叠氮粘合剂推进剂热分解及燃烧性能研究综述

Ｃ Ｂ时才 产生 ， Ｃ Ｂ起 着 辅 助催化 剂 的作 用 ，而且 仅 当Ｇ Ｐ ／ Ａ ｝ ｆ Ｍｘ混合 时 才起 作用 。
柠檬 酸铅 和炭 黑对 Ｒ ｄ ０／ ＨＭＸ 推进 剂 的燃 Ｂ ＡＭＯ聚合 物 在 ４ ０ ＭＰ ａ以下 的 压 强 范 围 内
速 也有催 化作 用 。它们 显 著 提 高 Ｂ Ｍ０ Ｍｘ推 进 剂 的燃 速 ， 当其 含 量 为 ２ ． ９ ％时， ｒ最 高 ， 较 低， 其中ｒ （ ７ ＭＰ ａ ） ＝７ ｍｍ／ ｓ ， ＝０ ． ３ ９ 。尽 管柠 檬
指 数的 下降 ， 温度敏 感度 也下 降 ， 但 ＧＡ Ｐ ／ ＨＭＸ 系
复 合推进 剂的 特性却 与此 相 反 。 在Ｇ Ｐ ／ Ａ Ｈ ＭＸ＝２ ０ ／ ８ ０的 推 进 剂 中添 加 燃 烧
ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ Ｇ Ａ Ｐ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ ｍｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｎ Ｃ ／ Ｎ Ｇ
酸铅 在提 高推进 剂 近 表 面气 相 中 的温 度梯 度方 面 起着 重要作 用 ， 但 是含 量 达 ２ ９ ％时， 同时 影 响 温
是一 种不 自燃 的 物 质 。尽 管 Ｂ Ａ ＭＯ 中 的 一 含 量 比 ＧＡ Ｐ 的要 高 ， 然 而却 达不 到 Ｇ Ｐ 的高燃 速 。 Ａ
Ｃ ｕ Ｃ时 ｎ 较高 ， 两者 组 合 得 到 的 ｒ最 高 ， 最低 ， 为 ｒ（ ７ ＭＰ ａ ） ＝６ ｍｍ／ ｓ ， ｎ： ０ ６ ７（ ２～ ｌ ０ ＭＰ ａ ） 。
Ｃ ｕ Ｃ 对 ｎ的 不 利 影 响 由 于 Ｃ Ｆ ｅ的 引 人 而 消 失 。
燃速为 ４ ． ０ ａｍ／ ｒ ｓ ， 压强指 数为 ０ ４ ２ 。
４ 叠 氮粘 合 剂 推进 剂 燃 烧 性 能
４ ． １ 叠氮 ／ 石 肯 胺 推进 剂 将 叠 氮 粘 合 剂与 硝 胺 氧化 剂 组合 起来 是 低 特 征 信号推 进荆 的一 个 良好 的候 选 品种 。这 里主 要 介绍 这类 推进 剂 的燃 速特 性 、 燃烧 波特性及 催 化燃
由于 Ｂ Ａ ＭＯ聚合 物熔点 较高 ， 常 温呈 固态 ， 且 力学性能 不佳， 因而常 将其制成 共 聚物， 如：
Ｂ ＡＭＯ丌 ＨＦ ， 它 具 有 良好 的燃 烧性 能和 低温 力 学
性能 ， 燃 速为 １ ． ２ ｍ ｍ／ ｓ ， 压强指 数 ＝０ ． ４ ６ 。 ＡＭＭＯ 的燃 速约 为 Ｇ Ａ Ｐ的一 半 ， 而压强 指数 与 ＧＡ Ｐ 的基本 相同 。 Ａ ＭＭＯ 燃烧 时见 不到 亮焰 ， 只有 气体产 生 ， 同时 器壁上 附有 燃烧残 渣 。机理研 究表 明 ： ＡＭＭＯ 在燃 烧 的 同时 伴 有 吸热 反应 。其
３ 叠 氮 粘合 剂 固化 弹 性体 的燃 烧 性
］
