推進劑發(fā)展資料

固體推進劑發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1現(xiàn)用復(fù)合固體推進劑2復(fù)合固體推進劑的發(fā)展趨勢3特種推進劑復(fù)合推進劑瀝青推進劑聚氯乙烯-聚硫-聚酯-苯乙烯羥基聚合物羧基聚合物聚醚、聚酯基聚氨酯推進劑金屬添加劑和鍵合劑使用HTPB推進劑HTPB/HMX推進劑PBAA（丙烯酸、丁二烯共聚物）PBAN（丙烯腈、丙烯酸、丁二烯共聚物）CTPB推進劑雙基固體推進劑澆注雙基（CDB）壓延雙基（EDB）復(fù)合改性澆注雙基（CMDB）高能復(fù)合交聯(lián)雙基（XLDB）高能推進劑（以NEPE為代表）化學(xué)推進劑的發(fā)展歷程配方理論比沖/(N·s·kg-1)密度/(g·cm-3)密度比沖/(kN·s/m3)年份DB22061.60035301940AP/PBAN24521.70041681950AP/CTPB25491.70043351970AP/HTPB25991.70044231980AP/HMX/HTPB26481.70045011988AP/含能粘合劑26971.85049911995HNF/含能粘合劑28441.85052662000各類推進劑的基本性能1現(xiàn)用復(fù)合固體推進劑1.1AP/Al/HTPB基推進劑1.2含硝胺的AP/Al/HTPB基推進劑1.3NEPE推進劑1.1AP/Al/HTPB

基推進劑

由于HTPB預(yù)聚物的本體粘度低、價格便宜，制造出推進劑的工藝性能、力學(xué)性能與老化性能優(yōu)良，適合于研制高固體含量配方和大型澆注工藝裝藥，使推進劑能達到高比沖和優(yōu)良綜合性能，因而能在戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的火箭發(fā)動機中獲得廣泛應(yīng)用。美軍現(xiàn)裝備的導(dǎo)彈型號上主要使用AP/Al/HTPB推進劑。

AP/Al/HTPB

基推進劑

AP/Al/HTPB體系是最典型的HTPB基推進劑。洛克希德馬丁公司為航天飛機研制的先進固體火箭發(fā)動機（ASRM）計劃中，固體推進劑配方如下：原材料AP(250μm)AP(20μm)Al(球形,20μm)HTPB含量/%48.320.7199.498原材料DOAHX-752Fe2O3TPB含量/%2.00.3000.2000.002DOA為乙二酸二辛酯，HX-752為中性鍵合劑，TPB為三苯基鉍。AP/Al/HTPB

基推進劑該推進劑性能：比沖/(N·s·kg-1)密度/g·cm-3燃速(4.31MPa)/mm·s-1壓強指數(shù)拉伸強度/MPa延伸率/%正切模量/MPa2580.3≥1.7998.76±0.25＜0.38≥0.689≥303.45～6.211.2含硝胺的AP/Al/HTPB基推進劑

由于奧克托今（HMX）/黑索今（RDX）生成焓高，成氣性好，在配方中部分取代AP能夠提高推進劑的能量。42所用20%HMX部分取代AP，理論比沖可增加25.46N·s·kg-1。配方編號配比/%ρ/(g·cm-3)理論Isp/(N·s·kg-1)實測Isp/(N·s·kg-1)APAlHMXHTPBKZ1#69.518.508.43.61.8042603.702391.662#521720831.7982629.162425.59KZ為癸二酸二異辛酯少煙HTPB基推進劑

AP/Al/HTPB推進劑煙霧形成的原因：Al和其他金屬（燃速催化劑）燃燒形成的Al2O3以及其它金屬氧化物，生成凝聚相顆粒；AP燃燒產(chǎn)生大量HCl，它與燃燒產(chǎn)物中的水或空氣中水形成白色的霧滴；當(dāng)排氣中含有較多的未完全燃燒的CO和H2等時，羽煙在流動過程中會與空氣中的氧進一步反應(yīng)，形成二次火焰。煙霧會造成光學(xué)制導(dǎo)系統(tǒng)信號的衰減，暴露發(fā)射陣地和飛行軌跡。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭迫切要求導(dǎo)彈提高生存能力和突防能力，需要研制高性能低特征信號推進劑。技術(shù)途徑：降低鋁粉的含量；用RDX或HMX取代AP，以減少HCl形成的白霧。1.3NEPE推進劑

K.

