叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究(可编辑).doc

叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究 叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究 课题二 1 军事需求分析 GAPPBTBAMO与THF的共聚醚等叠氮粘合剂是目前在推进剂中使用相对成熟的含能粘合剂采用叠氮粘合剂的推进剂在满足13级安全性能的前提下可以有效提高推进剂的能量和密度是当前高能推进剂发展的主要方向 用作粘合剂的叠氮聚醚有多个品种GAP及其共聚物BAMO聚醚及其共聚物AMMO聚醚及其共聚物等叠氮粘合剂中的GAP粘合剂能量高BAMO-THF共聚醚的能量虽然比GAP略低但由于分子链中引入了THF链段分子链柔顺性好因而其制成的推进剂低温性能更好更适用于宽使用温度范围的战术型号需求同时BAMO-THF共聚醚的官能度和分子量容易控制分子量高制成的推进剂高因此采用BAMO-THF共聚醚PBT为粘合剂制造的推进剂更适用于宽使用温度范围的防空导弹发动机 上世纪八十年代以来美国空军喷气推进实验室AFRPL空军宇航实验室AFAL将叠氮高能推进剂纳入研究计划将其应用于高性能低特征信号的中距空空导弹上美国陆军与海军也有一系列相应的研究内容2005年美国国防部将BAMO的生产列为《军用关键技术》MCTL 叠氮推进剂也是我国新一代推进剂的研究重点H-16推进剂S-17推进剂是以我国新一代战略导弹需求为背景开展研制的叠氮推进剂均使用了GAP粘合剂聚叠氮缩水甘油醚NGBTTN等硝酸酯增塑剂CL-20高能氧化剂由于战略导弹的使用条件温和推进剂的环境适应性要求安全性要求以及压强指数等燃烧性能要求没有战术导弹那么苛刻这一类推进剂研制工作的核心是使推进剂有足够高的能量 针对战术导弹需求背景研制的PBT叠氮推进剂采用了PBT粘合剂BAMO-THF共聚醚钝感的硝基增塑剂A3和AP氧化剂具有安全性好宽环境适应性和低压强指数的优点能满足战术导弹需求PBT叠氮推进剂已在APDK02HQ-10AFB-10等导弹的研制中使用 目前型号使用的PBT叠氮三组元推进剂的密度为181gcm3标准比冲为248sBSFΦ118推进剂的能量与安全性温度环境适应性等之间存在相互冲突相互制约由于缺乏机理性研究缺乏高效的调控手段目前的推进剂配方是通过大量实验获得还没有充分发挥叠氮推进剂的综合优势使用要求 通常情况下战术防空导弹要求使用危险等级13级的推进剂并能适应严酷的环境条件国内空空导弹甚至提出了-55～70温度环境50g最大过载免维护的使用要求随着作战环境的变化对于战术导弹限制条件越来越多越来越苛刻特别是极限的工作温度和贮存温度这些限制条件使推进剂技术面临关键问题要求推进剂在各个温度条件下具有优良的力学性能以保证推进剂药柱在相应工作温度范围内的力学与结构完整性以及经严酷的温度循环和力学载荷作用后的可靠性 导弹的小型化也要求动力系统的发动机小型化为保证发动机能量性能在要求推进剂具有更高能量的同时发动机需要有更高的装填系数FG-12发动机为例不同温度和装填系数对推进剂最大应变影响的计算结果见表3FG-12发动机的装填系数为084推进剂低温-40℃伸长率指标要求42％此时安全系数为43若维持相同的安全系数装填系数提高至086低温拓展到-55℃时要求推进剂的最大伸长率需达到54％因此高装填系数要求推进剂有更高的力学性能以满足结构完整性需要 装填系数 等效内孔mm -40 -45℃ -50℃ -55℃ 084 80 974 1017 1059 1102 086 748 1109 1157 1205 1254 088 693 1284 1339 1395 1451 09 632 153 1597 1663 1730 092 566 1885 1967 2049 2130 随着导弹武器系统轻质小型化的发展趋势发动机将越来越多地使用复合壳体由于复合壳体在承受点火压力和工作压力时产生的形变要远远大于金属壳体因此对推进剂的力学性能特别是低温下的动态响应能力提出了更高的要求 目前叠氮推进剂已在多个防空导弹型号中得到应用这些应用主要基于有限理论指导和大量实验研究的初步成果推进剂的力学性能叠氮高能推进剂的微观网络和聚集态结构与宏观性能的关系温度和变速率对叠氮高能推进剂粘弹行为的影响等问题尚缺乏系统而深入的研究使得当前叠氮高能推进剂力学性能控制精度差离散度较大这些问题将会影响到发动机型号任务后续的研制以及发动机在极端环境条件下的结构可靠性寿命和使用中的安全性 因此为满足当前我国防空反导导弹的研制需求亟需开展叠氮推进剂弹性体网络设计与微观结构控制机理叠氮推进剂界面解决我国防空反导武器装备研制和使用过程中的技术瓶颈提高发动机全寿命免维护要求下的结构可靠性和在宽温大过载环境条件下的适应性使我国叠氮高能推进剂技术走向世界前列满足我国国家安全的长期