凝胶推进剂和HAN 基固体推进剂的配方组成、分解特性、点火燃烧性能及相关的应用技术状况。
提出了今后的研究重点：制备HAN 基液体推进剂用高性能催化剂床，同时发展电点火为可靠点火方式；改善HAN 基凝胶推进剂点火性能，加快工程化应用；探究HAN 基固体推进剂燃熄可控机理，突破大规模推进系统应用瓶颈。
关键词：硝酸羟胺（HAN ）基推进剂；配方组成；分解特性；点火燃烧性能；研究进展中图分类号：TJ55；V511文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20201001引言近年来，伴随着各国对航天和军事技术领域发展的不断深入，高能钝感、低特征信号及绿色无害型推进剂已成为各国的研究热点［1-3］。
此外各国也正积极发展可控推进技术，要求为微小卫星和导弹武器等提供动力源的推进系统可实现连续启动和推力调节等操作［4］。
在克服航天应用中占主导地位的肼类液体推进剂的比冲低、易燃易爆、毒性大等缺点，同时满足推进系统推力可控且安全可靠、推进剂密度比冲高以及环境友好等发展需求的前提下，硝酸羟胺（HAN ）基绿色推进剂成为空间飞行器动力可控来源的研究重点［5］，有望满足推进系统快速响应和低成本发展的需求，进一步为提高微小卫星和武器装备的动力可控和快速机动提供技术支撑［6］。
作为可替代肼类液体推进剂的绿色高能燃料，HAN 因为能量大、密度高以及毒性小等优势引起研究人员的广泛关注。
ADN 推进剂ADN （二硝酰胺铵）是20世纪70年代首先由前苏联合成出来的一种高能量密度材料。
它是一种能量密度高，不含卤素的白色结晶物，分子式为NH4N(N 2O 2)，氧平衡为25.8%，生成热为–148kJ/mol ，晶体密度为1.812g/c 3m ，燃气洁净。
最初ADN 是为高性能固体推进剂研制的。
作为一种能够替代高氯酸铵的候选氧化剂品种，国内外在ADN 推进剂的配方研究、球形化、改善吸湿性等方面做了大量工作。
但从目前的研究进展来看，ADN 存在热稳定性较差，会发生自动催化分解；室温下反应活性高；吸湿性强，容易与异氰酸酯反应产生气孔；晶体中有不均匀性缺陷，制备推进剂时的工艺性能差等问题。
这些问题制约了ADN 在高性能固体推进剂中的应用[1]。
ADN 推进剂配方早在20世纪70年代，苏联就在ADN 合成工艺改进、性能研究等方面进行了大量细致的研究，随着ADN 应用中安全问题的解决，俄罗斯已掌握了ADN 在固体推进剂中的应用技术[2]。
已应用在SS-20、SS-24和SS-27中。
推进剂配方大致为HTPB/AP/ADN/AL/HMX/二茂铁衍生物。
目前，美国聚硫橡胶公司利用造粒塔工艺已经能够生产平均粒度为100μm 、热稳定性及防吸湿性都很好的粒状ADN 。
表1列出了美国海军空战中心武器分部（NAWCWD ）研制的ADN/NEPE 为基的高能低特征信号推进剂。
所用ADN 氧化剂分别采用了平均粒度为300μm 的粒状ADN （ADNP ）和化学合成直接制得的ADN 原料。
粘合剂分别为ORP-2A （硝胺聚醚粘合剂）和PCP （己内酯聚合物）。
这些配方可表示为PCP/NE/ADN, PCP/NE/ADN/ADNP 和PCP/NE/ADNP/CL-20。
表1 ADN/NEPE为基的高能低特征信号推进剂配方与安全特性注：NE为硝酸酯，ADNP为粒状ADN，ABL-Allegany弹道试验室，ESD2静电感度。
偶氮二异庚腈生产工艺
偶氮二异庚腈（ADN）是一种高能量密度的推进剂，广泛应用于火箭
发动机和导弹等领域。
下面是ADN生产工艺的详细介绍：
1. 原料准备
ADN生产的原料主要包括硝酸、异庚醇、丙烯腈和氨水等。
其中硝酸为主要原料，质量要求较高。
2. 反应制备
ADN的制备反应是一种复杂的多步反应过程，主要包括以下几个步骤：
（1）异庚醇与硝酸反应生成异庚基硝酸酯。
（2）异庚基硝酸酯与丙烯腈发生加成反应，生成氨基羰基异庚基硝酸酯。
（3）氨水与氨基羰基异庚基硝酸酯反应，生成ADN。