Klager

博士于20世紀80年代提出的“高能交聯(lián)推進劑”的新概念，促進了雙基（均質(zhì)）

與復(fù)合推進劑的結(jié)合，推出了硝酸酯增塑的聚醚推進劑（NEPE）等新一代高能推進劑。由于它充分發(fā)揮了雙基推進劑中液體硝酸酯能量高、復(fù)合推進劑中聚醚聚氨酯粘合劑力學(xué)性能好的特點，在能量性能和力學(xué)性能方面超過了原有的各種推進劑，是目前國際上已實用的最先進的一類推進劑。氧化劑：AP；含能添加劑：HMX，RDX（廉價）；金屬添加劑：Al；粘合劑：PEG（聚乙二醇）、PET（環(huán)氧乙烷四氫呋喃共聚醚）、CAB（醋酸丁酸纖維素）等；增塑劑：硝酸酯類含能增塑劑——NG、BTTN（丁三醇三硝酸酯

）、TEGDN（二縮三乙二醇二硝酸酯）、DEGDN（一縮二乙二醇二硝酸酯）、A3（TEGDN/

DEGDN）等。NEPE推進劑的配方組成氧化劑APAP、HMX/RDX金屬添加劑AlAl固體含量/％88－9075－80粘合劑HTPBPEG增塑劑DOSNG、NG/BTTN粘合劑/增塑劑7-10：11：3密度/(kg/m3)17701850--1890項目AP/Al/HTPBNEPE比沖/(N.s/kg)～25002650--2700潛射三叉戟彈道導(dǎo)彈MX戰(zhàn)略導(dǎo)彈NEPE推進劑美國NEPE推進劑燃燒性能ＭＸ第三級三叉戟Ⅱ一級三叉戟Ⅱ二級三叉戟Ⅱ三級硝酸酯NG+BTTNNGNGNG粘合劑PEG,CABPEG,NCPEG,NCPEG,NC理論比沖/(N·s·kg-1)比XLDB高29.42659.42653.5/真空比沖/(N·s·kg-1)/2729.02834.92903.6固體含量%7380757575密度/(g·cm-3)//1.8311.8261.825ｒ6.86(mm·s-1)1816.511.614.89壓強指數(shù)0.580.660.540.500.667PEG為聚乙二醇，BTTN為丁三醇三硝酸酯，CAB為醋酸丁酸纖維素。2復(fù)合固體推進劑的發(fā)展趨勢2.1新型氧化劑的研究及應(yīng)用2.2含能粘合劑/增塑劑的研究與應(yīng)用2.3三氫化鋁在推進劑中的應(yīng)用2.4鈍感推進劑的研究復(fù)合固體推進劑的發(fā)展歷程液體推進劑固體推進劑雙基推進劑復(fù)合固體推進劑改性雙基推進劑CMDBXLDBAP、Al硝胺NEPE增塑劑的高能化消煙補能復(fù)合固體推進劑的發(fā)展歷程復(fù)合固體推進劑氧化劑粘合劑APAP+HMX/RDXCL-20/ADNPSPBPBAA/PBAN/CTPBHTPB疊氮粘合劑GAP/AMMO/BAMO氧化劑的高能化粘合劑的高能化消煙補能2.1新型氧化劑的研究及應(yīng)用

提高能量是固體推進劑研究發(fā)展過程中一直追求的主要目標(biāo)。氧化劑在固體推進劑中占最大的分量，其性能直接關(guān)系著推進劑能量的大小。美國、俄羅斯和歐洲各國在CL-20（六硝基六氮雜異伍爾茲烷）、ADN（二硝酰胺銨）、HNF（硝仿肼）等新型氧化劑的研制與應(yīng)用領(lǐng)域取得了成果。新型氧化劑代號HMXCL-20ADNHNFDNAOF中文名稱環(huán)四次甲基四硝胺六硝基六氮雜異伍茲烷二硝酰胺銨硝肪肼二硝基氧化偶氮二呋咱密度g/cm31.912.041.811.861.91生成焓kJ/mol74.89372-150-72649熔點／分解溫度K548>468363395383新型氧化劑的研究及應(yīng)用

