复合固体推进剂导热系数
固体推进剂的性能参数及其
• （1）通过粘合剂和氧化剂控制燃速 • 粘合剂能改变火焰温度、AP的分解过程、燃烧表面的热平衡、 气相反应过程和推进剂燃烧表面的结构，改变粘合剂的种类 和用量能有效地改变推进剂的燃速。 • 氧化剂的含量对推进剂的燃速有重要的影响：以AP为基的复 合推进剂，氧化剂含量增加燃速也随之增加；以HMX为氧化 剂的复合推进剂，随HMX含量的增加燃速增大，压力指数升 高（图5.4)。
• 增加催化剂的含量能提高推进剂的燃速，但存在一个饱和量， 超过此量，燃速不再明显增加，有时甚至下降。它与氧化剂 的粒度和含量有关，氧化剂粒度越细，含量越高，催化剂的 饱和量越高；催化剂的粒度越小，比表面积越大，其催化效 果越好。 • 在以AP为氧化剂的复合推进剂中，多采用一些无机和有机金 属化合物，如氧化铁、亚铬酸铜、二茂铁衍生物作为提高燃 速的催化剂。 • 液态二茂铁衍生物如乙基二茂铁、正丁基二茂铁、叔丁基二 茂铁等的增速效果优于金属氧化物，因而应用较为普遍，但 二茂铁衍生物在推进剂中有缓慢迁移到表面的现象。 • 使用双核二茂铁后，迁移性能有所降低，而且兼具提高燃速 和降低压力指数的效果。
• 作为双基推进剂的主要含能成分的硝酸酯，除了作出能量贡 献以外，其另一重要作用是将硝化纤维素大分子塑化，使之 加工成符合设计要求的推进剂药柱。常用的多元醇硝酸酯包 括硝化甘油、硝化二乙二醇、硝化三乙二醇等。 • 由于硝化甘油的性能在许多方面优于其它硝酸酯，所以在双 基推进剂中，硝化甘油的应用最为普遍。但是为了获得低温 不易晶析的推进剂，往往使用两种硝酸酯的混合物。例如， 由NG和BTTN等量组成的混合酯，其冻结温度可降至－40℃ 左右。此外，虽然DINA为一种熔点50℃左右的固体，但在塑 化温度下，对硝化棉有良好的塑化能力，使得有溶塑困难的 高氮量硝化棉也可制成性能良好的推进剂。
固体火箭发动机中碳碳复合材料的应用
碳/碳复合材料在固体火箭发动机喷管上的应用航天43所王毅 2012250124摘要：固体火箭发动机以其所具有的各种优点而在战略战术导弹中得到了广泛应用。
碳/碳复合材料也以其耐烧蚀好，抗热震性良好，比强度和密度高的特点成为最有前景的喷管材料。
简述喷管材料的演变已经碳碳复合材料的演变及其应用现状和改善方向。
关键词：喷管、碳/碳复合材料、应用局限、改进方向固体火箭推进技术以其结构简单、维护简便、可靠性高、反应快速等优点在各类战术火箭、导弹武器中得到了广泛应用。
目前正在服役的各类战术火箭、导弹中．其动力装置绝大多数是采用固体火箭发动机。
但是同其它动力装置相比固体火箭发动机比冲低、工作时间短、可控性差等缺点也很明显，为了适应远程推进技术的要求，提高固体火箭发动机性能，克服其缺点，努力寻求提高发动机比冲、质量比及工作时间的技术仍是主要的发展方向之一。
[1]固体火箭发动机主要由壳体、固体推进剂、喷管组件、点火装置等四部分组成。
碳碳复合材料主要应用于火箭发动机喷管部位，故对其他部位结构暂不进行介绍。
一、碳/碳复合材料的应用环境火箭发动机的喷管用于超音速排出燃气，产生推力，是燃料燃烧产生的热能转变成动能所必须的关键部件。
喷管材料必须经受住以下几方面的考验：2 000℃-3 500℃的高温；灼热表面的超高速加热的热冲击；高热梯度引起的热应力；高压力；长时间在高速腐蚀性气体中的暴露等。
对比C／C复合材料的性能特点可见，C／C复合材料是制造固体火箭发动机喷管理想的耐烧蚀防热材料。
由于喉径的变化对发动机性能影响很大，通常须采用抗烧蚀性最好的材料。
对固体战略导弹弹道进行仿真计算，结果表明：一、二、三级发动机的结构重量每减轻1千克，导弹射程相应地增加0.6、3 、16千米左右，为了达到减重目的，喷管的材料必须满足低密度，高比强度，耐烧蚀。
综上所述，喷管使用的材料最好能够同时满足耐烧蚀，抗热震性良好，拥有足够高的比强度和较低的密度。
复合固体推进剂燃速催化剂研究进展的探析