叠 氨粘合 剂本 身含 能 ， 其 固化 弹性 体 可 以 自热
维持燃 烧 。
①
一
Ｉ ｌ ５ ［ 稿 日期 ： １ ９ ９ ８ ４ ） ２ ． ０ ４． 作者 ： 庞受 民， 男 ，３ ５岁 ． 高工 ． 研 究 方 向 ：固体 推 进 剂 配 方 研 制 。
的性 能 ， 而且可 组成 既无烟 又洁 净 的推 进剂
目前 研 究 的 叠 氮 粘 台 剂 品 种 主 要 有 ： Ｇ Ａ Ｐ、 Ｂ ＡＭＯ、 Ａ ＭＭＯ 及 其 共 聚物 等… 。本 文 对 上 述 粘
合剂 分 别 与 Ａ Ｐ、 硝胺 （ ｍ ｘ和 Ｒ Ｄ Ｘ） 和Ａ Ｎ 等 氧
化 剂组成 推 进剂 的燃 烧性 能 及 其 粘 合剂 的热 分解 性 能作 简 要 归纳对 比， 讨 论该 类推进 剂燃 烧性 能
一
３ ０
周 体 火 箭 技 术
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｒ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｖ ｄ ２ １ Ｎ ｏ ４１ ９ ９ ８
第２ ｌ 卷第 ４期
叠氮 粘 合剂 推 进 剂热 分解 及 燃 烧 性 能研 究综 述 ①
表１ Ｇ Ａ Ｐ 、 Ｂ ＡＭＯ和 ￣ ＿ ＭＭＯ 热分解 性 能对 比
２ 叠 氮 粘 合剂 的热 分 解 口 】
ＧＡ Ｐ热 分解 的 Ｉ Ｏ Ｔ Ａ 曲线 上有 一 主 放热 峰 ， 温
度 范 围为 ： ２ ０ ２～２ ７ ７ ℃， 峰温 为 ２ ４ ７ ℃； Ｔ Ｇ 曲线上 有 一个 两级 的 失重 过 程 ， 第 一 级对 应于 ＤＴ Ａ 测 试 观察 到 的放 热 反 应 ， 约４ ０ ％ 的失 重 发 生在 ２ ０ ２～ ２ ７ ７ ℃ 间 的第 一级 ； 第 二级 在 ２ ７ ７ ℃ 以上 ， 发生 非 常 慢 的气化反 应 ， 投有 热生 成 。 Ｉ Ｊ Ａ ＭＯ 聚台物 的热 分 解 也 由 两步 组成 ： 第一 ， 出 现在 ２ ３ ２ ℃左 右 的放热 峰 质 量迅 速 下降 ； 第二 ，
庞 爱 民 （ 中 国 航天 工 业 总 茎 面 园 午 三 勇 两 北 襄 樊， ４ ４ １ ０ ０ ３ ）
摘要
厂 争 ， ［ １
／
综述 了 叠氰类 粘合 荆 Ｇ ＡＰ 、 Ｂ Ａ ＭＯ和 Ａ ＭＭＯ 的热分 解及 其推进 剂 的燃 烧 性能 ，认 为 叠 氯类推 进
荆 中一 Ｎ 基受热 易分解， 因而基础燃速 高， 燃速温度敏感性大； 在 配方 中引八有效的添加 剂， 可提 高该类
对 比， 三者有 相 似 规律 。而 随 含 氮 量 （ 或 叠 氮 基 数 目） 多少 而 略有差 别 ， 含氮量高 ． 热 分解 峰 温 较低 ，
第 一步 失重量 就越 太 。
的特 点 及其 影 响因素 ， 从 而为该 类推进 剂燃 烧性 能
的进 一 步调 节提 供技 术途 径 。
