国外复合固体推进剂连续混合装药工艺的研发及应用前景
HMX的合成与应用研究现状
HMX的合成与应用研究现状张帅（中北大学化工与环境学院太原030051）摘要HMX即奥奥克托金,是最重要的含能材料之一，广泛应用于各种推进剂和炸药，其各种性能比高于梯恩梯（TNT）和黑索金（RDX），是目前在用的综合性能极高的炸药，但是由于成本昂贵，暂时只用于高级的战斗机械上。
若欲使HMX被广泛应用，就必须改进合成制备技术，降低生产成本，提高出产率。
作为一种新型的优质炸药，HMX的适用范围还有很大的发展空间，所以目前人们仍旧在探索着未发现的功能。
关键词HMX 合成制备单质炸药爆炸参数存储模型燃烧产物The Research of Synthesis andApplication about HMXZhangshuaiThe North Universityof China，School of Chemical Engineering and Environment，Taiyuan 030051，ChinaAbstract HMX (octagon）is the most importantof the Energetic Materials,widely used in various propellants and explosives, its performance higher than TNT and RDX .it is present inwith the overall performance of high explosives.But the high cost of being only for advanced combat machinery. If the government would HMX are widely used synthetic preparation techniques must be improved toreduce production costs, and improve the producing rate. As a new type of high-qualityexplosives, of HMX scope of application, there is still much room for development, sopeople are still exploring the undiscovered.Keywords HMX synthesis and preparation single explosive explosion parameter store model combustion products前言奥克托金（HMX），也称奥克托今、奥托金，是一种猛（性）炸药，是现今军事上使用的综合性能最好的炸药。
电控固体推进剂技术发展现状及趋势
电控固体推进剂技术发展现状及趋势本文由国防科技要闻（ID:CDSTIC）授权转载，作者：郭洋常规推进剂主要包含液体推进剂和固体推进剂两大类，其作为一种含能材料广泛应用于航空航天领域，可为导弹、太空飞行器等装置提供动力。
液体推进剂发动机可以实现多次启动及推力调节，但需配备大量的管路、阀门及相关装置，结构复杂，制造成本高，且只能在发射前临时加注推进剂，不方便储存和转运，发射准备时间较长。
与液体推进剂发动机相比，固体推进剂发动机结构简单，能量密度高，存储周期长，运输方便，发射准备时间短，更适合需要快速响应的导弹武器动力装置。
然而，固体推进剂发动机的最大缺陷在于：一方面，固体推进剂熄火后，再次点火困难，无法实现多次启动；另一方面，固体推进剂的燃烧过程不受控（无法像液体推进剂发动机一样利用阀门等装置控制液体推进剂流量等参数，进而控制推进剂燃烧），难以实现推力调节。