名稱APCL-20RDXHMXADNHNF分子式NH4ClO4C6H6N12O12C3H6N6O6C4H8N8O8NH4N(NO2)2N2H5C(NO2)3分子量117.54438.186222.122296.17124.05183.08氧平衡/%34.04-10.95-21.61-21.6325.7913.11熔點/Ｋ>423分解———477549364.5395密度/g·cm-31.952.041.8181.91.81.86生成熱/kJ·mol-1-290.45415.8461.5374.89-140.3-71.96各種氧化劑性能比較幾種氧化劑單元推進劑的能量特性新型氧化劑的研究及應(yīng)用名稱APCL-20RDXHMXADN比沖/(N·s·kg-1)1550.822666.442602.82599.72003.17特征速度/(m·s-1)990.31639.21645.61629.91282.6燃燒溫度/K14343591328432912100產(chǎn)物平均分子量28.9229.1524.6824.6724.81主要燃燒產(chǎn)物的摩爾分數(shù)H2O0.4610.1730.2090.2050.4CO0.1740.2090.224CO20.2260.1240.073HCl0.062H20.1240.0804N20.1230.3720.3330.2960.4O20.2620.2Cl20.092CL-20的研究及應(yīng)用CL-20由美國海軍武器研究中心Nielson于1987年最先合成出來，是一種立體籠形、多硝基多環(huán)硝胺聚合物，為白色或無色晶體。

CL-20的合成成功是高能量密度材料（HEDM）合成研制中突出的進展之一，是硝胺類氧化劑的重大突破。CL-20的研究及應(yīng)用

與幾種高能氧化劑HNF、ADN、AP、RDX相比，CL-20單元推進劑能量性能優(yōu)良，CL-20單元推進劑的理論比沖最高，為2666.44N·s/kg，密度高達2.04g/cm3。另外，與HMX相比，CL-20的爆熱高9.2%，密度高7%，爆速高5%，因此在不同粘合劑體系中，用CL-20替代HMX可使比沖值大幅提高。ADN的研究及應(yīng)用

ADN是一種穩(wěn)定的白色離子物質(zhì)，能量高、化學(xué)熱穩(wěn)定性好，不含鹵素，可取代推進劑中目前廣泛使用的AP、AN。ADN是由前蘇聯(lián)澤林斯基有機化學(xué)研究所于20世紀70年代初首先合成出來，已有20多年的研制歷史。90年代初披露于世后，引起西方極大興趣，美、法、德、英等國均投入研究。二硝酰胺銨（ADN）分子結(jié)構(gòu)式：NH4+·[N(NO2)2]-

特點：能量高、不含鹵素、化學(xué)熱穩(wěn)定性好、低特征信號、高燃速。在HTPB推進劑中，使用40%的ADN可提高比沖100N·s/kg。用于低特征信號推進劑,可將比沖提高7%，GAP/ADN/RDX組成的無煙（或少煙）推進劑優(yōu)化的最高理論比沖為2630N·s/kg，其中具體配方為GAP13%，ADN64%，RDX23%。

用于含鋁推進劑，比沖可提高10%。

改性ADN樣品的SEM

ADN改性后可以大大降低其吸濕性，為其在固體推進劑中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。ADN的研究及應(yīng)用ADN的研究及應(yīng)用

根據(jù)俄羅斯科研人員的研究，在HTPB推進劑體系中使用40%的ADN，可將比沖提高100N·s/kg。ADN用于低特征信號，可將比沖提高7%。用于含鋁推進劑，比沖可提高10%。俄羅斯已將ADN推進劑用于部分空空導(dǎo)彈及SS-24、SS-27（白楊M）洲際導(dǎo)彈第三級等發(fā)動機。白楊M洲際導(dǎo)彈HNF的研究及應(yīng)用

HNF是三硝基甲烷（硝仿）與肼生成的鹽，為橙黃色結(jié)晶，是一種高能氧化劑，不含鹵素，因而具有無煙、無污染等優(yōu)點。硝仿肼（HNF）化學(xué)式：N2H5C(NO2)3

特點：HNF是一種肼和硝肪的鹽，是一種高效的高能氧化劑，氧含量高、生成熱高、密度大及燃燒產(chǎn)物平均分子量低，HNF推進劑在排出的羽煙中不產(chǎn)生任何Cl2和HCl，無煙、無污染。HNF的研究及應(yīng)用

影響HNF實用的原因主要有兩個：其一是制備三硝基甲烷的工藝危險性大，曾發(fā)生過多起著火、爆炸事故；其二是HNF易與不飽和的粘合劑系統(tǒng)（如PU、HTPB等）中的雙鍵起化學(xué)反應(yīng)而生成氣體，破壞推進劑性能。HNF的研究及應(yīng)用

