CN103134899A

CN103134899A - 一种纳米铝粉燃烧性能测试方法

Info

Publication number: CN103134899A
Application number: CN2011103844997A
Authority: CN
Inventors: 裴庆; 李文浩; 高璇; 尚海豹; 赵露
Original assignee: 裴庆
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-05

Abstract

一种纳米铝粉燃烧性能测试方法，步骤为：将纳米铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP混合，充分搅拌后形成待测药浆；将待测药浆注入一端封口的薄壁直塑料管中，制成待测药管；将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端绑镍铬丝固定，并用点火药进行端面包覆；将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射燃速仪的燃烧室中，启动点火按钮进行燃速测试；记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁；对于同一种样品，在每一固定温度、压强点下应该重复进行5次测试，剔除异常数据后取平均值作为单点燃速的最终测试结果；计算出燃烧压强指数和燃速温度敏感系数，具有简单易操作，测试周期短和无需制备大量被测样品的特点。

Description

一种纳米铝粉燃烧性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种有关纳米铝粉燃烧性能的测试方法。

背景技术

随着现代战争对武器装备性能要求的不断提高，为实现精确打击和高效毁伤的目的，对新型含能材料体系的能量性能提出了更高的要求，提高含能材料体系能量、增加能量释放速率成为现代含能材料发展的主要方向。纳米铝粉（含AlH₃）作为高能燃料在现代含能材料体系中已得到广泛的应用。由于纳米铝粉燃烧时放出大量的热，而它们本身又都有较高的密度，因此在推进剂中加入金属粉作为燃料添加剂，可明显提高能量性能和做功能力，为各种推进剂体系向高能方向发展提供了保证。

目前获取某种材料在推进剂中的燃烧特性最常用的手段是设计配方制备推进剂试样，在推进剂试样制备过程中存在工艺复杂和科研周期较长等问题。从纳米铝粉制备工艺的限制以及成本、安全方面的考虑，纳米铝粉的获得量往往不多，难以满足制备推进剂配方工艺的需要，故采用纳米铝粉与推进剂常见液态组分混合制成药浆，通过测试药浆燃烧性能的的方法表征纳米铝粉的燃烧性能，初步探索纳米铝粉在推进剂中的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种高效、快速的纳米铝粉燃烧性能测试方法，该方法可用于解决有关纳米铝粉在推进剂中应用的基础问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种有关纳米铝粉燃烧性能的测试方法，包括以下步骤：

第一，将纳米铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP按照10%～40%：90%～60%的比例混合，充分搅拌均匀，制成试样药浆；

第二，将试样药浆缓慢注入内径5mm的一端封口的薄壁直塑料管中，制成待测药管；

第三，进行燃速温度敏感系数测试时，将被测药管放入高低温箱，根据测试需要调节箱内温度，高温选取50℃，低温选取-20℃或-40℃，待测药管在箱内静置30分钟后方可测试；同时调节燃烧室内液体温度使之与高低温箱内的温度相同，若测试温度小于0℃时改用CaCl₂溶液。

第四，将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端绑直径0.3～0.5mm镍铬丝固定，并用点火药进行端面包覆；

第五，将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射法燃速测试仪器的燃烧室中，调整燃烧室内水面高低，向燃烧室内充入压缩空气或氮气使燃烧室内的压强达到测试压强值，启动点火按钮进行燃速测试；

第六，记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁；

第七，对于同一种样品，在每一固定温度、压强点下应该重复进行5次测试，利用格拉布斯Grubbs法剔除异常数据后取平均值作为单点燃速的最终测试结果。

所述的粉状纳米铝粉采用小于100g的固体原料和聚叠氮缩水甘油醚GAP按质量百分比的30%：70%的比例混合后的可流动性药浆。

所述的薄壁直塑料管的内径为5mm，管壁厚度小于0.5mm，管的长度为50mm～200mm，视燃烧速度的快慢程度而定，选取100mm长度作为标准，薄壁直塑料管的一端用胶布封闭。