上述两方面的原因极大地限制了固体推进剂发动机的推广应用。
为了充分结合固体推进剂发动机和液体推进剂发动机两者的优点，研究人员尝试从两个方面对固体推进剂发动机进行改进：一是优化固体推进剂发动机设计，例如设置发动机喷喉可调节装置，通过增大或减小喷喉截面积调节发动机推力；二是采取改变固体推进剂药柱形状等措施，例如圆筒形、星形等特殊形状，试图控制固体推进剂的燃烧过程。
但上述两种方式都属于被动适应固体推进剂的燃烧特性，效果有限，依然无法实现多次启动和灵活的推力调节。
为了从根本上突破固体推进剂发动机在应用上的瓶颈，研究人员提出了电控固体推进剂（ESP）概念，这种新型固体推进剂药柱中设置有电极，通电后药柱即被点燃，断电后药柱即熄火，还可通过调节电压来控制固体推进剂的燃速，实现了对固体推进剂燃烧过程的主动控制，从而使固体推进剂发动机具备多次启动和推力可调功能，同时保留了固体推进剂发动机的固有优势。
▲同轴型微型电控固体推进剂发动机结构示意图电控固体推进剂技术是固体推进剂领域的重大技术革新，由于其独特的电压控制燃烧状态的特性，颠覆了传统的固体推进剂发动机的工作模式，其研究进展及相关动态值得高度关注。
(完整word版)固体火箭推进剂
21世纪初固体推进剂技术展望摘要：：从高能、低特征信号、能量管理型及含硼富燃料推进剂等主要方面综述了各国近年来在固体推进剂技术方面的最新进展, 分析展望了固体推进剂技术21世纪初发展的趋势及主要技术方向, 并提出了预测性的看法。
关键词：固体推进剂; 高能推进剂; 低特征信号推进剂；能量管理型推进剂; 含硼富燃料推进剂; 高能量密度材料；述评1 引言在化学推进剂领域的一些观念上，HMX等一些高能炸药在推进剂中的广泛应用, 已经模糊了火药与炸药的界限；Klager K博士于20世纪80年代提出的“高能交联推进剂"的新概念, 促进了双基(均质）与复合推进剂的结合，推出了NEPE等新一代高能推进剂; 膏状推进剂（或凝胶推进剂) 的出现,则可能进一步打破固体与液体推进剂的现状分界,推出一个全新的品种.21世纪初固体推进剂发展方向, 是各国专家们预测的一个热点。
从80年代以来，先后有Klager K,Quentin D , Davenas A等中外学者在总结了固体推进剂发展历程、现有水平的基础上, 预测了未来的发展趋势.现依据近年来一些最新研制动态及进展, 作进一步的分析、阐述与展望。
2 高能推进剂提高能量始终是固体推进剂研制发展的主要目标.在高能化的进程中, 从单一着眼能量到注重以能量为主的综合性能指标；从单一着眼比冲()Is到注重密度比冲()ρ⋅Is, 都标志着高能化技术的日趋成熟与提高。
2. 1 进展(1) 为了提高能量, HTPB 推进剂固体含量提高到90 % , 加入硝胺炸药HMX ，在俄国还把HTPB +ADN推进剂用于地下井发射的白杨2M战略导弹第三级; NEPE推进剂，在美国已先后用于 MX 、三叉戟Ⅱ、侏儒等战略导弹及某些战术导弹。
为了提高能量 , 还在进行提高固体含量、提高比冲效率等方面的研究； GAP 推进剂为目前作为高能、低特征信号、钝感推进剂的最佳品种 , 而倍受关注。
美国拟于2001年将 GAP 推进剂用于高性能低特征信号的空对空导弹、洁净助推器装药及113级微烟推进剂中。
国外复合固体推进剂连续混合装药工艺的研发及应用前景
国外复合固体推进剂连续混合装药工艺的研发及应用前景摘要：和常规的固体推进剂生产批次混合技术相比，在成本、安全以及推进剂效能方面连续混合工艺具有非常明显的优势。
通过对国外固体推进剂连续混合技术方的研究工作进行整合，充分阐明了连续混合装药技术的开发情况和使用前景，对连续混合装药技术的关键技术和优点进行了充分分析。
关键词：固体推进剂；连续混合；浇注1连续混合装药技术工作原理和关键技术1.1连续混合装药技术工作原理利用连续式双螺杆机器混合多种组分，药浆经质量比较高的流动速度直接浇注到包覆壳体中。