荷蘭航空和航天推進劑產(chǎn)品公司的一系列實驗表明，硝仿肼的純度是使用安定性的關(guān)鍵。將生產(chǎn)的高純度的HNF用于飽和含能粘合劑（如GAP等），制成的固體推進劑，不會引起安全、感度、毒性等嚴重問題。八硝基立方烷（ONC）在美國被稱為“超級炸藥”，預(yù)估它的密度可達1.9～2.2g/cm3，爆速8000m/s，生成熱可達730-1300J/g；對沖擊鈍感。ONC與HADN和聚丁二烯(PBD)組成的低特征信號推進劑，理論比沖可達2724.4N·s/kg。2.2含能粘合劑/增塑劑的研究與應(yīng)用

含能粘合劑的合成研究可以追溯到20世紀60年代中期。從那時起，各國的推進劑化學(xué)家都試圖在已有的聚合物側(cè)鏈上引入含能基團，主要有硝基（-NO2）、硝酸酯基（-ONO2）、疊氮基（-N3）、二氟胺基（-FN2）和氟二硝基（-CF(NO2)2）等。疊氮粘合劑聚疊氮粘合劑（AzidePolymer）類推進劑聚疊氮粘合劑：分子中有－N3高能基團；優(yōu)點：粘合劑可自燃，因此可以顯著減少氧化劑含量，改善燃燒性能，提高推進劑的能量。典型代表物：GAP聚縮水甘油醚疊氮粘合劑（Glycidyl

Azide

Polymer

）HO-(-CH2-CHO-)n-OH

CH2N3

含能粘合劑的研究與應(yīng)用

以GAP（縮水甘油疊氮聚醚）、B-GAP（支化GAP）、BAMO、AMMO等為代表的疊氮粘合劑，已成為世界各國研究、發(fā)展高性能、鈍感并與環(huán)境相容的高能量密度材料的重要目標(biāo)。疊氮粘合劑疊氮粘合劑聚合物化學(xué)名稱密度g/cm3生成焓kJ/kgAMMO3-疊氮甲基-3-甲基氧丁環(huán)1.06867BAMO/THFBAMO/四氫呋喃1.27875BAMO3,3-雙(疊氮甲基)氧丁環(huán)1.302868PGN聚縮水甘油硝酸酯1.39~1.45-1193PLN聚硝基甲基氧丁環(huán)1.26-1403GAP聚縮水疊氮甘油醚1.30490結(jié)構(gòu)-CH2CHCHCH2--CH2CH(CH2N3)O--CH2C(CH3)(CH2N3)O--CH2C(CH2N3)2O-分子量2880-4000300038602800密度900kg/m31300kg/m31060kg/m31300kg/m3生成熱-118kJ/kg1100kJ/kg

345.3kJ/kg2460kJ/kg項

目HTPBGAPAMMOBAMO氧平衡-325.4%-121.1%－169.9%-39%粘合劑系統(tǒng)含能粘合劑的研究與應(yīng)用配方編號配比/%燃燒溫度/K燃氣平均相對分子量比沖/(N·s·kg-1)NCNGDEPGAP1#504010／251524.123502#5040／10282524.924823#37.55012.5／255724.023724#37.550／12.5196425.02533隨GAP含量的增加，燃燒溫度下降，比沖增加。研究目標(biāo)：改善推進劑低溫力學(xué)性能；提高其對推進劑能量的貢獻。含能增塑劑的研究與應(yīng)用1、單一含能基團的增塑劑疊氮基含能增塑劑；硝酸酯基含能增塑劑；硝基含能增塑劑；氟二硝基含能增塑劑。2、兩種含能基團的增塑劑硝酸酯基+硝胺基疊氮基+硝酸酯基疊氮基+硝基疊氮基+硝胺基疊氮基+硝酸酯基疊氮基+硝基疊氮基+氟二硝基氟二硝基+二氟胺基氟二硝基+硝基2.3三氫化鋁在推進劑中的應(yīng)用美國對含三氫化鋁配方進行了大量研究，研究表明，通常使用的無機氧化劑都可以很好的使用，三氫化鋁一般占配方總重的5%～40%。三氫化鋁含量越高，產(chǎn)生氫氣越多，推力越大。以塑化硝化纖維為粘合劑，分別對三氫化鋁和硝仿肼、過氯酸硝酰、過氯酸銨等氧化劑進行了推進劑配方研究，硝仿肼比沖最高，其實測比沖為277s，比沖效率為94.4%。三氫化鋁在推進劑中的應(yīng)用三氫化鋁是由兩種強還原性原子結(jié)合組成的物質(zhì)，在三氫化鋁推進劑的燃燒過程中產(chǎn)生氫氣，氫氣可以促進氧化劑快速燃燒生成三氧化二鋁和H2O并放出大量熱能。在固體推進劑中，如三氫化鋁代替Al粉，可使推進劑比沖顯著提高，而且可以改善推進劑的點火和燃燒性能。2.4鈍感推進劑的研究