所述的镍铬丝作为点火丝，它两端固定在燃烧室药架的铜柱上，中间与待测药管的药浆紧密接触。

所述的点火药选用醋酸纤维和丙酮混合后调成的糊状物，起端面包覆的作用，对于在水下不易被点燃的试样，点火药采用黑火药、双基火药和丙酮混合后调成的糊状物。

所述的测试压强值范围在0.1～20MPa之间，进行燃速压强指数测定时测试压强步长为2～3MPa。

所述的水下声发射法燃速测试仪器采用符合国家军用标准《GJB 770B-2005 方法706.2 燃速水下声发射法》要求的水下声发射法燃速测试仪器。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明方法直接采用药浆进行燃速及燃速压强指数、燃速温度敏感系数测试，极大程度地缩短了研制周期，提高效率；

二、与传统的推进剂配方研制流程相比，本发明方法只需要少量的被测试样就能完成测试，有效地避免了在推进剂试样制备工艺中对最小投料量的限制，因此非常适用于对还不能进行大规模生产的纳米铝粉燃烧性能的测试；

三、本发明方法将具有较高活性的金属粉体均匀分散在粘稠的液体载体中进行燃烧，极大程度地降低了发生爆炸危险的可能性，最大限度地保证操作者的人身安全；

四、本发明方法使用水下声发射燃速测试方法，在所有的水下声发射燃速测试装置中均可实现，在测试过程中可以参照相关的国家军用标准执行。装药容器选用普通硬质塑料管，测试前期的准备工作也相对简捷、方便，所以说本方法极易在行业中得到推广。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

一种有关纳米铝粉单点燃速的测试方法，包括以下步骤：

第一，采用小于100g的固体原料和聚叠氮缩水甘油醚GAP按照10%：90%的比例混合，充分搅拌均匀，制成试样药浆；

第二，将试样药浆缓慢注入内径5mm的一端封口的薄壁直塑料管中，制成待测药管，薄壁直塑料管的长度为100mm；

第三，将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端用直径0.3mm镍铬丝固定，使点火丝与药管内的药浆接触，并用点火药进行端面包覆；

第四，将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射法燃速测试仪器中，调整燃烧室内水面高低，向燃烧室内充入压缩空气或氮气使燃烧室内的压强达到测试压强值，启动点火按钮进行燃速测试；

第五，测试完毕后，记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁；

第六，对于室温下的同一种样品，在固定压强点下应该重复进行5次测试，利用格拉布斯Grubbs法剔除异常数据后按照如下的方法得出测试结果，不得少于4个测定值：

单个试验燃速计算：

（1）

m个试样的平均燃速计算：

（2）

燃速的标准偏差计算：

（3）

燃速的相对标准偏差（变异系数）计算：（4）

燃速置信区间计算：

（5）

以上式中：

—第i个试样的燃速的数值，单位为毫米每秒（mm/s）；

—第i个试样有效长度的数值，单位为毫米（mm）；

—燃尽第i个试样长度

所需的时间的数值，单位为秒（s）;

—平均燃速的数值，单位为毫米每秒（mm/s）；

—恒定压强、温度下的试样燃速的标准偏差的数值，单位为毫米每秒（mm/s）；

—燃速的标准偏差；

—燃速的数值，单位为毫米每秒（mm/s）；

—t分布的分位数（按GB3360中置信水平95%取值），取值情况如下表：

有效测量次数m	2	3	4	5	6	7	8
								值	12.706	4.303	3.182	2.776	2.571	2.447	2.365

实施例二

一种有关压强对纳米铝粉燃烧特性影响规律的测试方法，包括以下步骤：

第一，将粉状纳米铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP按照40%：60%的比例混合，充分搅拌均匀，制成试样药浆；

第二，将试样药浆缓慢注入内径5mm的一端封口的薄壁直塑料管中，制成待测药管，薄壁直塑料管的长度为150mm；

第三，将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端绑直径0.5mm镍铬丝固定，使点火丝与药管内的药浆接触，并用点火药进行端面包覆；

第五，记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁；

第六，对于同一种样品，在每个测试压强点下应该重复进行5次测试，利用格拉布斯Grubbs法剔除异常数据。

按照固定步长依次升高（或降低）测试压强，重复上述步骤，得出各压强点下的燃速值，按照下式计算燃速压强指数（采用维耶里经验方程计算）：

（6）

（7）

（8）

以上式中：

—常数项的数值，单位为（mm/[s·(MPa)ⁿ]）;