利用双螺杆技术对推进剂进行制造过程中，各种组分的设备都需要准确调整进给率，以此来保证配方的正确性。
1.2连续混合装药技术关键技术①调整推进剂组分需利用双螺杆混合工艺；②在连续混合操作过程中需再次填充化合物；③对在线计算供料监控技能予以精确；④混合推进剂并消除其中的气体；⑤推进剂药柱从双螺杆出料口直接浇注；⑥在开展两次浇注工作之间需将设备清理干净。
2连续混合装药技术应用前景促使连续混合和浇注技术达到标准技术成熟水平，并挑选此技术研发发动机，是CNES资助双螺杆连续混合验证项目最主要的目的：①直接浇注的推进剂流动速度需根据比例逐渐增加这是需要证明的，也就是以小时为单位几百公斤或者是几吨都具有可行性；②推进剂性能在整个浇注时期内所要达到的标准要提供保障；③致力于研究双螺杆上游不同供料机器或机械设备在发生短暂性故障之后需要实行降级运行的解决对策；④创建一个具备特定规模并且布局完整的场地，并对其运营期间产生的成本進行估算。
此项目主要可分为三个主要验证环节：2.1DEMO1验证器在30小时的工作时间内对连续混合工艺的稳定性进行验证是DEMO1的主要目的。
检验过程中要使用手动再投料的材料容器。
在进行测试过程中由于对存在差异的缩比发动机进行浇注，装药量为10～50kg不等，对其弹道性能展开评估，并表征其力学性能和流变性。
2.2DEMO2验证器需要对目前具备的试生产设备展开升级，使用自动填充系统。
推进剂发展资料
1.86
-71.96
新型氧化剂的研究及应用
几种氧化剂单元推进剂的能量特性
名称 比冲/(N·s ·kg-1) 特征速度/ (m·s-1)
AP 1550.82
990.3
CL-20 RDX 2666.44 2602.8 1639.2 1645.6
HMX 2599.7 1629.9
燃烧温度/K
1434
由于它充分发挥了双基推进剂中液体硝酸酯 能量高、复合推进剂中聚醚聚氨酯粘合剂力学性能 好的特点，在能量性能和力学性能方面超过了原有 的各种推进剂，是目前国际上已实用的最先进的一 类推进剂。
NEPE推进剂的配方组成
➢ 氧化剂：AP； ➢ 含能添加剂：HMX，RDX （廉价）； ➢ 金属添加剂：Al； ➢ 粘合剂：PEG（聚乙二醇）、PET（环氧乙烷四氢呋喃
二硝酰胺铵（ADN）
分子结构式：NH4+·[N(NO2)2]特点：能量高、不含卤素、化学热稳定性好、低特征信号、 高燃速。
➢在HTPB推进剂中，使用40%的ADN可提高比冲100N·s/kg。 ➢用于低特征信号推进剂,可将比冲提高7%，GAP/ADN/RDX 组成的无烟（或少烟）推进剂优化的最高理论比冲为2630 N·s/kg，其中具体配方为GAP13%，ADN64%，RDX23%。 ➢ 用于含铝推进剂，比冲可提高10%。
3591 3284 3291
产物平均分子量
H2O CO CO2 HCl H2 N2 O2 Cl2
28.92
29.15
主要燃烧产物的摩尔分数
0.461
0.173
0.174
0.226
0.062
0.123 0.262 0.092
0.372
复合固体火箭推进剂的性能研究
复合固体火箭推进剂的性能研究随着人类对自然的认识不断深化，对太空探索的兴趣也与日俱增。
航天技术的进步，离不开火箭推进剂的发展，尤其是新型推进剂的研究与开发。
在众多的推进剂中，复合固体火箭推进剂因其优异的性能，成为了当前研究的重点。
一、复合固体火箭推进剂的概念复合固体火箭推进剂，简称复合推进剂，是一种由精细的化学混合物经过加工后形成的固体推进剂。
其特点是结构复杂，且固体与液体相结合形成。
复合推进剂由氧化剂、燃料和结合剂组成。
其中氧化剂是推进剂中的氧化物，而燃料是推进剂中的还原剂。
结合剂则主要用于改善复合推进剂的性能和实现互相服用。