3. 结晶分离
ADN水解后需要进行结晶分离。
在结晶过程中，需要控制温度和搅拌速度等条件，以保证结晶质量和产率。
4. 精制处理
经过结晶分离后的ADN含有杂质，需要进行精制处理。
精制方法主要包括重结晶、溶剂萃取和蒸馏等。
5. 包装储存
经过精制处理后的ADN需要进行包装储存。
常用的包装方式有塑料袋、铝箔袋和钢桶等。
以上就是ADN生产工艺的基本步骤。
在实际生产中，还需要对反应条件、原料质量和设备状态等进行严格控制，以保证产品质量和安全性。
一种新型高能氧化剂二硝酰胺铵的分离制备的方法二硝酰胺铵（Ammonium dinitramide，简称ADN）是一种高能氧化剂，具有高密度、高含能、高摩擦感度等优点，被广泛应用于火箭推进剂、炸药、发射药等领域。
ADN的分离制备是一项关键性的工艺，下面将介绍一种新型的ADN分离制备方法。
ADN的分离制备主要分为两个步骤：硝酸铵转化和二硝酸铵分离。
硝酸铵转化是将硝酸铵与HNO3反应生成二硝酸铵，二硝酸铵的分离则是指将反应产物中的其他杂质分离出来，得到纯净的二硝酸铵。
首先，介绍硝酸铵转化的步骤。
硝酸铵是一种广泛应用的氧化剂，在ADN制备中常常作为原料。
硝酸铵通过与HNO3反应，生成二硝酸铵。
该反应可以通过温和的条件进行，生成的二硝酸铵易于分离和纯化。
在硝酸铵转化反应中，可以使用HNO3作为反应剂，反应温度通常为25-40°C。
反应开始时，将硝酸铵和适量的HNO3加入反应容器中，通过搅拌或搅拌和加热的方式使反应进行。
反应时间一般为1-2小时。
在反应过程中，可以通过监测溶液的pH值和红外光谱等方法判断反应的进行情况。
反应结束后，得到的溶液中含有二硝酸铵、硝酸铵、硝酸等多种成分。
接下来是二硝酸铵的分离步骤。
二硝酸铵是硝酸铵转化反应的产物，其中包含了反应过程中生成的其他杂质。
为了得到纯净的二硝酸铵，需要对反应液进行分离和纯化处理。
首先，采用物理分离的方法将二硝酸铵与其他溶液成分分离开来。
可以通过冷却结晶、真空浓缩、离心和过滤等方法进行。
其中，冷却结晶是一种常用的分离方法，其原理是利用二硝酸铵的溶解度随温度的变化特点，在适当的温度下使其结晶出来。
结晶反应温度通常为-5°C至-10°C，通过冷却和搅拌等手段促进结晶反应进行。
结晶后，通过离心分离固体晶体和溶液，再进行洗涤和干燥，得到纯净的二硝酸铵。
此外，二硝酸铵的纯化还可以采用化学分离的方法。
常用的方法包括溶剂萃取、结晶、再结晶等。
其中，溶剂萃取是一种常用的纯化方法，其原理是利用二硝酸铵在不同溶剂中的相溶性差异，将杂质从二硝酸铵中萃取出来。
2017年12月固体火箭推进剂发展状况沈弘宇（长沙市周南梅溪湖中学，湖南长沙410002）摘要：固体火箭推进剂在近二三十年随着聚合物化学的进步取得了迅速的发展，航空航天领域在新的时代背景下，对火箭推进剂的能量密度、环保性能、综合成本和安全性能都有了更高的要求.本文对当代固体火箭推进剂技术进行简单介绍，并从粘合剂、氧化剂、增塑剂和燃料添加剂四个方面来介绍固体火箭推进剂的发展情况。
关键词：固体火箭推进剂；粘合剂；氧化剂；燃料添加剂1固体火箭推进剂简介固体火箭推进剂的发展十分漫长，其历史可追溯到中国人在十三世纪使用黑火药增加弓箭的射程。
黑火药的能量密度很低，推进效果很差。
而随着上个世纪四、五十年代第二次世界大战的爆发和聚合物化学的蓬勃发展，固体推进剂取得了全面且成熟的发展，硝酸酯增塑聚醚（NEPE ）、端羟基聚丁二烯（HTPB ）、缩水甘油叠氮醚（GAP ）等推进剂相继出现，使得固体推进剂应用更加广泛。
在现今阶段，能量密度一直是推进剂的首要指标；对推进剂的能量、技术、成本和安全有全面综合的要求；也由此打破了传统的分类界限，形成了共同促进，取长补短的融合，不断有新的配方出现。
2固体火箭推进剂的发展情况2.1粘合剂粘合剂是固体推进剂体系中的研究热点。
目前广泛应用和研究的是含能粘合剂。
通常是在聚合物分子链中含能的官能团，如硝基（—NO 2）、硝酸酯基（—ONO 2）、叠氮基（—N 3）等等。
