CN106748600B - 含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂，包含下列组份(质量百分比％)：粘合剂5％～10％；增塑剂14％～20％；氧化剂5％～17％；含能炸药32％～54％；金属燃料5％～18％；金属氢化物7％～15％；固化剂0.5％～1.5％。其中粘合剂为GAP；增塑剂为NG和/或BTTN；氧化剂为AP；含能炸药为CL‑20和/或ADN；金属燃料为Al；金属氢化物为AlH3；固化剂包括各种含[NCO]的分子，如N‑100、TDI、IPDI等中的一种或多种。本发明具有推进剂理论比冲高(≥2744N·s/kg，6.86MPa)，密度高(≥1.80g/cm3)的特点，适用于远射程、大载荷、强突防、小型化的战略导弹。

Description

含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于远射程、大载荷、强突防、小型化战略导弹的含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂及其制备方法。
背景技术
随着武器装备的升级换代，新战标强烈要求下一代战略导弹拥有更远的射程和更大的有效载荷，以便拓展打击范围、增加运载弹头的数量或质量，从而进一步提升战略导弹的威慑效应。同时，随着敌方反导能力的日渐提升，新战标也对战略导弹的突防能力和小型化能力提出了更高的要求，以进一步提升战略导弹的实战效能。
为满足下一代战略导弹远射程、大载荷、强突防、小型化的要求，研制比冲更高、密度更高的固体推进剂显得尤为重要。这是因为在发动机尺寸和药型结构不变的情况下，固体推进剂密度的增加将提高发动机的装药质量，比冲的增加将提高单位质量推进剂的作功能力，密度和比冲的共同提高，将显著提高发动机的动力性能，从而使战略导弹的射程更远、有效载荷更大，也将使战略导弹拥有更多的动力用于机动变轨，提高其突防能力。此外，在射程和有效载荷一定的情况下，固体推进剂密度和比冲的提高还将有利于战略导弹的小型化。
当前，战略导弹常用的HTPB推进剂和NEPE推进剂的理论比冲 (6.86MPa)、密度分别在2590N·s/kg、1.78g/cm3和2660N·s/kg、1.85g/cm3左右。为进一步提升下一代战略导弹的综合性能，迫切需要开展高理论比冲 (≥2744N·s/kg，6.86MPa)、高密度(≥1.80g/cm3)固体推进剂的研制。
发明内容
本发明的目的是：针对现有战略导弹用HTPB推进剂理论比冲和密度偏低，NEPE推进剂密度高但理论比冲不高的现状，提供一种适用于远射程、大载荷、强突防、小型化战略导弹的高理论比冲和高密度固体推进剂。
本发明的技术途径是：通过使用高能量密度材料AlH3、含能粘合剂GAP、含能增塑剂等技术手段提高推进剂的理论比冲；同时通过使用高密度含能炸药CL-20、调节金属燃料铝粉的含量等技术手段提高推进剂的密度，从而形成一系列高理论比冲和高密度推进剂配方及其制备工艺。
本发明的技术方案是：一种含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂，它包括，粘合剂、增塑剂、氧化剂、含能炸药、金属燃料、金属氢化物和固化剂。
进一步的，上述金属氢化物为AlH3。
进一步的，上述粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)。
进一步的，上述增塑剂为硝化甘油(NG)、丁三醇三硝酸酯(BTTN) 中的一种或两种组合。
进一步的，上述含能炸药为六硝基氮杂环异伍兹烷(CL-20)、二硝酰胺铵(ADN)中的一种或两种组合。
进一步的，上述各组分的质量百分比为：粘合剂：5％～10％；增塑剂： 14％～20％；氧化剂：5％～17％；含能炸药：32％～54％；金属燃料：5％～18％；金属氢化物：7％～15％；固化剂：0.5％～1.5％。
进一步的，上述氧化剂为AP。
进一步的，上述金属燃料为Al。
进一步的，上述固化剂包括各种含[NCO]的分子，如改性六次甲基多异氰酸酯(N-100)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等，可以单独使用，也可以组合使用。
本发明还包括上述含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述粘合剂和增塑剂预先按比例制成混合溶液；
b)将步骤a)所得的混合溶液和所述金属燃料、氧化剂、含能炸药、金属氢化物、固化剂等组分依次加入立式或卧式混合机进行混合，混合一定时间以形成组分均匀的药浆；
c)使用真空浇注系统生产发动机药柱及试验试件。
本发明与现有技术相比的优点如下：
(1)理论比冲高：通过使用高能量密度材料AlH3、含能粘合剂GAP、含能增塑剂等技术手段，推进剂6.86MPa下的理论比冲达到 2744～2790N·s/kg，比现有战略导弹用HTPB推进剂的理论比冲提高了 154～200N·s/kg，比NEPE推进剂的理论比冲提高了84～130N·s/kg；
(2)密度高：通过使用高密度含能炸药CL-20、调节金属燃料铝粉的含量等技术手段，推进剂的密度达到1.80～1.89g/cm3，比现有战略导弹用HTPB 推进剂的密度提高了0.02～0.11g/cm3，与NEPE推进剂的密度相当甚至更高。
含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂具有较高的理论比冲和密度，在战略导弹中得到应用后可以大幅提高导弹的射程、有效载荷、突防能力和小型化能力。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
按下表1中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2747.65N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.83g/cm3。
表1推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP CL-20 Al
含量(％wt) 5 8.5 8.5 12 47 8
组分 AlH<sub>3</sub> N-100
含量(％wt) 10 1
实施例2