—试验压强的数值，单位为兆帕（MPa）；

—第i个试样的试验压强的数值，单位为兆帕（MPa）。

实施例三

一种有关温度对纳米铝粉燃烧特性影响规律的测试方法，包括以下步骤：

第一，将粉状纳米铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP按照20%：80%的比例混合，充分搅拌均匀，制成试样药浆；

第三，将被测药管放入高低温箱，根据测试需要调节高低温箱内温度，高温选取60℃，低温选取-20℃或-40℃，将被测药管放入高低温箱内静置30分钟；同时调节燃烧室内液体温度使之与高低温箱内的温度相同，若测试温度小于0℃时改用CaCl₂溶液。

第四，将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端绑直径0.5mm镍铬丝固定，使点火丝与药管内的药浆接触，并用点火药进行端面包覆；

第五，将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射法燃速测试仪器中，调整燃烧室内液面高低，向燃烧室内充入压缩空气或氮气使燃烧室内的压强达到测试压强值，启动点火按钮进行燃速测试；

第七，对于同一种样品，在每一固定温度、压强点下应该重复进行5次测试，利用格拉布斯Grubbs法剔除异常数据。

改变高低温箱和燃烧室内液体的温度，重复上述步骤，得出压强一定时各温度环境下的燃速值，按照下式计算燃速温度敏感系数：

（9）

（10）

（11）

以上式中：

—常数项，单位为毫米每秒（mm/s）；

—燃速温度敏感系数，单位为每摄氏度（1/℃）；

—试验温度的数值，单位为摄氏度（℃）；

—参考温度的数值，单位为摄氏度（℃）；

—i点试验温度的数值，单位为摄氏度（℃）。

Claims

1.一种有关纳米铝粉燃烧性能的测试方法，其特征在于，它由以下步骤完成：

第一，将纳米铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP按照10%～40%：90%～60%的比例混合，经过充分搅拌均匀后形成待测药浆；

第二，将待测药浆缓慢注入内径5mm的一端封口的薄壁直塑料管中，制成待测药管；

第三，进行燃速温度敏感系数测试时，将被测药管放入高低温箱，根据测试需要调节箱内温度，高温选取50℃，低温选取-20℃或-40℃，待测药管在箱内静置30分钟后方可测试；

第四，将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端绑直径0.3mm镍铬丝固定，使点火丝与药管内的药浆接触，并用点火药进行端面包覆；

第五，将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射法燃速测试仪器的燃烧室中，调整燃烧室内水面高低，若测试温度小于0℃时改用CaCl₂溶液，向燃烧室内充入压缩空气或氮气使燃烧室内的压强达到测试压强值，测试压强值范围在0.1～20MPa之间，测试压强步长为2～3MPa，进行燃速温度敏感系数测试时应使燃烧室内液体达到测试温度，即与高低温箱内温度相同，启动点火按钮进行燃速测试；

2.根据权利要求1所述的纳米铝粉燃烧性能测试方法，其特征在于，所述的纳米铝粉采用小于100g的固体原料和聚叠氮缩水甘油醚GAP按质量百分比的30%：70%的比例混合后的可流动性药浆。

3.根据权利要求1所述的纳米铝粉燃烧性能测试方法，其特征在于，所述的薄壁直塑料管的内径为5mm，管壁厚度小于0.5mm，管的长度范围50mm～200mm，薄壁直塑料管的一端用胶布封闭。

4.根据权利要求1所述的纳米铝粉燃烧性能测试方法，其特征在于，所述的镍铬丝作为点火丝，它两端固定在燃烧室药架的铜柱上，中间与待测药管的药浆紧密接触。

5.根据权利要求1所述的纳米铝粉燃烧性能测试方法，其特征在于，所述的点火药选用醋酸纤维和丙酮混合后调成的糊状物，起端面包覆的作用，对于在水下不易被点燃的试样，点火药采用黑火药、双基火药和丙酮混合后调成的糊状物。

6. 根据权利要求1所述的纳米铝粉燃烧性能测试方法，其特征在于，所述的水下声发射法燃速测试仪器采用符合国家军用标准《GJB 770B-2005 方法706.2 燃速水下声发射法》要求的水下声发射法燃速测试仪器。