粘合剂只占推进剂大约10%，但是其对推进剂的综合性能有着巨大的影响。
含能粘合剂在改善氧化剂和燃料的燃烧环境的同时，也燃烧并释放出能量，从而提高推进剂的性能。
下面对两类主要的含能粘合剂进行简要介绍：（1）叠氮粘合剂叠氮粘合剂中的叠氮基分解先于高分子主链且独立进行，其燃烧产物主要为一氧化碳、氮气和氢气，基本无可见烟和三原子产物，并且具有燃温低的特点。
因此在高能无烟固体推进剂的研究中有很大优势。
其典型代表GAP 是一种主链聚醚含有叠氮基侧链的聚合物，具有生成热为正、含氮量高、密度大、热稳定性好等优点，与增塑剂相溶性很好，危险性较低。
130火炸药学报Chinese Journal of Explosives&Propellants第卷第2期2 0 2 1年！月D O I：10. 14077/j. issn. 1007-7812.201906018ADN及其固体推进剂燃烧特性的研究进展李雅津，谢五喜，刘运飞，杨洪涛，黄海涛，张伟，李军强，樊学忠(西安近代化学研究所，陕西西安710065)摘要：系统介绍了二硝酰胺铵（ADN)燃烧的最新研究动态，综述了国内外近年来报道的A D N燃烧时发生的物理化学变化、A D5燃烧机理、催化剂/A D N混合物燃烧性能以及A D5基固体推进剂燃烧特性的最新研究进展。
首先指出了A D N的燃烧主要受凝聚相反应控制，AD N燃烧波结构包括固相层、泡沫层（包括固-气和液-气）和气相层；其次，总结了A D N基固体推进剂燃烧特性的研究现状，对现有研究中存在的局限性进行了分析；最后，指出继续开发适用于A D N基固体推进剂的新型燃烧催化剂是今后研究的重点方向之一。
另外，随着非异氰酸酯固化体系在ADN基固体推进剂中的应用，需进一步加深A DN基固体推进剂燃烧性能的研究，尤其是三唑环的引入对A D N热分解及推进剂中其他组分热分解的影响。
关键词：物理化学％二硝酰胺铵；A D N;燃烧特性；燃烧催化剂；固体推进剂中图分类号：T)55;V512 文献标志码：A 文章编号！007-7812(2021)02-0130-09Research Progress on Combustion Characteristics of ADN and ADN-Based Propellants LIY a-jin，XIEW u-xi, LlUYun-fei，YANGHong-tao，HUANGHai-tao，ZHANG W ei, LI Jun-qiang，FANXue-zhong(X i’anModern Chemistry Research Institute，Xi’an 710065，China )A b s tra c t：The latest development trends in combustion of ammonium dinitramide(ADN) were introduced systematically，andthe physicochemical process of ADN combustion，the combustion mechanism，combustion performance of catalyst/ADN mixtures ，and combustion characteristics of ADN-based propellants were summarized. The combustion of ADN is mainly controlledby the condensed phase reaction , and the combustion wave structure includes a solid phase layer , a gas and liquid-gas) and a gas phase layer. At the same time , the research of ADN-based solid propellant