按下表2中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2744.78N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.81g/cm3。
表2推进剂的组分及含量
组分 GAP NG AP CL-20 Al AlH<sub>3</sub>
含量(％wt) 10 14 11 46 8 10
组分 N-100 TDI
含量(％wt) 0.5 0.5
实施例3
按下表3中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2751.28N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.81g/cm3。
表3推进剂的组分及含量
组分 GAP BTTN AP CL-20 Al AlH<sub>3</sub>
含量(％wt) 6 20 7.5 48 8 10
组分 TDI
含量(％wt) 0.5
实施例4
按下表4中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2755.37N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.83g/cm3。
表4推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP CL-20 ADN
含量(％wt) 7 9 5.3 6 40 12
组分 Al AlH<sub>3</sub> IPDI
含量(％wt) 11 9 0.7
实施例5
按下表5中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2748.18N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.80g/cm3。
表5推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP CL-20 Al
含量(％wt) 8 9 5.5 13 43 9
组分 AlH<sub>3</sub> N-100 IPDI
含量(％wt) 11 1 0.5
实施例6
按下表6中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2790.40N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.80g/cm3。
表6推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP CL-20 Al
含量(％wt) 5 11.4 5 7 51 5
组分 AlH<sub>3</sub> N-100
含量(％wt) 15 0.6
实施例7
按下表7中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2745.12N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.89g/cm3。
表7推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP CL-20 Al
含量(％wt) 5 14.5 2 5 54 12
组分 AlH<sub>3</sub> IPDI
含量(％wt) 7 0.5
实施例8
按下表8中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2744.83N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.81g/cm3。
表8推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP CL-20 ADN
含量(％wt) 9 10.8 4 12 40 3
组分 Al AlH<sub>3</sub> TDI IPDI
含量(％wt) 10 10 0.4 0.8
实施例9
按下表9中所示的组分及含量制备推进剂，所制备的推进剂的性能如下：
理论比冲：2745.03N·s/kg(6.86MPa)；
密度：1.80g/cm3。
表9推进剂的组分及含量
组分 GAP NG BTTN AP ADN Al
含量(％wt) 6 11 3.2 17 32 18
组分 AlH<sub>3</sub> TDI
含量(％wt) 12 0.8
因此可见，本发明推进剂的理论比冲高、密度高，满足远射程、大载荷、强突防、小型化战略导弹对推进剂理论比冲和密度的要求。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂，其特征在于，它包括，粘合剂、增塑剂、氧化剂、含能炸药、金属燃料、金属氢化物和固化剂；
所述金属氢化物为AlH3；
所述粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚；
所述增塑剂为硝化甘油和/或丁三醇三硝酸酯；
所述含能炸药为六硝基氮杂环异伍兹烷和/或二硝酰胺铵；
各组分的质量百分比为：粘合剂：5％～10％；增塑剂：14％～20％；氧化剂：5％～17％；含能炸药：32％～54％；金属燃料：5％～18％；金属氢化物：7％～15％；固化剂：0.5％～1.5％；
所述氧化剂为高氯酸铵；所述金属燃料为Al；
所述固化剂为一种或多种包含[NCO]的分子；所述包含[NCO]的分子选自改性六次甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。
2.一种如权利要求1所述的含AlH3的高理论比冲和高密度推进剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述粘合剂和增塑剂预先按配比制成混合溶液；
b)将步骤a)所得的混合溶液和所述金属燃料、氧化剂、含能炸药、金属氢化物、固化剂依次加入立式或卧式混合机进行混合，混合一定时间以形成组分均匀的药浆；
c)使用真空浇注系统生产发动机药柱及试验试件。
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