CN109574773B - 一种含硼富燃料推进剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含硼富燃料推进剂，包括如下质量配比的组分：粘合剂体系：20％～30％；氧化剂：22％～35％；燃料：35％～44％；性能调节剂：0.5％～4％。本发明通过在推进剂体系中添加含能添加剂，添加新型添加剂等技术途径，使含硼富燃料推进剂的喷射效率和一次燃烧效率显著提高，同时在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的耐候性，改善了含硼富燃料推进剂的综合性能。

Description

一种含硼富燃料推进剂
技术领域
本发明涉及固体冲压发动机用富燃料推进剂技术领域，具体涉及一种含硼富燃料推进剂。
背景技术
固体火箭冲压发动机有机地结合了固体火箭发动机和吸气式发动机的优点。与固体火箭发动机相比，由于利用空气中的氧气作氧化剂，大幅度提高了推进剂的能量，比冲为固体火箭发动机的2～4倍；与吸气式发动机相比，由于采用内型面压缩进气原理，省略了旋转部件等复杂结构，发动机结构得到简化。因此，以固冲发动机为动力的导弹具有体积小、重量轻、射程远的特点，可以实现全程有动力飞行，增强导弹的突防能力和末段攻击能力。
固体火箭冲压发动机使用固体富燃料推进剂作为动力源，由于其氧化剂含量约为常规固体火箭推进剂的一半，富燃料推进剂又被称贫氧推进剂。富燃料推进剂中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。
由于富燃料推进剂中燃料含量达到30～50％，因此燃料性能是决定固体火箭冲压发动机潜在优异性能能否充分发挥的关键因素之一，含硼富燃料推进剂具有很高的热值，是固冲发动机的首选推进剂。
采用含硼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，采用高能含硼富燃料推进剂的固体火箭冲压发动机技术受到广泛重视。
然而，由于富燃料推进剂氧化剂含量较低，粘合剂在一次分解过程中吸热导致燃温降低，从而导致推进剂一次喷射效率较低，能量释放不足，燃烧效率低，加上硼粉在空气中特别是潮湿环境中极易氧化，使得含硼富燃料推进剂耐候性较差，限制了含硼富燃料推进剂在某些领域的应用。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种含硼富燃料推进剂，通过在推进剂体系中添加含能添加剂，添加新型添加剂等技术途径，解决了现有含硼推进剂因为粘合剂在一次分解过程中吸热导致燃温降低，从而导致推进剂一次喷射效率较低，燃烧效率低的问题。
本发明涉及如下技术方案：
一种含硼富燃料推进剂，包括如下质量配比的组分：
粘合剂体系：20％～30％；
氧化剂：22％～35％；
燃料：35％～44％；
性能调节剂：0.5％～4％。
进一步地，所述粘合剂体系包括粘合剂、增塑剂和固化剂。
进一步地，所述粘合剂为端羟基聚叠氮缩水甘油醚、环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚中的一种或组合。
进一步地，所述增塑剂为丁硝胺基硝酸酯、1,2,4-丁三醇三硝酸酯、二缩三乙二醇二硝酸酯中的一种或组合。
进一步地，所述固化剂为六甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯三聚体、缩二脲三异氰酸酯中的一种或组合。
进一步地，所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾中的一种或组合。
进一步地，所述氧化剂的粒径选用Ⅰ类(280～360μm)、Ⅲ类(90～140μm)、Ⅳ类(5～15μm)、Ⅴ类(0.5～2μm)中的一种或几种。
进一步地，所述燃料为硼、镁、铝、碳化硼中的一种或组合。
进一步地，所述硼和碳化硼的粒径为1～3μm，所述镁、铝为球形，粒径为1～30μm。
进一步地，所述性能调节剂为卵磷脂、丙烯酸聚乙二醇单丁醚酯/丙烯腈/3-丁烯-1-胺/丙烯酸羟乙酯共聚物、有机硅烷偶联剂、氧化铁、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦、卡托辛、三氟化硼三乙醇胺、辛基二茂铁、N-甲基对硝基苯胺、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺中的一种或组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在推进剂体系中添加含能添加剂，添加新型添加剂PANE等技术途径，使含硼富燃料推进剂的喷射效率和一次燃烧效率显著提高。
2、本发明使得含硼富燃料推进剂能够在潮湿环境中保持性能稳定和结构完整，提高了推进剂的耐候性。
3、本发明在不影响推进剂综合性能的前提下降低了推进剂在氧化剂含量较低的情况下因粘合剂分解导致的热量损失，改善了富燃料推进剂的综合性能。
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。
本发明公开了一种含硼富燃料推进剂，包括如下质量配比的组分：粘合剂体系：20％～30％；氧化剂：22％～35％；燃料：35％～44％；性能调节剂：0.5％～4％。
其中，所述粘合剂体系包括粘合剂、增塑剂和固化剂，所述粘合剂为端羟基聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)中的一种或组合；所述增塑剂为丁硝胺基硝酸酯(Bu-NENA)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)、二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)中的一种或组合；所述固化剂为六甲撑二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六甲撑二异氰酸酯三聚体(T-HDI)、缩二脲三异氰酸酯(N-100)中的一种或组合。
所述氧化剂为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)中的一种或组合，所述高氯酸铵(AP)或高氯酸钾(KP)的粒径选用Ⅰ类(280～360μm)、Ⅲ类(90～140μm)、Ⅳ类(5～15μm)、Ⅴ类(0.5～2μm)中的一种或几种。
所述燃料为硼(B)、镁(Mg)、铝(Al)、碳化硼(B4C)中的一种或组合，其中，所述硼(B)和碳化硼(B4C)的粒径为1～3μm，所述镁(Mg)、铝(Al)为球形，粒径为1～30μm。
所述性能调节剂为卵磷脂、丙烯酸聚乙二醇单丁醚酯/丙烯腈/3-丁烯-1-胺/丙烯酸羟乙酯共聚物(PANE)、有机硅烷偶联剂、氧化铁(Fe2O3)、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(MAPO)、卡托辛(GFP)、三氟化硼三乙醇胺(T313)、辛基二茂铁(OFC)、N-甲基对硝基苯胺(MNA)、N,N-二苯基对苯二胺(DPPD)、N-苯基-2-萘胺(防老剂D)、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺(防老剂4010)中的一种或组合。
实施例1
(1)推进剂组成
Figure BDA0001944141610000041
(2)推进剂性能
推进剂装药环境：温度28℃，湿度86.1％
Figure BDA0001944141610000042
实施例2
(1)推进剂组成
Figure BDA0001944141610000051
(2)推进剂性能
推进剂装药环境：温度30℃，湿度75.8％
Figure BDA0001944141610000052
实施例3
(1)推进剂组成
Figure BDA0001944141610000053
(2)推进剂性能
推进剂装药环境：温度29℃，湿度77.8％
Figure BDA0001944141610000061
实施例4
(1)推进剂组成
Figure BDA0001944141610000062
(2)推进剂性能
推进剂装药环境：温度31℃，湿度79.0％
Figure BDA0001944141610000063
实施例5
(1)推进剂组成
Figure BDA0001944141610000064
Figure BDA0001944141610000071
(2)推进剂性能
推进剂装药环境：温度32℃，湿度69.8％
Figure BDA0001944141610000072
通过上述实施例1-5可以看出，通过在推进剂体系中添加含能添加剂，添加新型添加剂PANE等技术途径，使含硼富燃料推进剂的喷射效率均在96％以上，一次燃烧效率均在92％以上。
将上述实施例1-5中配方的推进剂在不同温度和湿度的环境中装药，直接测试或50℃恒温恒湿放置7天后测试的力学性能基本保持不变，表明本发明含硼富燃料推进剂能够在潮湿环境中保持性能稳定和结构完整，推进剂耐候性显著提高。
对比实施例
(1)推进剂组成
Figure BDA0001944141610000073
(2)推进剂性能
推进剂装药环境：温度30℃，湿度78.5％
Figure BDA0001944141610000081
从对比实施例可以看出，采用PET+N-100粘合剂体系的推进剂配方在温度30℃，湿度78.5％的环境中装药，直接测试力学性能较差，50℃恒温恒湿放置7天，拉伸强度急剧下降。并且，该推进剂在氧化剂含量为35％的情况下，一次燃烧效率和喷射效率都较低。
综上所述，本发明提供了一种具有高燃烧效率且耐候性强的含硼富燃料推进剂，该推进剂通过在推进剂体系中添加含能添加剂，添加新型添加剂等技术途径，使含硼富燃料推进剂的一次喷射效率和燃烧效率都由70％提高到90％以上，同时解决了含硼富燃料推进剂的耐候性问题，在不影响推进剂综合性能的前提下降低了推进剂在氧化剂含量较低的情况下因粘合剂分解导致的热量损失，改善了富燃料推进剂的综合性能。为固体冲压发动机的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 (9)

