一种高能低燃速温度敏感系数推进剂

摘要

一种高能低燃速温度敏感系数推进剂，包含下列组份：粘合剂12%~15%；增塑剂10%~13%；氧化剂15%~18%；含能炸药38%~50%；金属燃料10%~18%；小组分：1.5%~2.0%。其中粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚；增塑剂为二缩三乙二醇二硝酸酯或2,4‑二硝基‑2,4‑二氮杂烷烃；氧化剂为高氯酸铵；含能炸药为奥克托今;金属燃料为铝粉。本发明具有推进剂能量较高（标准实测比冲大于2450N.s/kg），燃速温度敏感系数低（燃速温度敏感系数不大于0.15%K‑1）的特点，适用于要求射程远、突防能力强、可靠性高和精确制导的战术导弹发动机。

权利要求

1.一种高能低燃速温度敏感系数推进剂，其特征在于包含下列质量百分比%的组份：粘合剂：12% 15%；

~

增塑剂：10% 13%；

~

氧化剂：15% 18%；

~

含能炸药：38% 50%；

~

金属燃料：10% 18%；

~

小组分：1.5% 2.0%；

~

所述增塑剂为2,4-二硝基-2,4-二氮杂烷烃；

所述小组分为固化剂、固化催化剂三苯基铋、防老剂N-甲基对硝基苯胺、中性聚合物键合剂；

所述固化剂为六次甲基多异氰酸酯或与甲苯二异氰酸酯的组合；

所述小组分的配比为：固化剂0.8% 1.3%：固化催化剂0.1%，防老剂0.2% 0.4%，中性聚~ ~合物键合剂0.2% 0.4%；

~

所述粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚；

所述氧化剂为高氯酸铵；

所述含能炸药为奥克托今；

所述金属燃料为铝粉。

说明书

一种高能低燃速温度敏感系数推进剂

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于要求射程远、突防能力强、可靠性高和精确制导的战术导弹的GAP高能低燃速温度敏感系数推进剂。

背景技术

[0002] 燃速温度敏感系数是固体推进剂非常重要的性能指标之一，表征推进剂初温变化对燃速或燃烧室压强的影响。在一定压强条件下，某一初温范围内推进剂温度变化1K所引起的燃速相对变化量，其数学表达式为：

[0003]

[0004] 军事技术的发展进步对导弹武器的性能提出了更高的要求，信息化革命迫切需要提高战术导弹武器的远距离精确打击能力，以充分发挥高技术兵器的作战效能。固体推进剂作为各种导弹武器和空间飞行器用火箭发动机及动能拦截器等的动力源，其特有的能量、燃烧性能决定着导弹武器的射程、精度、突防能力和机动能力等重要战技指标，是高性能导弹武器系统研制的技术基础。

[0005] 高能化和高工作压强已成为未来先进战术导弹武器用固体火箭发动机的发展趋势。在宽范围内具有低温度敏感系数的高能固体推进剂，由于具有以下特征，可满足未来作战条件对先进战术导弹武器的技术要求：

[0006] （1）低温度敏感系数固体推进剂的燃速在一定温度范围内变化很小，固体火箭发动机燃烧室内压强变化极小，从而对发动机的喷管尺寸公差要求极低；同时受温度变化和压力波动的影响小，有利于减小导弹弹道偏差，提高导弹的射击精度和密集度；

[0007] （2）对高能高工作压力的固体火箭和导弹发动机及装药设计调整极为有利；有利于提高发动机工作压强，提高导弹射程及机动能力；

[0008] （3）固体火箭发动机燃烧时，平衡压力波动小，从而可使燃烧室壁厚减薄，发动机壳体重量减轻，最大可获得大于5%的比冲增益。

[0009] 为保证导弹发动机的正常稳定工作，战术武器型号一般要求所使用推进剂的燃速-1温度敏感系数应小于0.20%K 。

[0010] 随着战术武器型号的技术发展，提高推进剂的能量水平势在必行，这为高能推进剂在战术武器中的应用提出了强劲的需求牵引。目前所研制的高能推进剂虽然能量水平高，但是燃速温度敏感系数一般在0.35%K-1以上，不能够满足战术武器型号复杂的环境温度要求。