combustion ch istics was summarized，and the limitations of current research were analyzed. tt indicates that developing novel combustioncatalysts for ADN-based propellants is one of the future directions. With the application of non-isocyanate curin propellant，it is necessary to further deepen the study of its combustion properties , especially the effects of triazole ring on thethermal decomposition of other components in the propellant.K eyw ords：physical chemistry；ammonium dinitramide；ADN；combustion characteristics；combustion catalyst；solid propellant引言二硝酰胺铵(ADN)是近几年来研究较为广泛的 新 氧化剂之一[13]，其 种 含能化合物（NH4+N(NO2)Z)。
ADN 推进剂ADN （二硝酰胺铵）是20世纪70年代首先由前苏联合成出来的一种高能量密度材料。
它是一种能量密度高，不含卤素的白色结晶物，分子式为NH4N(N 2O 2)，氧平衡为25.8%，生成热为–148kJ/mol ，晶体密度为1.812g/c 3m ，燃气洁净。
最初ADN 是为高性能固体推进剂研制的。
作为一种能够替代高氯酸铵的候选氧化剂品种，国内外在ADN 推进剂的配方研究、球形化、改善吸湿性等方面做了大量工作。
但从目前的研究进展来看，ADN 存在热稳定性较差，会发生自动催化分解；室温下反应活性高；吸湿性强，容易与异氰酸酯反应产生气孔；晶体中有不均匀性缺陷，制备推进剂时的工艺性能差等问题。
这些问题制约了ADN 在高性能固体推进剂中的应用[1]。
ADN 推进剂配方早在20世纪70年代，苏联就在ADN 合成工艺改进、性能研究等方面进行了大量细致的研究，随着ADN 应用中安全问题的解决，俄罗斯已掌握了ADN 在固体推进剂中的应用技术[2]。
已应用在SS-20、SS-24和SS-27中。
推进剂配方大致为HTPB/AP/ADN/AL/HMX/二茂铁衍生物。
目前，美国聚硫橡胶公司利用造粒塔工艺已经能够生产平均粒度为100μm 、热稳定性及防吸湿性都很好的粒状ADN 。
表1列出了美国海军空战中心武器分部（NAWCWD ）研制的ADN/NEPE 为基的高能低特征信号推进剂。
所用ADN 氧化剂分别采用了平均粒度为300μm 的粒状ADN （ADNP ）和化学合成直接制得的ADN 原料。
粘合剂分别为ORP-2A （硝胺聚醚粘合剂）和PCP （己内酯聚合物）。
这些配方可表示为PCP/NE/ADN, PCP/NE/ADN/ADNP 和PCP/NE/ADNP/CL-20。
表1 ADN/NEPE为基的高能低特征信号推进剂配方与安全特性注：NE为硝酸酯，ADNP为粒状ADN，ABL-Allegany弹道试验室，ESD2静电感度。
实验结果表明，这类推进剂具有适合应用于高压、高性能火箭发动机的燃烧性能，同时具有良好的安全性能和热分解性能，但力学性能较差。
推进剂在标准条件下的比冲为 2.6×103N•s/kg，比一般常规低特征信号推进剂高98~147N•s/kg。
ADN可以和其他物质混合使用，如二硝酰铵胺+氨水、二硝酰胺肼+肼和二硝酰胺羟铵+羟铵，都可以用作单元液体推进剂。
自1997年以来，瑞典空间公司（SSC）和FOI一直在进行ADN单元推进剂的配方研究，他们从100多种材料中筛选出了甘油、甘氨酸、甲醇等，并相继推出一系列推进剂配方，ADN单元推进剂的配方性能如表2所示。