現(xiàn)代武器要求進一步提高推進劑的能量，然而隨著推進劑能量的增加，其在制造、儲存、運輸和使用過程中的危險性亦相應(yīng)增加。美國建立了鈍感彈藥（IM）的軍用標(biāo)準（MILSTD

2105B），要求作戰(zhàn)的火箭、導(dǎo)彈及其它彈藥當(dāng)遭遇到軍標(biāo)規(guī)定的危險環(huán)境時，不出現(xiàn)比燃燒更嚴重的反應(yīng)（如爆炸）。鈍感推進劑的研究

HTPE粘合劑是美國新研制的力學(xué)性能和彈道性能與HTPB非常相似的端羥基聚醚粘合劑。該粘合劑的引入能為推進劑提供對極端激勵（加熱、沖擊波機械撞擊）不敏感的性能。鈍感推進劑的研究HTPE與HTPB推進劑IM試驗比較鈍感推進劑的研究

2000年在美國海軍水面武器中心進行了發(fā)動機點火試驗，結(jié)果表明：改性NEPE推進劑不僅保持了NEPE推進劑優(yōu)異的力學(xué)性能、粘結(jié)性能，而且感度低。子彈沖擊、破片沖擊和快速烤燃試驗導(dǎo)致燃燒反應(yīng)發(fā)生，慢速烤燃試驗導(dǎo)致爆燃，這個結(jié)果與具有同樣結(jié)構(gòu)的HTPB推進劑發(fā)生爆炸的情況相比是一個改進。3特種推進劑3.1富燃料固體推進劑3.2固液混合推進劑3.3低溫推進劑3.4凝膠推進劑3.5納米材料的應(yīng)用3.6高氮化合物及其應(yīng)用3.7熱塑性彈性體3.1富燃料固體推進劑

固體火箭沖壓發(fā)動機具有結(jié)構(gòu)簡單，比沖較高（6000~12000N·s/kg），且飛行高度、攻角變化時不易熄火等優(yōu)點。因此該類沖壓發(fā)動機得到廣泛的應(yīng)用。固體火箭沖壓發(fā)動機的發(fā)展，推動了富燃料推進劑的研究。富燃料固體推進劑

根據(jù)富燃料推進劑能量水平和尾煙的程度，可分為三種類型：產(chǎn)生煙霧較多的加金屬填料配方、產(chǎn)生煙霧較少的加碳配方以及碳氫燃料配方。鋁鎂富燃料推進劑和含硼富燃料推進劑是目前研究的重點。含硼富燃料固體推進劑

硼以其高的質(zhì)量熱值和體積熱值而成為最有潛力的富燃料固體推進劑添加劑之一。作為一種燃燒劑，它具有很高的質(zhì)量熱值：58280kJ/kg（分別是鎂和鋁的2.3倍和1.9倍），且其體積熱值也相當(dāng)高，為136.38kJ/cm3（分別是鎂和鋁的3.09倍和1.66倍）。

因此以硼為主要燃料的含硼富燃料推進劑的理論比沖可達8000N·s·kg-1～12000N·s·kg-1，是現(xiàn)代高能固體推進劑的3～7倍，也是中能富燃料推進劑的1.6倍左右。含硼富燃料固體推進劑含硼富燃料固體推進劑

硼的理論熱值固然很高，但其熱值的實際發(fā)揮是很困難的，因為它的點火和燃燒過程非常復(fù)雜。另外，硼在低壓下的燃燒效率較低，通常硼在固體火箭沖壓發(fā)動機中的燃燒效率僅為30%～40%，而且硼及其氧化物的氣化熱高，需要供給大量熱能，從而使燃燒溫度下降，進而使其燃燒性能變差。