复合固体推进剂燃速催化剂研究进展的探析作者：吉志强任曌芝殷传传来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第10期摘要：在我国航天固体推进剂领域中，催化剂的应用范围是非常广泛的，应用价值是非常高的。
本文对复合固体推进剂燃速催化剂的研究进展进行深入研究，具有重要意义。
关键词：复合固体推进剂;燃速催化剂;研究进展1 引言在我国航天固体推进剂领域中，催化剂的应用价值是非常高、非常广泛的，包括催化燃烧速度、推进剂固化催化等。
其中，推进剂燃烧性能主要包含燃速压强指数和燃速性能。
一般情况下，为使固体火箭发动机推进剂的性能要求得以满足，推进剂的压强指数不应过高，燃速范围应比较宽。
如果推进剂中没有加入催化剂，则其压强指数便会比较高，燃速比较低。
所以，当前专业研究人员亟待解决的一大难题就是要对新型高效的燃速催化剂不断进行深入研究，对推进剂的燃速范围不断进行拓宽，对压强指数不断进行降低。
2 复合固体推进剂燃速催化剂的研究进展2.1 第一发展阶段第一发展阶段，就是指在1990年之前。
在该段发展时期中，经常会运用到的燃速催化剂有过渡金属氟化物、过渡金属氧化物、燃速抑制剂、二茂铁及其衍生物等。
第一，在C-H粘合剂的推进剂内添加过渡金属氟化物，不但能够对压强指数进行有效降低，而且能够对燃速进行有效提高。
第二，过渡金属氧化物。
AP在过渡金属氧化物作用下，得以催化，发生热分解现象，所以CTPB推进剂、HTPB推进剂、PBAA推进剂产生不同程度的催化作用，尤其是Fe2O3能够对燃速效果进行显著提高。
第三，二茂铁及其衍生物。
卡托辛属于一种优良的燃速催化剂，能够对压强指数进行有效降低，对燃速进行有效提高。
将2%的卡托辛加入到丁羟推进剂中，能够有效提高推进剂燃速，GC和卡托辛进行有效组合后，能够对0.354的压强指数进行进一步的降低。
第四，燃速抑制剂。
一些复合固体推进剂内，如果含有AP氧化剂，凡是化合物能够对AP的分解起到一定抑制作用，则便能够对推进剂的燃速起到一定的降低作用。
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。
固体推进剂的性能参数及其.
1 n
• 由σp及压力指数可求出πk值，常见推进剂的性能如表5.2所示。
表5.2 某些推进剂的性能
back
推进剂的性能调节
• 1能量性能调节 go • 2燃烧性能调节（燃速）go • 3力学性能调节
• （1）调节双基推进剂硝酸酯和硝化纤维素的用量 • 由纤维素经硝酸酯化获得的硝化纤维素的能量高低与生成硝 酸酯基的数目有关，一般用氮的质量分数ω（N)表示其酯化 度。 • 提高硝化纤维素中N的质量分数，能够增大推进剂的比冲， 双基推进剂使用的硝化纤维素中氮的质量分数一般在12.6％ 以下，过大不容易被溶剂塑化。
• 上述燃速公式是一个适用于火箭发动机使用压力范围的燃 速—压力关系式，对各种推进剂几乎都通用。 • 若将该式取对数，则得 • ln u＝ln u1＋nln p (5.9) • 对式（5.9)微分，得 • n＝d ln u /dln p (5.10) • 式（5.10）可以定义压力指数为燃速对压力的敏感度。 • 推进剂的燃速压力指数n是表征推进剂燃速与压力关系的重要 参数。 • n的大小不仅与推进剂的种类、组分有关，而且与压力的大小 有关。 • 不含催化剂的推进剂的n值为0.5～1，平台双基推进剂的压力 指数接近于零，复合推进剂的n值为0.2～0.5，NEPE推进剂的 n值为0.55～0.68。back
back
• • • •
2密度比冲 密度比冲定义为 Iρ＝ISP·ρ (5.4) 式中：Iρ－密度比冲（N· s/m3）；ISP－推进剂的比冲 （N· s/kg）；ρ－推进剂的密度（kg/m3） back
• 3特征速度 • 特征速度是描述推进剂做功能力的一个重要参数，定义为燃 烧室的压力和喷管喉部截面积的乘积与质量流量之比，表示 为 • c*＝PC· At/m (5.5) • 式中：c*—特征速度（m/s )；Pc—燃烧室内的压力（MPa）； At—喷管喉部截面积（m2）；m—质量流量（kg/s）。 • 由于燃气产物在喷管截面处的质量流量与燃气的密度、速度 和截面积有关，特征速度c*虽然其量纲具有速度的特征，但 所反应的是燃烧室条件下推进剂本身释放的能量和做功的能 力，与喷管结构无关，是衡量推进剂能量的一个方便有效的 参数。back