二、复合固体火箭推进剂的特点1、高能量密度复合推进剂具有高能量密度。
其燃烧过程所释放的能量几乎全部用于推进火箭，这使得复合推进剂能够提高火箭的推进效率，使火箭的轨道高度更高。
2、稳定性强复合推进剂在储存过程中具有较好的稳定性，其燃烧产物也更为稳定，不易被破坏。
因此，复合推进剂常被用于较长时间的探测任务之中，而且其安全性较高。
3、燃烧速度快复合推进剂具有较快的燃烧速度，能够在较短时间内产生大量的燃气，并产生较大的推力。
这对于火箭在起飞之初的推进非常有利。
三、复合推进剂的研究一直是火箭推进技术的热点之一。
近年来，我国在复合推进剂方面已经取得了长足的进展，成为国际上的一流火箭推进剂制造国。
1、燃料粒度燃料粒度是影响复合推进剂性质和性能的重要因素之一。
借助X射线衍射仪等先进的检测技术，可以帮助我们分析和调整复合推进剂中的燃料粒度，使其更加精细，从而提高推进剂的性能。
2、燃料配比燃料配比是具有重要影响的因素之一。
如果燃料配比不当，会导致推进剂燃烧速度太慢或太快，影响推进剂的燃烧效率。
因此，我们需要根据具体的攻坚任务，调整燃料的比例，以保证能够最大限度地发挥火箭的推进力。
3、结合剂选择结合剂的选择对于复合固体火箭推进剂的性能也有着重要的影响。
目前，市场上常见的结合剂有EP、HVEPS等。
高能固体推进剂技术未来发展展望
探索研究。 3. 1 新型高能量密度物质 （ HEDM） 研究 文献 ［7］ 阐述了含能材料技术的六大发展方向： 叠氮化合物， 如N 高对称高价结构化合物， 如 OF6 等； HN （ N3 ） NO2 N3 、 B2 H（ 单环或多环 （ N3 ） 3、 2、 2 N3 ） 4 等； 硝胺化合物， 如 RDX、 HMX、 CL-2O 等； 二硝酰胺类化 合物， 如 ADN、 KDN、 HADN 等； 硝化环状类化合物， 如 NTO、 TNA 等； 含取代基的棱形烷类化合物等。此外， 在含能粘合剂、 高能添加剂等方面国外也展开了广泛 的探索。 3. 1. 1 新型氧化剂或 HEDM 探索研究 HEDM 是指单位体积含有高潜能的物质， 即具有
特征信号、 低成本和安全销毁与再利用。文献 ［3 ~ 6］ 对固体推进剂的钝感、 低特征信号、 低成本、 安全销毁 与再利用和各类高能物质等进行了较详细的叙述。 目前， 国外新型高能固体推进剂的研究主要集中 于以下几个方面： a. 新型高能量密度物质 （ HEDM ） 研究， 包括高能 氧化剂、 新型含能增塑剂及燃料添加剂和新型含能粘 合剂等合成探索研究； b. 新型高能固体推进剂配方探索研究； c. 高能固体推进剂的新型成型工艺和革新技术 — 29O —
表1 Tab. 1 性能 密度（ / g / cm3 ） 生成热（ / kJ / mOI） 熔点 / 分解温度 / K HMX l. 9l 84 548 HMX 和新型氧化剂的密度和生成热
（ 三氨基硝酸胍） 、 四硝基双吡唑 （ 制得的推进剂理论 比冲可达 2 67lN・S / kg） 、 二硝基双三唑 （ 制得的推进 剂理论比冲可达 2 774N ・ S / kg ） 和硝基双氮-氧化-三 （ 制得的推进剂理论比冲可达 2 833N ・ S / kg ） 唑-四唑 等。 新型高能量物质探索研究还包括化学键激发态 （ H4 、 FN3 、 Li3 H） 、 高能基态 （ !-N2 O2 、 O6 、 CIF5 O ） 、 亚稳 态 （ L in 、 H3+ H - 、 Rg n X - ） 、 超价态 （ FKPOKPF、 NH4- 、 NF4- 、 CH5- ） 、 张力 （ MgC2 、 B2 Be2 、 N2 CO ） 等物质的理论 探索。其中， 可用于固体推进剂的有 FN3 、 Li3 H、 CIF5 O、 MgC2 、 B2 Be2 、 N2 CO、 NF4- 等。理论计算表明， 这些 组分的引入可以大幅度提高固体推进剂的能量特性， 如用 FN3 取代 AP， 可使推进剂能量提高 5 ~ l0S； CIF5 O 可使推进剂能量提高 20S 以上。 HMX 与新型氧化剂 的性能 （ 主要是密度和生成热） 对比见表 l 。