表2 ADN基绿色液体推进剂配方和性能注：ADN推进剂密度为25℃时的测量值，比冲的计算条件为燃烧室压力pc=2MPa，膨胀比ε=50；F–5~F –7为燃料代号。
由表2可看出：ADN单元推进剂的比冲和密度都比肼高；与HAN推进剂相比，密度相当，但比冲较高；几种配方的冰点都低于0℃，试验发现，在没有结晶核的情况下，0℃下也能稳定保存数小时。
因此，在航天器中使用时完全可以采用与肼（冰点2℃）相同的操作系统。
对照美国AFRL（Air Force Research Laboratory）中新型单元推进剂的标准，进一步对上述配方进行了筛选，测试结果如表3所示。
表3几种ADN 单元推进剂配方的测试结果实验发现：以甘油为燃料的LMP–101点火性能非常好，但热稳定性比较差；以甲醇为燃料的LMP–103热稳定性也不太好，通过加入质量分数为3%~5%的氨（称为LMP–103s），热稳定性得到改善；FLP–106性能较好，可在150~200℃实现点火。
瑞典SSC选择改进配方LMP–103s作为单元推进剂的候选配方，并已将其成功应用于2010年6月15日发射的“棱镜”卫星上。
LMP–103s的配方组成和性能如表4所示。
表4 LMP–103s 的配方组成及性能AND推进剂的性能比较几种不同氧化剂的性能和不同氧化剂推进剂的理论比冲（表5），可以看出与其他氧化剂相比,ADN 能量较高（HNF 除外）。
表5 几种氧化剂及其推进剂的性能瑞典研究的ADN 推进剂用HTPB 作粘合剂，HMDI 为固化剂（HMDI 热稳定性最高且与ADN 的相容性最好），在NCO/ OH 比率为1 时用HMDI 固化HTPB，在65 ℃下固化一个星期。
用这种方法制得的AP推进剂燃烧产物中灰多（与ADN 比）且低压下燃烧不稳定，点火后可能自动熄灭，而ADN 推进剂无此类问题。
但是ADN 推进剂的燃速压力指数为0. 92（AP 推进剂的燃速指数为0. 60），使得发动机工作不稳定，因此必须通过改变晶形、添加燃速调节剂或使用其他聚合物来降低燃速压力指数。
美国研究的一种代号为LMP - 101 的ADN 基单元推进剂，由61%的ADN，26%的水和13%的甘油组成，理论比冲2 420 N•s/kg ，绝热火焰温度1 970 K。
火箭发动机实验表明这种推进剂点火快，能量高，无毒，燃烧完全且排气清洁，不污染环境。
另一种组成为AP / RDX/ ADN 的无烟推进剂，最高比冲可达2 630 N•s/kg[3]。
新型的二硝酞胺盐ADN 可以用做为推进剂燃料中的氧化剂, 其特点为高温安定性好, 能量密度高而且不产生含有卤素的烟雾。
二硝酸胺盐属于可熔性氧化剂, 可用泵输送, 可替代不太稳定的氧化剂用在低特征信号推进剂上[4]。
从几组推进剂配方性能比较（见表6）可以看出, 与配方1 比较, 当配方中铝含量降低时( 如配方2 ), 预计燃烧速度及火焰温度略低; 当铝含量增加时( 如配方3 ), 配方性能较好, 压力指数也低; 当用14.75 % A P ( 2 0 0um ) 替代相同数量的ADN 时( 如配方4 ), 推进剂排气羽流中含有约4.5 % Hcl, 这个量比标准的AP推进剂降低很多; 当用20 % 的AN替代同等量的ADN时, 燃速会降低，但是其造价低，危险感度低，且性能良好。
表6 几种AND推进剂的配方和性能因此，ADN无论是全部还是部分取代AP，甚至在降低金属填料的情况下( 13 %AL与16%AL推进剂相比)。
都不会对推进剂的性能有很大的影响。
最重要的是,ADN可除掉或从根本上降低推进剂排气羽流中的H C I 含量。
为了考查ADN 取代AP给推进剂能量特性参数和燃烧产物带来的影响,我们用ADN逐渐取代HTPB /AP /A1复合固体推进剂体系中的AP,其能量特性计算结果见表7。