Ｆｉ ｇ ． ２ Ｂｕ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｅ ｘ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｖ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ￣ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｂ ｕ ｎｉ ｒ ｎ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｇ Ａ Ｐ ／ Ｈ ＭＸ
烧： ～
比较 Ｇ Ｐ 椰 Ａ
Ｎ加人 Ｃ Ｌ － ２ ０ ， Ｈ ＭＸ， Ｃ Ｌ ． ２ ０ ／
Ｔ ＡＧＮ配方 的燃 烧 性 能 ， 其 中含 Ｃ Ｌ － ２ ０ ／ ＴＡ ＧＮ 配
方燃 速 最高 ， ｎ最 低 。但 含 有 Ｃ Ｌ ． ２ ０配方 的 ｎ 值 比纯 ｃＩ ， ２ ０时 ｎ值要 低 。ＧＡ Ｐ ／ Ｂ Ｔ ＴＮ 含 ｃ Ｌ２ ０ ／ ＴＡ ＧＮ， ｃ Ｌ ． ２ ０ ， Ｈ ＭＸ的 配方 的 ＂值 分别 为 ： ０ ． ４ ６ ，
１所示 。将 纯 Ｇ ＡＰ和纯 ＨＭＸ进 行 比较 ， ＨⅥｘ能
中的 一 浓 度增 加而 增加 ， 其温度 敏感 系数 较高 ，
高达 ０ ． ０ １以上 。从 燃烧 渡 的热 分布和 热化学 分析
量 高一 些 ， 而 Ｇ Ｐ 的燃 速 高 。与 双基 推 进 剂 的 情 Ａ 况相 反 ， 在 Ｇ Ｐ 中加 人 ＨＭｘ 时 ， Ａ 燃速下 降， 而 且
２ ６ —
１ ９ ９ ８ 年１ ２ 月
庞爱民： 叠氮粘台剂推进剂热分解及燃烧性能研究综述
第４ 期
Ｇ Ａ Ｐ弹性 体 的燃 速 依 赖 于 Ｇ ＡＰ弹 性 体 的 初 温和 Ｇ Ｐ 的浓 度 ， Ａ 燃 速 随着单 位 质量 Ｇ Ｐ 弹性 体 Ａ
Ｇ ＡＰ ／ Ｈ ＭＸ推进 剂 的燃 速与 压 强 的 关 系如 图
０． ５ ４和 ０ ． ６ ６。
一
２ ７ —
１ ９ ９ ８年 １ ２月
固体火箭技禾
第２ 】 卷
０
Ｐ ｎ慨
啪
【 质量 子 敷
图ｌ Ｇ Ａ Ｐ ／ Ｈ ＭＸ推进剂的
燃 速与压 强的 关系
图２ Ｇ Ａ Ｐ ］ Ｈ ＭＸ推进剂的燃速压强
指数与 温度 敏感特 性 的关 系
ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｔ ｖ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ
所 以与贫 氧的 Ｈ Ｍｌ ｘ、 ＲＤ Ｘ相组合 可 以得 到 非常好
以， 比较 两 者 的 热 分 解 曲 线 知 ： Ｂ ＡＭＯ 分 解 分 两 步， 第一 步 ． 叠 氨基 分解放 热 ； 第二步 ． 碳 骨架 分解 ，
基 本不 放热 。 Ａ ＭＭ０ 的热分解 也有 相似 情况 。表 １给 出 了 ＧＡ Ｐ、 Ｂ Ａ Ｍ０ 和 Ａ ＭＭＯ三种 粘合 剂 的热分 解 性 能
ｐｒ ｏ ｐｅ ｌ ｌ ａ ｎｔ
催 化剂 Ｌ Ｃ （ 柠檬 酸铅 ） 和Ｃ Ｂ（ 炭黑） ， 会使 推进 剂 的