复合固体推进剂定应变
第19卷 第5期 装 备 环 境 工 程2022年5月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING ·65·收稿日期：2021–11–29；修订日期：2021–12–23 Received ：2021-11-29；Revised ：2021-12-23作者简介：魏小琴（1981—），女，硕士，高级工程师，主要研究方向为装备环境适应性。
Biography ：WEI Xiao-qin (1981—), Female, Master, Senior engineer, Research focus: equipment environmental adaptability. 通讯作者：赵方超（1987—），男，博士，高级工程师，主要研究方向为装备环境适应性。
Corresponding author ：ZHAO Fang-chao(1987—), Male, Doctor, Senior engineer, Research focus: equipment environmental adaptability. 引文格式：魏小琴, 李晗, 赵阳, 等. 复合固体推进剂定应变‒温度循环加速试验方法研究[J]. 装备环境工程, 2022, 19(5): 065-072.WEI Xiao-qin, LI Han, ZHAO Yang, et al. Accelerated Test Method of Composite Solid Propellant with Constant Strain-Temperature Cycle[J]. 复合固体推进剂定应变‒温度循环加速试验方法研究魏小琴1,2,3，李晗1,2，赵阳1,2，李泽华1,2，赵方超1,2（1. 西南技术工程研究所，重庆 400039；2. 中国兵器装备集团弹药贮存环境效应重点实验室，重庆400039; 3. 漠河大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站，黑龙江 漠河 165301）摘要：目的 建立复合固体定应变–温度循环加速试验方法。
复合推进剂交变温度作用下应力应变数值分析
第２ ５卷 第 ４期
文 章编 号 ：１７—１２ （００ ４０９ — ５ ６ ３ ５ ２ ２ １）０ —３ ｌＯ
复合推进剂 交变温度作 用下应 力应 变数值 分析
、
丁
彪 ， 张
阳２ ，王
永
（ ．海军航 空工 程学 院 研究 生管理 大队 ，Ｌ 东 烟 台 ２ ４ ０ ；２ １ ｌ 部 队，河北 秦皇岛 ０ ６２ ； １ Ｌ Ｉ ６ ０ １ ．９ ６ ９ ６ ３ ６ ３ ．海装驻重庆地 区军事代表局 ，成都 ６ ０ ０ １ １０）
剪切 模量 和体 积模量 用 Ｐｏ ｙ级 数表示 为 ｒｎ
Ｇ ＝０－ １ － ）， （ （ Ｇ１ （ － ） ｆ ｌ∑ 一 ｆ Ｉ ） ／ ５ ）
在对 固体推进 剂 进行热 粘 弹有 限元分 析时 ，常 假设 固体推 进剂 为均 匀的各 项 同性 材 料 ，泊 松 比为 常数 ，应力 应变成 线性 粘弹 性关 系 ，固体推进 剂 为 热流 变简单 材料 【 。 ６ 一 推进剂 等温 下的 本构 关系式 为 ：
中 图分 类 号 ：Ｖ５ ２ １ 文 献 标 志码 ：Ａ
固体火箭 发动机 药 柱在随 发 动机贮存 期 间 ，由 于推进 剂 、衬 层 、壳 体 等材料 热膨胀 系 数的差 异 ， 在 长期贮 存期 间受 到环境 交 变温度 载荷 的作用 ，在 药 柱和壳 体交 界面上 必将 产生 交变 的应 力 ，药 柱 内
热 容和导热 系数 。
采用有 限元法 ，在空 问域 中对单 元 内温 度场进
行 离散 ：
Ｔ＝ ，， ＥＮ ， ｒ
形 函数 。
（ 、 ８ ， ）
