HTPB推进剂中石墨烯包覆铝粉的燃烧和团聚行为

发布时间：2021-03-19 22:02

　　采用热分析法、静态燃速测试、标准发动机燃速测试、爆热测试、高速摄像等手段,对比研究了石墨烯包覆铝粉取代相同规格铝粉后HTPB推进剂的热分解特性、燃烧特性及燃烧过程。结果表明,石墨烯包覆铝粉加入后使AP低、高温分解峰分别推迟7℃和22℃,抑制了AP分解,导致推进剂燃速有所降低。石墨烯包覆铝粉对丁羟推进剂团聚的影响具有两面性,一方面推进剂在石墨烯的导热作用下,石墨烯包覆铝粉燃烧更加充分,从而改善了这部分Al-G复合物的团聚。另一方面铝颗粒的燃面滞留时间延长和熔化程度增加,燃烧产生大粒径团聚物,从而导致石墨烯对改善丁羟推进剂铝粉燃烧效率不明显。 

【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(01)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

Al粉和Al-G粉在放大倍数为3000倍时的SEM图

采用DTA测试了两种推进剂的热分解特性，结果见图2。从图2可看出，推进剂存在多个特征峰，与典型AP的热分解特性存在对应关系。其中含铝粉丁羟推进剂中的259℃对应AP的晶型转变，301℃为AP低温分解峰温，352℃、371℃都应归于AP高温分解峰温。含Al-G复合物丁羟推进剂中的252℃对应AP的晶型转变，308℃为AP的低温分解峰温，338、393℃归于AP高温分解峰温。与含铝粉丁羟推进剂相比，加入Al-G复合物后对AP分解峰具有调控作用，AP晶型转变温度提前7℃而低温分解温度推迟了7℃，高温峰推迟22℃，抑制AP分解。

铝粉燃烧过程通常分为积聚、聚集、凝聚三个步骤[11]，燃烧过程中铝液滴明暗表现为暗-稍亮-亮。图3(a)～(c)给出了1 MPa下N2气氛中，含铝粉丁羟推进剂燃烧表面展现出来的普通铝粉三个典型燃烧过程。图3(a)可清晰看到珊瑚状的融化物，图3(b)可观察到非球形的融化物存在“烟雾尾巴”[19-20]，说明非球形融化物已经开始燃烧，形成火焰结构，图3(c)中的球形液滴是聚集过程中非球形融化物坍塌造成的，聚集物越多，坍塌前后的变化越大。因为积聚过程中部分金属颗粒已经熔化，所以相邻的颗粒可以粘在一起。聚集物是熔融液滴和金属的混合物，而最终的凝聚物完全是液滴。其中聚集的时间、参与聚集的铝粉颗粒数，是影响不同推进剂凝聚物尺寸的重要因素之一[21]。图4(a)～(c)所示给出了含铝粉丁羟推进剂中主要的聚集-凝聚过程，图4(a)中液相铝不均匀蒸发，并在受力作用下发生移动[22]，两相邻颗粒相向而行，如图4(b)，最终融合形成4(c)中约195μm的液滴。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3090301