1.一种含硼富燃料推进剂，其特征在于包括如下质量配比的组分：
粘合剂体系：20％～30％；
氧化剂：22％～35％；
燃料：35％～44％；
性能调节剂：0.5％～4％；
所述性能调节剂包括丙烯酸聚乙二醇单丁醚酯/丙烯腈/3-丁烯-1-胺/丙烯酸羟乙酯共聚物和选自有机硅烷偶联剂、卵磷脂、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦、三氟化硼三乙醇胺、辛基二茂铁、N-甲基对硝基苯胺、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺和N-苯基-N-环己烷基对苯二胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述粘合剂体系包括粘合剂、增塑剂和固化剂。
3.根据权利要求2所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述粘合剂为端羟基聚叠氮缩水甘油醚、环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚中的一种或组合。
4.根据权利要求2所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述增塑剂为丁硝胺基硝酸酯、1,2,4-丁三醇三硝酸酯、二缩三乙二醇二硝酸酯中的一种或组合。
5.根据权利要求2所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述固化剂为六甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯三聚体、缩二脲三异氰酸酯中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾中的一种或组合。
7.根据权利要求1所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述氧化剂的粒径选用Ⅰ类280～360μm、Ⅲ类90～140μm、Ⅳ类5～15μm、Ⅴ类0.5～2μm中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述燃料为硼、镁、铝、碳化硼中的一种或组合。
9.根据权利要求8所述的含硼富燃料推进剂，其特征在于：所述硼和碳化硼的粒径为1～3μm，所述镁、铝为球形，粒径为1～30μm。
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