ａ ）整体模型
ｂ）ｔ８模型 ／
图 ｌ 几何 模型
htpb复合固体推进剂粘弹特性研究——动态抗张模量的时间、温度依赖性
htpb复合固体推进剂粘弹特性研究——动态抗张模量的时间、温度依赖性护脚复合固体(HTPB) 推进剂作为火箭发动机中首要的推进剂，其粘弹性特性对火箭发动机性能起着重要作用。
本文利用宏观震动法研究了HTPB固体推进剂的时间和温度依赖性动态抗张模量特性，并给出了相应的动态抗张模量曲线。
实验结果表明，温度和时间对HTPB固体推进剂动态抗张模量均有明显影响。
温度越高，动态抗张模量越低；随着测试时间的延长，HTPB固体推进剂动态抗张模量也随之减小，最终会趋于一个稳定值。
本文研究结果为HTPB固体推进剂的应用奠定了基础，为今后火箭发动机的开发提供理论基础。
摘要：本文利用宏观震动法研究了护脚复合固体(HTPB)推进剂的时间与温度依赖性动态抗张模量特性，通过实验结果发现温度越高，动态抗张模量越低；随着测试时间增加，HTPB固体推进剂动态抗张模量也随之减小，最终趋于一个稳定值。
研究结果为HTPB固体推进剂的应用奠定了基础，为今后火箭发动机的开发提供理论基础。
关键词：HTPB固体推进剂；动态抗张模量；时间；温度HTPB固体推进剂具有优异的性能，使其能够广泛应用于火箭发动机领域。
由于在航天飞行任务中，火箭发动机的正确性能与HTPB固体推进剂的性能息息相关，因此对火箭发动机的安全性、精度和稳定性提出了更高的要求。
HTPB粘弹性特性是火箭发动机性能的决定因素。
因此，本研究旨在研究HTPB固体推进剂的动态抗张模量的时间和温度依赖性，以便更好地理解HTPB推进剂的性能。
通过实验和分析，本研究发现：（1）HTPB固体推进剂的动态抗张模量随着温度升高而降低；（2）随着测试时间的延长，HTPB固体推进剂的动态抗张模量也将随之减小，最终趋于一个稳定的值。
这些发现为HTPB火箭发动机的开发提供了重要结论。
根据上述研究结果，可以看出HTPB固体推进剂的性能受温度和时间的影响。
因此，在火箭发动机设计过程中，需要考虑HTPB固体推进剂性能随温度和时间变化的因素。
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复合固体推进剂导热系数
复合固体推进剂是一种基于高能材料的火箭推进剂。
由于其高能、高效、高可靠性等优点，广泛应用于火箭发动机、导弹、卫星等领域。
而其中导热系数的大小则直接关系到复合固体推进剂在发射过程中产生的温度分布，进而影响其性能和使用寿命。
因此，研究和掌握复合固体推进剂的导热系数是非常重要的。
复合固体推进剂的导热系数通常由其组成材料的导热系数、比热容、密度等因素综合确定。
常见的复合固体推进剂中，主要是以含氧体、燃料、添加剂等为主要成分且比例不同。
含氧体是指一些化合氧化物、氮化物等化合物，如KClO4、NaN3、NH4ClO4等。
这类材料通常具有较高的密度和比热容，但其导热系数较低。
燃料是指能和含氧体反应产生大量热能的化合物，如聚四氟乙烯（PTFE）、铝粉、硼等。
这类材料通常比含氧体具有更高的导热系数，但其中的具体值也因物质种类、相对含量等不同而有所差异。
添加剂则是指用于改变固体推进剂的燃烧性能（如燃速、密度、气体生成量等）的材料。
常见的添加剂有活性炭、促进剂、稳定剂等。
这些材料对固体推进剂的导热系数并没有直接的影响，但在一定程度上会对其整体性能产生间接的影响。
根据文献资料的统计，不同复合固体推进剂的导热系数范围是比较广的。
例如，KClO4/铝/PTFE 材料的导热系数约为0.2-0.3 W/(m·K)，而KClO4/NaN3/PTFE材料的导热系数则约为 0.35-0.42 W/(m·K)。
此外，有些研究还探讨了添加碳纤维等纤维增强材料对复合固体推进剂导热系数的影响，但其结论目前尚未统一。
综上所述，复合固体推进剂的导热系数受其组成材料影响较大，各材质间的比例、结合方式等细节也会对导热系数产生一定的影响。
当然，复合固体推进剂的导热系数也可以通过实验测试和建模方法进行精确计算和预测，在推进剂应用中发挥重要作用。