幾十年來，國內(nèi)外專家學(xué)者圍繞利用硼作為推進系統(tǒng)高能燃料組份，對硼燃料進行了研究試驗，以解決點火燃燒、燃燒效率等影響實用的一些問題：1）硼粉處理及含硼富燃料推進劑的工藝性能；2）改善含硼富燃料推進劑的點火性能和燃燒效率的有效方法（添加鎂或鎂鋁合金、AP、KP、LiF、GAP等包覆硼粉）；含硼富燃料固體推進劑含硼富燃料固體推進劑3）提高推進劑燃速（加入燃速催化劑如氧化鐵或卡托辛等、細AP、團聚）；4）提高推進劑燃速壓強指數(shù)；5）提高一次噴射效率團聚能有效提高含硼富燃料推進劑的工藝性能和燃燒性能；6）提高硼粉的燃燒效率（引入含F(xiàn)和K的物質(zhì)）。3.2固液混合推進劑固液火箭發(fā)動機是一種燃料和氧化劑的狀態(tài)不一致、并且被分離的推進系統(tǒng)。與固體和液體火箭發(fā)動機相比，固液火箭發(fā)動機的重要特點是能夠使用其所不能利用的高能推進劑。因為在許多情況下，對于推進劑組元來說，其最大能量特性或最大密度存在于不同的物態(tài)中。另外的優(yōu)點是能夠進行推力調(diào)節(jié)。固液火箭發(fā)動機的燃燒速率由氧化劑流量所控制的。固液混合火箭發(fā)動機

Hybridrocketengine固液混合火箭發(fā)動機固體燃料鈍感成本低液體氧化劑安全可操作性強常用燃料-氧化劑搭配HTPB-LOXParaffin-LOXPE-H2O2HTPB-N2O部分燃料與氧化劑所能達到的比沖燃燒室壓強為2.068MPa,噴管膨脹比為60/1燃料氧化劑O/FISP/sHTPB液氧四氧化二氮濃硝酸過氧化氫一氧化二氮液氟30%液氟/30%液氧液態(tài)三氟化氮

2.43593.83324.63177.53128.03192.03732.43862.5334部分燃料與氧化劑所能達到的比沖燃料氧化劑O/FISP/sHTPB/20%Al液氧四氧化二氮濃硝酸過氧化氫一氧化二氮液氟30%液氟/30%液氧液態(tài)三氟化氮

1.83603.03363.83276.53186.53232.03722.53892.5342部分燃料與氧化劑所能達到的比沖燃料氧化劑O/FISP/.s聚甲基丙烯酸甲酯液氧四氧化二氮濃硝酸過氧化氫一氧化二氮液氟30%液氟/30%液氧液態(tài)三氟化氮

1.83412.53213.03084.53045.03121.53702.03792.0/固液混合火箭發(fā)動機的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單相對于液體火箭發(fā)動機，結(jié)構(gòu)相對簡單高可靠性藥柱可塑性好，不易產(chǎn)生裂紋及氣孔燃燒速度受氧化劑流量的控制，對裂紋、氣孔、脫粘等缺陷不敏感

低成本原材料為常見的工業(yè)原料

固液混合火箭發(fā)動機的優(yōu)點良好的安全性不會產(chǎn)生爆炸燃料和氧化劑分離可多次關(guān)機-重新啟動飛行過程中，可實現(xiàn)關(guān)機、重新啟動環(huán)境友好不產(chǎn)生或僅有微量HCl，對環(huán)境危害小固液混合火箭發(fā)動機的缺點燃面退移速率偏低燃燒效率低比沖較低固液混合火箭發(fā)動機的性能調(diào)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)液體氧化劑貯箱及流量控制；固體燃料配方及提高燃面退縮速率；固體燃料性能優(yōu)化；固體燃料藥型設(shè)計；固體燃料的燃面退縮規(guī)律（壓強、氧化劑流量）；最佳氧/燃比的確定。固液混合火箭發(fā)動機的應(yīng)用白騎士飛機運載“太空船”一號液態(tài)一氧化二氮氧化劑和HTPB固體橡膠燃料3.3低溫推進劑