发明内容

[0011] 本发明所要解决的技术问题是提供一种高能低燃速温度敏感系数推进剂，特别是适用于要求射程远、突防能力强、可靠性高和精确制导的战术导弹的GAP高能低燃速温度敏感系数推进剂。

[0012] 本发明采用的技术方案包含下列组份和含量（质量百分比%）：

[0013] 粘合剂：12% 15%；~

[0014] 增塑剂：10% 13%；~

[0015] 氧化剂：15% 18%~

[0016] 含能炸药：38% 50%~

[0017] 金属燃料：10% 18%~

[0018] 小组分：1.5% 2.0%（其中固化剂0.8% 1.3%：固化催化剂0.1%，防老剂0.2% 0.4%，~ ~ ~中性聚合物键合剂0.2% 0.4%）。
~

[0019] 本发明所述粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚（GAP）。

[0020] 本发明所述增塑剂为二缩三乙二醇二硝酸酯（TEGDN）或2,4-二硝基-2,4-二氮杂烷烃（DNDA）。

[0021] 本发明所述氧化剂为高氯酸铵（AP）。

[0022] 本发明所述含能炸药为奥克托今（HMX）。

[0023] 本发明所述金属燃料为铝粉（Al）。

[0024] 本发明所述小组分的固化剂为六次甲基多异氰酸酯（LM-100）或与甲苯二异氰酸酯（TDI）的组合；固化催化剂为三苯基铋（TPB）；防老剂为N-甲基对硝基苯胺（MNA）；中性聚合物键合剂为BAG、BAG-78C。主要用于调节推进剂的力学性能，对推进剂能量性能和燃烧性能影响不大。

[0025] 本发明的制备工艺包括以下几个方面：

[0026] 使用立式或卧式混合机进行混合，将粘合剂和增塑剂预先按照配比制成混合溶液，然后将混合溶液、小组分、金属燃料、氧化剂、含能炸药等组分依次加入混合机，混合一定时间后形成组分均匀的药浆，使用真空浇注系统实现发动机药柱及试验试件的生产。

[0027] 本发明通过使用能量水平高且分解过程对温度不敏感的含能粘合剂，含能氧化剂、含能增塑剂等技术手段提高推进剂的能量水平，同时降低推进剂的燃速温度敏感系数，从而形成一个高能低燃速温度敏感系数推进剂配方。从而解决普通双基和丁羟推进剂能量水平低以及高能推进剂燃速温度敏感系数高的问题。本发明与现有技术相比的优点如下：

[0028] （1）能量水平高：通过引入GAP、TEGDN、DNDA、HMX等含能物质，推进剂6.86MPa下实测比冲大于2450N.s/kg。

[0029] （2）燃速温度敏感系数低：通过使用分解过程对温度不敏感的物质如HMX、DNDA等，并合理设计配方，使推进剂燃速温度敏感系数不大于0.15% K-1。

[0030] 高能低燃速温度敏感系数推进剂具有较高的能量水平、低的燃速温度敏感系数，在武器型号中应用后可以显著提高导弹的射程、突防能力、可靠性和精确打击能力。

具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0032] 实施例1

[0033] （1）推进剂组成

[0034]组分 GAP TEGDN AP HMX Al
含量(%wt) 13.5 10 15 50 10
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100 TDI
含量(%wt) 0.1 0.3 0.3 0.5 0.3

[0035] （2）推进剂性能

[0036] 实测比冲：2451N.s/kg（6.86MPa，实测比冲效率0.944）

[0037] 密度：1.76g/cm3

[0038] 燃速温度敏感系数：0.13% K-1（-30℃ 40℃）。~

[0039] 实施例2

[0040] （1）推进剂组成

[0041]组分 GAP TEGDN AP HMX Al
含量(%wt) 12 12 18 38 18
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100  
含量(%wt) 0.1 0.2 0.4 1.3  

