CN108892599A - 一种富燃料推进剂配方 - Google Patents

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庞爱民
肖金武
张先瑞
陈涛
刘建红
黄凌
李建华
王园园
王锐
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    • C06B33/12—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide the material being two or more oxygen-yielding compounds
    • C06B33/14—Compositions containing particulate metal, alloy, boron, silicon, selenium or tellurium with at least one oxygen supplying material which is either a metal oxide or a salt, organic or inorganic, capable of yielding a metal oxide the material being two or more oxygen-yielding compounds at least one being an inorganic nitrogen-oxygen salt

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Abstract

本发明涉及一种富燃料推进剂配方，包括如下质量配比的组分：氧化剂：20％～30％；辅助氧化剂：2％～7％；燃料：35％～48％；粘合剂：15％～25％；性能调节剂：1％～8％。本发明通过添加复合氧化剂、新型复合燃料、金属盐类燃烧调节剂，并调节各组分的配比和级配，使高能量富燃料推进剂的能量释放效率由70％提高到90％以上，解决了硼粉点火困难，能量释放效率低的问题，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的能量释放效率，改善了富燃料推进剂的综合性能。为固体冲压发动机的工程化应用提供了重要的技术支撑，具有广阔的应用前景。

Description

一种富燃料推进剂配方
技术领域
本发明涉及固体冲压发动机用富燃料推进剂领域，具体涉及一种富燃料推进剂配方。
背景技术
富燃料推进剂又称贫氧推进剂，其氧化剂含量约为常规固体火箭推进剂的一半，粘合剂和固体燃料含量较高，余氧系数α在0.05～0.3之间。而高能富燃料推进剂一般指热值大于30MJ/kg、比冲达到或超过9000N·s/kg的富燃料推进剂。采用高能富燃料推进剂可以显著提高冲压发动机的性能，增大导弹武器的射程，大大提高了战术武器作战效能。随着巡航导弹向超声速、中远程方向发展，采用高能富燃料推进剂的固体火箭冲压发动机技术受到广泛重视。
为实现整体式流量可调固体火箭冲压发动机长时间续航工作，获得所要求的推力，发挥其最佳能量特性，要求富燃料推进剂具有高的一次喷射效率。但富燃料推进剂中氧化剂含量较低，不到常规推进剂的一半，特别是为了保证高能量、低燃速要求，氧化剂含量通常只有30％左右，导致推进剂一次喷射效率明显降低，严重影响了高能量推进剂能量发挥，使得该类推进剂在低温下工作的技术风险，制约了该类推进剂在整体式流量可调固体火箭冲压发动机上应用。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种富燃料推进剂配方，通过在推进剂配方中加入复合氧化剂、新型复合燃料、金属盐类燃烧调节剂，并调节各组分的配比和级配，解决了硼粉点火困难，能量释放效率低的问题，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的能量释放效率，改善了富燃料推进剂的综合性能。
本发明涉及如下技术方案：
一种富燃料推进剂配方，包括如下质量配比的组分：
氧化剂：20％～30％；
辅助氧化剂：2％～7％；
燃料：35％～48％；
粘合剂：15％～25％；
性能调节剂：1％～8％。
优选地，所述氧化剂为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)、硝酸铵(AN)、硝酸钾(KNO3)中的一种或组合。
优选地，所述氧化剂的粒径为1～10μm。
优选地，所述辅助氧化剂为三氨基胍硝酸盐(TAGN)、硝酸胍(GN)、奥克托今(HMX)、黑索金(RDX)中的一种或组合。
优选地，所述辅助氧化剂的粒径为30～250μm。
优选地，所述燃料为硼(B)、镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、碳化硼(B4C)、硼基金属复合物中的一种或组合。
优选地，所述硼(B)和碳化硼(B4C)的粒径为1～3μm。
优选地，所述镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、硼基金属复合物的粒径为1～30μm。
优选地，所述硼基金属复合物为硼-镁复合粉(BM)、硼-铝复合粉(BA)、硼-钛复合粉(BT)。
优选地，所述性能调节剂为丁硝胺基硝酸酯(Bu-NENA)、癸二酸二异辛酯(DOS)、卵磷脂、乙酰柠檬酸三乙酯、己二酸二辛酯(DOA)、磷酸三辛酯(TOP)、氧化铁、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(MAPO)、亚铬酸铜、氧化铜、氧化铅、卡托辛(GFP)、三氟化硼三乙醇胺、辛基二茂铁、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺、2,4-二硝基苯氧基乙醇(DNE)、十二烷基磺酸钠中的一种或组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过在推进剂配方中加入复合氧化剂、新型复合燃料、金属盐类燃烧调节剂，并调节各组分的配比和级配，使高能量富燃料推进剂的能量释放效率由70％提高到90％以上。
2、解决了硼粉在低温下点火困难，燃烧效率低的问题，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的能量释放效率，改善了富燃料推进剂的综合性能。为固体冲压发动机的工程化应用提供了重要的技术支撑，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例对本发明的技术方案进行以下详细说明，本发明未描述的技术手段按本领域内常规方式进行，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种富燃料推进剂配方，包括如下质量配比的组分：
氧化剂：20％～30％；
辅助氧化剂：2％～7％；
燃料：35％～48％；
粘合剂：15％～25％；
性能调节剂：1％～8％。