表7 丁羟复合推进剂中AND取代AP能量特性参数及燃烧产物变化表由表7看出,在HTPB /Al /ADN /AP体系中HTPB和Al含量固定时有如下规律: ①随着ADN含量增加(相应AP含量减少)比冲呈直线增加趋势, ADN增加10% 比冲增加14～16N•s/kg,若ADN全部取代AP比冲将增加104. 5N•s/kg。
②随着ADN含量增加燃烧温度降低,最多可降低50K。
③随着ADN含量增加N含量则迅速增加。
产物的平均分子量明显降低,燃气产物HCl显著降低,2从上述数据可见,这种推进剂的能量高,燃烧温度较低。
由于HCl较少,故其烟雾量亦较少。
根据ADN的特点,对GAP /ADN及GAP /ADN /RDX组成的无烟推进剂进行了较系统的计算,并绘制了等性能三角图。
GAP/ADN组成的无烟推进剂比冲可达2607N•s/kg,特征速度C* 可达1627m /s,其燃烧温度相对较低,详见表8。
表8 GAP/AND 组成的推进剂配方及能量特性ADN 单元推进剂的比冲为2003. 2N •s/kg ,远高于AP 单元推进剂的比冲; 燃烧产物的平均分子量为24. 81,大大低于AP 、CL-20、HNF,和RDX 相当；在HT PB /Al /ADN /AP 推进剂中,随着ADN 含量增加和相应AP 含量减少,推进剂比冲呈直线增加趋势,燃烧温度降低,燃烧产物的平均分子量明显降低；GAP /ADN 组成的无烟推进剂比冲可达2607N •s/kg 。
GAP /ADN /RDX 组成的无烟推进剂优化的最高比冲为2630N •s/kg,其具体配方为: GAP13% , ADN 64% , RDX23%[5] 。
图1 介绍了ADN 和HNF 与AP 作为氧化剂在基础配方BN-7/BTTN/Al (2 0%)中能量大小的对比，BN-7为BAMO/ NMMO = 7/3。
由图1可知，AP 含量为15%时推进剂理论比冲嵘处于最大值270.9s ( 2 656N •s/kg)， 而当HNF 和ADN含量为30%时推进剂理论比冲0sp I 处于最大值，分别为276.1s(2704N •s/kg)和274s(2687N •s/kg)。
即在BN 一这种聚叠氮氧丁烷和聚硝酸醋氧丁烷混合勃合剂中，HNF 能量最高，ADN 次之，其比冲比AP 分别高6s 和3.1s 。
表9和表10列出了ADN 和HNF 在HTPB 复合推进剂或CMDB 推进剂中与AP 理论比冲大小的对比值。
表中f T 为火焰温度，w M 为燃气平均相对分子质量，*C 为特征速度，0sp I 为理论比冲在HTPB 推进剂中，HNF 完全取代66% AP后，标准理论比冲增加12s(110N •s/kg),ADN 则比AP 增加9.6s(94N •s/kg)。
在CMDB 推进剂中，用HNF 或ADN 取代18%A P 后，标准理论比冲分别增大4.ls (40N •s/kg)和2.8s(2.8N •s/kg)。
综上，新氧化剂与常用氧化剂AP 在各类推进剂中能量的排序为:HNF 推进剂>ADN 推进剂>AP 推进剂[6]。
表9 不同氧化剂的丁羟复合推进剂理论比冲 表10 不同氧化剂的CMDB 推进剂理论比冲作为一种新型氧化剂, ADN 的缺点是: 1)与AP 和AN 相比, 其成本高、稳定性差; 2)由于对ADN 基推进剂燃烧过程的预先研究不足,使得对燃烧过程的控制非常困难。
俄罗斯研究人员确定了高性能ADN 基推进剂的进一步研究方向,把研究的重点放在对以下基础问题的解决: 1) ADN对推进剂爆炸特性的影响; 2) ADN 粒度对燃烧过程特性的影响; 3)推进剂燃烧过程中ADN 与含能粘合剂或高能炸药进行反应时的特性; 4)通过控制添加剂来保证对凝聚过程和稳定燃烧形成过程的控制[7]。
2007年, 德国ICT研究院的研究人员公布了一项有关ADN/水凝胶推进剂热安定性和稳定性的研究结果, 这项研究是基于一种性能优良的氧化剂体系(通过氧化剂ＡＤＮ溶解于水中制备而成)展开的。
对于ＡＤＮ浓度较高的溶液, 推进剂比冲在7MPa压力下可高达1550N•s/kg;而在同样条件下,AP推进剂的比冲仅为1510N•s/kg。