国外固体推进剂装药工艺安全性技术分析
国外固体推进剂装药工艺安全性技术分析随着火箭技术的不断发展，固体推进剂已经成为了高性能火箭的重要组成部分。
固体推进剂的特点是结构简单、具有高能量密度等优点，但是也存在一定的安全隐患。
本文主要针对国外固体推进剂装药工艺的安全性进行技术分析。
一、固体推进剂的危险性固体推进剂的主要成分是含能材料，如硝酸铵、五氧化二磷等，这些物质具有易燃易爆的特性，一旦受到外界刺激就会引发爆炸，造成极大的伤害和财产损失。
固体推进剂在装药过程中也存在一定的危险性。
由于固体推进剂的成形难度较大，装药时需要采用高压下进行，一旦加工操作不当或设备故障，容易引发爆炸事故。
因此，在固体推进剂装药工艺中，必须采取科学的安全措施，防止意外事故的发生。
1. 人员安全在固体推进剂装药工艺中，首先要保证人员安全。
加工过程中必须有技术骨干对操作人员进行严格的技术安全培训，确保所有人员都了解装药的危险性，知道怎样在装药过程中保持自身的安全。
同时，装药现场必须设置合理的安全防护措施，如安全隔离区、报警器等，确保装药过程中任何因素的冲击都不会对人员造成危害。
2. 装药设备的安全装药设备是固体推进剂装药工艺的关键环节，其安全性直接关系到装药过程的安全和成功。
因此，在装药设备选型和设计中，必须注重安全性考虑。
装药设备必须符合国家的安全标准，设备的使用、维护和保养都要有专业技术人员进行。
同时，装药设备的使用过程必须有专业的操作手册，装药人员必须按照操作要求进行操作，确保设备能够正常运行，不会造成装药事故的发生。
3. 固体推进剂的贮存与运输安全固体推进剂装药工艺中还要涉及到固体推进剂的贮存与运输，这也是安全的重点之一。
推进剂的贮存必须在专门的贮存场所进行，贮存场所必须符合国家要求。
在推进剂的贮存过程中，必须严禁使用火种、电烙铁等明火工具，以免造成意外事故。
推进剂的运输也必须严格遵守国家运输规定，运输过程中必须采取科学合理的措施，防止推进剂泄漏，避免对人员造成危害。
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国外复合固体推进剂连续混合装药工艺的研发及应用前景
和常规的固体推进剂生产批次混合技术相比，在成本、安全以及推进剂效能方面连续混合工艺具有非常明显的优势。
通过对国外固体推进剂连续混合技术方的研究工作进行整合，充分闡明了连续混合装药技术的开发情况和使用前景，对连续混合装药技术的关键技术和优点进行了充分分析。
标签：固体推进剂；连续混合；浇注
1 连续混合装药技术工作原理和关键技术
1.1 连续混合装药技术工作原理
利用连续式双螺杆机器混合多种组分，药浆经质量比较高的流动速度直接浇注到包覆壳体中。
利用双螺杆技术对推进剂进行制造过程中，各种组分的设备都需要准确调整进给率，以此来保证配方的正确性。
1.2 连续混合装药技术关键技术
①调整推进剂组分需利用双螺杆混合工艺；②在连续混合操作过程中需再次填充化合物；③对在线计算供料监控技能予以精确；④混合推进剂并消除其中的气体；⑤推进剂药柱从双螺杆出料口直接浇注；⑥在开展两次浇注工作之间需将设备清理干净。
2 连续混合装药技术应用前景
促使连续混合和浇注技术达到标准技术成熟水平，并挑选此技术研发发动机，是CNES资助双螺杆连续混合验证项目最主要的目的：