低溫固體推進（CryogenicSolidPropellant，CSP）是一種正在開發(fā)的化學(xué)火箭推進技術(shù)，其主要特征是推進劑在低溫下制造、貯存和發(fā)射，氧化劑和燃料在低溫下制成推進劑后其中至少有一種主要組分是固態(tài)。它組合了固體火箭發(fā)動機和低溫液體推進劑兩項技術(shù)，是一種新概念的推進技術(shù)，新一代的化學(xué)火箭發(fā)動機。低溫推進劑低溫固體推進劑的燃料和氧化劑在常溫下通常為氣態(tài)或液態(tài)。已考慮的燃料有氫、航空煤油（RP-1）、甲烷、一氧化碳、肼、偏二甲肼、聚乙烯等；氧化劑有氧、過氧化氫、臭氧、四氧化二氮等。燃料中也可以添加金屬粉末如鋁、鎂等，其主要是提高密度比沖。低溫固體推進的特點比沖值遠高于傳統(tǒng)的固體發(fā)動機。如采用固氫/固氧推進劑，比沖接近現(xiàn)有化學(xué)推進劑上限，與液氫/液氧推進劑的差別僅在于溫差和熔化熱，比沖差只有0.5%，添加亞穩(wěn)態(tài)組分后還可能有大幅度增長；添加金屬組分的低溫固體推進劑可實現(xiàn)高密度比沖。如固氫/固氧+Al，固氧/RP-1+Al，四氧化二氮/RP-1+Mg等，不會遇到與液體凝膠推進劑類似的貯存問題；排氣中不存在Al2O3、HCl等成分，通常屬于環(huán)保推進劑；低溫固體推進的特點推進劑化學(xué)性能和液體推進劑一樣簡單。添加劑少，比固體推進劑簡單得多，主要化學(xué)問題只是與涂層的相容性，工藝也十分簡單，僅是處理一種簡單均勻的化合物(燃氣發(fā)生劑除外)；由于是在低溫冷凍狀態(tài)下貯存，這時組分活性低。某些高感度推進劑，如過氧化氫、臭氧、O2/O3

等高能組分在這狀態(tài)下變得鈍感，因而可以實用化；燃燒呈擴散火焰邊界層燃燒，無爆燃現(xiàn)象，對沖擊和裂紋不敏感，因此十分安全。低溫固體推進劑SOx/GH2、SCH4/GO2、SH2/GO2、SCH4-Al/GO2

；低溫有可能使在常溫下無法使用的高能量密度物質(zhì)在固液混合發(fā)動機中得到應(yīng)用，例如臭氧。臭氧是高能氧化劑，存在下面反應(yīng)：2O3＝2O2+energy

臭氧分解成氧氣時，溫度可達2500K。理論計算表明，SO3/GH2的比沖要比SO2/GH2高40s，如果將固體氧和臭氧的混合物作為氧化劑，預(yù)計其能量性能要高于目前的液氧/液氫推進劑。

低溫固體火箭發(fā)動機固體過氧化氫或氧和聚合物的低溫固體推進劑發(fā)動機模型低溫固體火箭發(fā)動機固體過氧化氫或氧和聚合物的低溫固體推進劑混合裝藥發(fā)動機模型3.4凝膠推進劑凝膠（膏體）推進劑一般可分為兩類：由液體推進劑衍化而來的凝膠推進劑“GelPropellants”。美國處于領(lǐng)先地位，已成功地進行了“靈巧戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈”的飛行實驗。該類凝膠推進劑具有很大的屈服點（初始流動屈服值大），主要用于通過噴咀霧化供燃燒室使用。由固體推進劑衍化而來的膏體推進劑“PastyPropellants”。俄羅斯和烏克蘭領(lǐng)先，已完成全套地面試驗，其相關(guān)技術(shù)已達到實用化水平。該類是高粘度系統(tǒng)（粘度一般大于200Pa.s），主要用于裝藥是一層層燃燒的端面燃燒式火箭發(fā)動機或經(jīng)過再點火裝置，供給燃燒室使用的可多次啟動、推力可調(diào)的火箭發(fā)動機。根據(jù)使用方式又可分為端面燃燒和擠壓供料燃燒兩類。性能數(shù)值性能數(shù)值理論比沖振動海平面比沖/(m·s-1)2770.50~20Hz13g真空比沖/(m·s-1)2836.1400~600Hz5g密度比沖/(m·s-1)4530.51000~2000Hz3g感度熱穩(wěn)定性273~311K推進劑類別1.3化學(xué)穩(wěn)定性30天不分解沖擊感度對300kg·cm落錘不敏感流變學(xué)摩擦感度對90度，12.4MPa的摩擦力不敏感粘度與剪切速率的關(guān)系100r/s轉(zhuǎn)速下500CP(294K)靜電對5kV電壓6J靜電不敏感粘度與濕度的關(guān)系最大粘度1000CP自動點火溫度>373K三乙烯乙二醇二硝酸鹽/高氯酸銨/鋁金屬化凝膠推進劑性能部分凝膠單元推進劑配方組成推進劑組分凝膠劑添加劑LOx二氧化硅(3.5%)鋁、鎂(29%~35%)肼N2H4(57.5%)硅膠(2.5%)AP(40%)肼N2H4(30~50%)聚丙烯酰胺(2~5%)高氯酸肼(30%~50%)、鋁(10%~25%)高氯酸鈉&高氯酸羥胺(40%，10%)硅膠(5%)硼(33%)、水(12%)四氧化二氮(74%)二氧化硅(1.5%)B4C(<25%)加抑制劑的發(fā)煙硝酸(76%)碳粉(3.5%)B4C(<21%)膏體火箭發(fā)動機