[0042] （2）推进剂性能

[0043] 实测比冲：2480N.s/kg（6.86MPa，实测比冲效率0.938）

[0044] 密度：1.79g/cm3

[0045] 燃速温度敏感系数：0.15% K-1（-30℃ 40℃）。~

[0046] 实施例3

[0047] （1）推进剂组成

[0048]组分 GAP TEGDN AP HMX Al
含量(%wt) 13 13 16 42.3 14
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100  
含量(%wt) 0.1 0.3 0.4 0.9  

[0049] （2）推进剂性能

[0050] 实测比冲：2474N.s/kg（6.86MPa，实测比冲效率0.940）

[0051] 密度：1.77g/cm3

[0052] 燃速温度敏感系数：0.14 %K-1（-30℃ 40℃）。~

[0053] 实施例4

[0054] （1）推进剂组成

[0055]组分 GAP TEGDN AP HMX Al
含量(%wt) 12 12 17 45 12
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100  
含量(%wt) 0.1 0.4 0.2 1.3  

[0056] （2）推进剂性能

[0057] 预估实测比冲：2466N.s/kg（6.86MPa，按照比冲效率0.940计算）

[0058] 密度：1.77g/cm3

[0059] 燃速温度敏感系数：0.15 %K-1（-30℃ 40℃）。~

[0060] 实施例5

[0061] （1）推进剂组成

[0062]组分 GAP TEGDN AP HMX Al
含量(%wt) 15 11 17 39.5 16
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100 TDI
含量(%wt) 0.1 0.3 0.3 0.5 0.3

[0063] （2）推进剂性能

[0064] 预估实测比冲：2477N.s/kg（6.86MPa，按照比冲效率0.938计算）

[0065] 密度：1.78g/cm3

[0066] 燃速温度敏感系数：0.15% K-1（-30℃ 40℃）。~

[0067] 实施例6

[0068] （1）推进剂组成

[0069]组分 GAP DNDA AP HMX Al
含量(%wt) 12.5 12.5 18 38 17.5
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100 TDI
含量(%wt) 0.1 0.3 0.3 0.5 0.3

[0070] （2）推进剂性能

[0071] 预估实测比冲：2475N.s/kg（6.86MPa，按照比冲效率0.938计算）

[0072] 密度：1.78g/cm3

[0073] 燃速温度敏感系数：0.13 %K-1（-30℃ 40℃）。~

[0074] 实施例7

[0075] （1）推进剂组成

[0076]组分 GAP DNDA AP HMX Al
含量(%wt) 12 12 17 42 15
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100  
含量(%wt) 0.1 0.3 0.3 1.3  

[0077] （2）推进剂性能

[0078] 预估实测比冲：2470N.s/kg（6.86MPa，按照比冲效率0.940计算）

[0079] 密度：1.77g/cm3

[0080] 燃速温度敏感系数：0.12 %K-1（-30℃ 40℃）。~

[0081] 实施例8

[0082] （1）推进剂组成

[0083]组分 GAP DNDA AP HMX Al
含量(%wt) 14 10 15 48 11
组分 TPB MNA BAG-78C LM-100  
含量(%wt) 0.1 0.3 0.3 1.3  

[0084] （2）推进剂性能

[0085] 预估实测比冲：2451N.s/kg（6.86MPa，按照比冲效率0.941计算）

[0086] 密度：1.75g/cm3

[0087] 燃速温度敏感系数：0.10 %K-1（-30℃ 40℃）。~

[0088] 本发明所述推进剂配方各项性能的测试方法：

[0089] 比冲：根据能量性能理论计算软件RAMJ进行能量计算，选择典型配方进行发动机实测验证，计算出实测比冲效率，然后通过比冲效率预估其它配方的试车比冲。

[0090] 密度：相对密度法，将推进剂制成约标准规格的药条，在20℃温度下精确称量推进剂的质量，然后将药条放入标准液体中，测得药条的体积，从而计算药条的密度。

[0091] 燃速温度敏感系数：水下声发射法，在压强为8MPa下测试药条在-30℃、0℃、20℃、40℃下的燃速，每个温度点下测试不少于4根药条，根据燃速温度敏感系数计算方程，通过指数回归法求出温度敏感系数。