上述各组分含量中的端值为该组分的极限含量，在推进剂设计过程中，某种组分的含量不能低于其最低值，也不能高于其最高值，否则会严重影响推进剂性能。当氧化剂含量低于其最低值时，正常情况下都无法正常点火，推进剂也无法自持燃烧；氧化剂含量高于其最高值时，燃烧性能很好，但是燃料含量必定降低，能量性能无法满足冲压发动机使用要求。燃料含量低于最低值时，推进剂能量性能无法满足使用要求，燃料含量高于其最高值时，推进剂存在点火困难等问题。粘合剂对推进剂的力学性能起着关键作用，低于最低值时各组分之间的铰合力差，力学性能差，高于最高值时，能量、力学等性能无法满足要求。
所述氧化剂为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)、硝酸铵(AN)、硝酸钾(KNO3)中的一种或组合，所述氧化剂的粒径为1～10μm，将粒径定于为1～10μm，主要是考虑了推进剂的点火性能、工艺性能之间的平衡，由于硼粉等主要燃料粒径本身较细，含量较高，如果主要氧化剂的粒径小于1μm，加上主氧化剂的含量高，推进剂药浆工艺很差，甚至无法浇注；当主要氧化剂的粒径大于10μm时，推进剂点火性能一般，也就是说氧化剂必须使用常用的超细AP等超细氧化剂。
所述辅助氧化剂为三氨基胍硝酸盐(TAGN)、硝酸胍(GN)、奥克托今(HMX)、黑索金(RDX)中的一种或组合，所述辅助氧化剂的粒径为30～250μm，辅助氧化剂的粒径小于30μm，推进剂工艺性能一定会下降；而当辅助氧化剂的粒径大于250μm，其分解及产气性能就会受到影响。
所述燃料为硼(B)、镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、碳化硼(B4C)、硼基金属复合物中的一种或组合。其中，所述硼(B)和碳化硼(B4C)的粒径为1～3μm，如果使用粒径小于1μm的硼粉，在装药过程中相当大一部分硼粉都会生成硼酸，工艺性能极差，无法装药；当硼和碳化硼的粒径超过3μm时，点火虽然不是非常困难，但是由于粒径相对较大，在一次燃烧喷射并组织二次燃烧的时候就会出现点火延迟的问题，这种情况会影响推进剂的燃烧并且会增加燃烧凝聚相产物，不利于能量释放。
所述镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、硼基金属复合物等燃料为工业级，其粒径为1～30μm，如果粒径小于1μm，极有可能在较高温度潮湿环境中发生自燃；当金属的粒径大于30μm时，点火性能明显下降。
所述硼基金属复合物为硼-镁复合粉(BM)、硼-铝复合粉(BA)、硼-钛复合粉(BT)。
所述性能调节剂为丁硝胺基硝酸酯(Bu-NENA)、癸二酸二异辛酯(DOS)、卵磷脂、乙酰柠檬酸三乙酯、己二酸二辛酯(DOA)、磷酸三辛酯(TOP)、氧化铁、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(MAPO)、亚铬酸铜、氧化铜、氧化铅、卡托辛(GFP)、三氟化硼三乙醇胺、辛基二茂铁、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺、2,4-二硝基苯氧基乙醇(DNE)、十二烷基磺酸钠中的一种或组合。
实施例1
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例1可以得知，推进剂的能量释放效率达到93.6％。
实施例2
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例2可以得知，推进剂的能量释放效率达到95.7％。
实施例3
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例3可以得知，推进剂的能量释放效率达到94.3％。
实施例4
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例4可以得知，推进剂的能量释放效率达到93.6％。
实施例5
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例5可以得知，推进剂的能量释放效率达到92.9％。
上述实施例1-5，通过添加复合氧化剂、新型复合燃料(以硼、碳化硼为主要燃料，其他镁、铝、钛、锆、硼基金属复合物等为辅助燃料)、金属盐类燃烧调节剂，并调节各组分的配比和级配燃料使富燃料推进剂配方实测能量释放效率≥90％。
本发明涉及一种富燃料推进剂配方，解决了硼粉点火困难，能量释放效率低的问题，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的能量释放效率，改善了富燃料推进剂的综合性能。为固体冲压发动机的工程化应用提供了重要的技术支撑，具有广阔的应用前景。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种富燃料推进剂配方，其特征在于包括如下质量配比的组分：
氧化剂：20％～30％；
辅助氧化剂：2％～7％；
燃料：35％～48％；
粘合剂：15％～25％；
性能调节剂：1％～8％。
2.根据权利要求1所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸铵、硝酸钾中的一种或组合。
3.根据权利要求1所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述氧化剂的粒径为1～10μm。
4.根据权利要求1所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述辅助氧化剂为三氨基胍硝酸盐、硝酸胍、奥克托今、黑索金中的一种或组合。
5.根据权利要求1所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述辅助氧化剂的粒径为30～250μm。
6.根据权利要求1所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述燃料为硼、镁、铝、钛、锆、碳化硼、硼基金属复合物中的一种或组合。
7.根据权利要求6所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述硼和碳化硼的粒径为1～3μm。
8.根据权利要求6所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述镁、铝、钛、锆、硼基金属复合物的粒径为1～30μm。
9.根据权利要求6所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述硼基金属复合物为硼-镁复合粉、硼-铝复合粉、硼-钛复合粉。
10.根据权利要求1所述的富燃料推进剂配方，其特征在于：所述性能调节剂为丁硝胺基硝酸酯、癸二酸二异辛酯、卵磷脂、乙酰柠檬酸三乙酯、己二酸二辛酯、磷酸三辛酯、氧化铁、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦、亚铬酸铜、氧化铜、氧化铅、卡托辛、三氟化硼三乙醇胺、辛基二茂铁、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺、2,4-二硝基苯氧基乙醇、十二烷基磺酸钠中的一种或组合。
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