膏體火箭發(fā)動機具有結(jié)構(gòu)簡單，推進劑不會揮發(fā)和泄漏，安全性好的優(yōu)點，多次啟動次數(shù)不限，且推力調(diào)節(jié)范圍較寬。

前蘇聯(lián)膏體火箭發(fā)動機簡圖凝膠推進劑的發(fā)展趨勢金屬化凝膠推進劑。RP-1(JP-10)/Al、MMH/Al等。含納米材料的凝膠推進劑。優(yōu)點：易于均分散并穩(wěn)定貯存；燃速比含普通鋁粉推進劑高許多倍；納米鋁粉不會團聚；提高推進劑能量；燃燒效率高。添加含能材料的凝膠推進劑。添加的含能材料可以是液體也可以是固體，能夠添加的液體包括硝基烷類和硝酸酯類，能夠添加的固體主要是固體含能材料，如TNT、RDX、NC等。

3.5納米材料的應(yīng)用研究

納米材料尺寸小，比表面積大，具有體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)產(chǎn)生與傳統(tǒng)固體材料完全不同的特殊性質(zhì)，是近年來科學(xué)研究的熱點。在推進劑研究領(lǐng)域納米燃燒催化劑、金屬粉和氧化劑的研究已取得一定成果。納米鋁粉的應(yīng)用研究

在納米金屬粉方面，俄羅斯與美國的研究處于領(lǐng)先地位。美國研究者對兩類含鋁固體推進劑（推進劑A含18%普通鋁粉，平均粒徑30um；推進劑B含9%普通鋁粉和9%超細鋁粉，平均粒徑180nm

），以超細鋁粉取代普通鋁粉可以在較寬的壓力范圍內(nèi)顯著提高燃速。含納米鋁粉的推進劑燃燒性能納米鋁粉/AP的燃燒性能AP中含有普通鋁粉和Alex的燃速對比含納米鋁粉的推進劑燃燒性能在不同壓力下含Alex和YX76鋁粉推進劑的燃速對比納米催化劑的應(yīng)用研究

美國賓夕法尼亞州的MachI公司采用氣相氧化法研制出一種牌號為Nanocat

Seio的納米超細氧化鐵，比表面積大于250m2·g-1，單個球形氧化鐵粒子直徑約為3nm，以其取代目前高性能的BASFL2817氧化鐵后，可使HTPB推進劑燃速提高25%，壓強指數(shù)下降。國內(nèi)陳福泰等研究發(fā)現(xiàn)納米級PbCO3可顯著降低NEPE推進劑的壓強指數(shù)。納米催化劑的應(yīng)用研究不同粒徑的Fe2O3

對高氯酸銨熱分解的影響

(1)AP，(2)AP+5%微米Fe2O3，(3)AP+5%納米Fe2O3納米催化劑的應(yīng)用研究碳納米管在推進劑中的應(yīng)用研究碳納米管（CNT）的TEM照片及結(jié)構(gòu)圖CNT對氧化劑熱分解性能的影響樣品純APCNTs/AP分解溫度/(T/℃)329.1265活化能/(Ea/KJ·mol-1)79.139.6樣品純ADNCNTs/ADN分解溫度/(T/℃)165154活化能/(Ea/KJ·mol-1)58.9530.77CNT提高HTPB推進劑的燃速P/MPar/