燃 速显 著增加 ， 出现 了所谓 超速 燃烧 。随着 压强 的 增加， 压 强指 数 有下 降 的趋势 ， 在３ ＭＰ ａ时 ， 由０ ． ８ 下降 到 ０ ． ５ ３ 。 阻只 添 加 Ｌ ｃ或 Ｃ Ｂ时 不 出现 超 速 燃 烧。 由此证 明 ： Ｌ Ｃ的催 化 效果 只 在 添 加 少量 的
比单 一 的 ＨＭＸ 的燃 速 还 低 但 是 当 Ｈ ＭＸ 含 量
实验 可看 出 ： 在 燃 面释放 的热 量 比由气 相返 回到燃 烧 表 面的 要 大 得 多 。ＧＡ Ｐ 的初始分解放热量大 ， 约为 ６ ８ ５ ｋ Ｊ ／ ｍｏ ［ 。 因此 ， 所 观 察 到 的高燃 速现 象 应 归 于燃面 的分解 放热 。表 ２给 出了 Ｇ Ｐ 弹性 体与 Ａ
ＮＣ ／ ＮＧ 推进剂 的燃 烧性 能 对 比。可见 ， Ｇ Ｐ 燃温 Ａ
增 加到 一定数 量 时 ， 燃 速 的下 降 趋 于稳 定 ， 继 续 增 加时， 燃 速 反而 增 加 。燃 速 由 下 降 到 增 加 的转 变
点， 在 ｝ Ｘ含量 ６ ０ ％～７ ０ ％之间 。
压 强指数 与温 度 敏 感 特 性如 图 ２所示 。 温度 敏感 系 数 随 ＨＭＸ 的 添 加 而 急 剧 下 降 ， 接 近 单 一
Ｔ ａ ｂ ． １ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ＧＡＰ．Ｂ ＡＭ ０ ａ ｎ ｄ Ａ Ｄ
大 体上无 热 释 放 ， 质量 减少 变慢 。在 ７ ７ ℃ 附近 出 现 的少量 吸热 是 由熔 化 引 起 的。而 Ｂ （ ０ 中看不 出 明显 的 放热 ， 仅有与 Ｂ ＡＭＯ 第二 步分 解 近似 的 质量缓 慢 下 降 Ｂ Ｃ Ｍ０是 Ｂ Ａ Ｍ０ 的 原 料 ， Ｂ ＡＭＯ
度梯 度 和燃 面 温 度 。燃 面处 的气 相 组 成 由 于催 化
剂 的加 人而改 变 。 ２ ， ２一双 （ 乙基 二 茂 铁 ） 丙烷 （ Ｃ Ｆ ｅ ） 和 铬 酸 铜 （ Ｃ ｕ Ｃ ） 能显 著改 变 Ａ Ｍ ／ Ｈ ＭＸ推进 荆的 燃 速 和
分 解 机 制 。Ｃ Ｆ ｅ使得 ｒ增 高 ， 稍 有增加 ； 而 含
Ｈ ＭＸ的温度 敏感 度 ； 一 般 复合 推 进 剂 中随 着压 强
低， 燃速 高 ， 压强指 数低 ， 但燃 速 温度敏 感系 数高。
表２ Ｇ Ａ Ｐ弹性体与 Ｎ Ｎ Ｇ 推进 剂 的燃烧性 能对 比
Ｔ ａ ｂ ． ２ Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｃ ｍｌ ｍｓ ｉｏ ｆ ｎ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ
推进 耕的燃 速 ， 降低 其压 强指数 。
主题 词 叠氯化 物
推 进 荆粘台 荆 高能推 进 剂 热分 解
燃速
催化 荆
Hale Waihona Puke Baidu
１
引 言
弓Ｉ 言
叠氮 聚合 物 燃 烧 时可 不 需 要 氧 ， 且 放热 量 太
啦艟赫 们 、
是Ｂ Ｃ ＭＯ 中 的 一Ｃ Ｉ 被一 取 代之 后 的产 物 。 所