①直接浇注的推进剂流动速度需根据比例逐渐增加这是需要证明的，也就是以小时为单位几百公斤或者是几吨都具有可行性；②推进剂性能在整个浇注时期内所要达到的标准要提供保障；③致力于研究双螺杆上游不同供料机器或机械设备在发生短暂性故障之后需要实行降级运行的解决对策；④创建一个具备特定规模并且布局完整的场地，并对其运营期间产生的成本进行估算。
此项目主要可分为三个主要验证环节：
2.1 DEMO1验证器
在30小时的工作时间内对连续混合工艺的稳定性进行验证是DEMO1的主要目的。
检验过程中要使用手动再投料的材料容器。
在进行测试过程中由于对存在差异的缩比发动机进行浇注，装药量为10～50kg不等，对其弹道性能展开评估，并表征其力学性能和流变性。
2.2 DEMO2验证器
需要对目前具备的试生产设备展开升级，使用自动填充系统。
试生产设备完成升级之后，需要使用连续混合技术对0.8～1t推进剂进行生产制造，并对DEMO2药柱进行浇注。
通过对上游填充器的精准度和工艺数据进行精确控制，可以对技术的稳定性能和再现性能进行验证。
2.3 DEMO2验证器
对连续混合技术的成熟度进行有效验证。
2015年阿里安-6P135发动机的代表就是浇注1.5～2t级缩比发动机。
将进行实验的设备扩大到全尺寸生产设备，生产阿里安-6P135发动机的时间和传统批次生产技术相比将会缩短到三分之一。
双螺杆连续混合技术的安全性能、生产效率等和下一代主级和助推级固体推动运载火箭需要的大容量推进剂批量生产的要求完全相适用。
双螺杆设备可以大幅度降低连续混合工艺生产成本，生产中的危险性可以得到明显降低，这必将是一种非常长远的工业解决方案。
3 连续混合装药技术的优点
3.1 安全性能
和传统的批次混合装药技术比较而言，安全性优势是连续混合装药技术具备的最大特征。
连续混合机械设备在任何时间段中会混合特别少的剂量，最多也就是几公斤的含能材料，而立式混合机在混合过程中会包含几百公斤的含能材料。
所以，在利用连续混合机械设备生产含1.1级组分的高能推进剂过程中，危险性就会得到大大降低。
另外，假如出现意外，利用此种工艺技术可以在很大程度上降低对周边环境的影响。
3.2 推进剂性能
采用连续双螺杆混合技术生产制作的复合固体推进剂的可行性都可以通过各种试验和研究来验证。
SNPE在2010年7月份利用双螺杆混合工艺制造的阿里安-5缩比发动机在ONEEA开展了第一次点火试验。
可以得出相关结论，通过对科学合理的技术数据和工艺配置进行确定，利用连续双螺杆混合工艺技术制造的推进剂和使用立式混合机批次混合的推进剂相比，性能基本无差异。
3.3 成本
将连续浇注工艺应用于大型固体火箭发动机中的一个决定性原因是此工艺能够大范围降低连续生产成本。
随着新型运载火箭固体发动机装药量持续增加，减少生产期间的连续生产成本存在非常大的优先性。
推进剂的制造时间可以通过使用创新连续混合浇注技术来得到明显缩短，提升生产效率，进而在最大程度上降低连续生产推进剂的投入成本，促使运载火箭在目前竞争激烈的发射市场中保
持高强度的竞争力。
欧洲航空局已经明确其运载火箭的主要改进型号的全部发动机都会在雷古勒斯厂利用此工艺技术进行生产。
4 结束语
批生产实践和研究发明以及验证项目证明，双螺杆连续生产线性能处于稳定状态，和大型立式混合机相比，虽然推进剂药浆的停留时间特别短，但是双螺杆和立式混合机的综合效率相比而言并无太大差异，而且热交换效率比立式混合机更优秀一点。
按照推进剂搭配方式的要求，精准剂量和供料可以得到有效实现，最大程度上降低投资成本，并将制造时间缩短到3倍。
最重要的是连续混合工艺可进一步提升固体推进剂生产安全性。
参考文献：
[1]雷宁，薛春珍，闫大庆.国外固体推进剂装药工艺安全性技术[J].飞航导弹，2017（03）：90-94.
[2]苏昌银，朱号锋，张仲，张爱科，谷霁红，朱艳明.复合推进剂成型与发动机总装集成工艺技术创新[J].化学推进剂与高分子材料，2015（05）：38-44.。