Page 41 - 《含能材料》优秀论文（2019年）

322 庞爱民，朱朝阳，徐星星

Deluca ［45-46］ 通 过 理 论 计 算 发 现 ，用 AlH 取 代 HTPB/
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AP/Al 推进剂中的 Al，推进剂的理论比冲由 305 s 提高
至 318 s，同时，推进剂的燃温也由 3579 K 降至 3021 K。
美国学者 Flynn ［47］ 计算了 NC/TMETN/AP/AlH 推进剂
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的能量性能，发现 AlH 质量分数为 20%~30% 时，推
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进 剂 的 理 论 比 冲 为 287.6~297.0 s。 俄 罗 斯 学 者 Er⁃
milov ［48］ 计算了一种含 AlH 的高能推进剂配方：硝基
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异丁基硝化甘油增塑剂（11.25%~26.78%）/CL⁃20 或
a. low concentration of ·NO 2 b. high concentration of ·NO 2
ADN 或 六 硝 基 六 氮 杂 金 刚 烷（35%~38%）/铝 粉
图 6 NO 2 自由基引发 AlH 3 本体分解释氢 ［41］ （0.01%~9%）/AlH（6%~27%）/其 他 助 剂 ，该 配 方 的
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Fig.6 Decomposition and hydrogen release of AlH 3 induced 理论比冲可达 276~277 s，燃温约为 3550 K。上述研
by NO 2 free radical ［41］
究结果均表明，AlH 取代 Al 粉可显著提高固体推进剂
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用国军标方法及 CAD 系统软件，计算了含金属氢化物 的能量性能，同时可大幅降低燃温，减少高温燃气对发
的丁羟推进剂和 NEPE 推进剂的能量特性，金属燃烧 动机喷管的侵蚀，从而为研制能量性能更高的固体推
剂按照对 NEPE 推进剂能量贡献的大小顺序为：BeH 、 进剂指明了一条新的道路。
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AlH 、Al（BH ）、B H 、Al、MgH ；Shark 等 ［43］ 则 全 面 为弄清 AlH 取代 Al 粉对固体推进剂密度、理论比
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评价了常见金属氢化物作为能量添加剂应用于液体双 冲、燃温和燃气平均分子量的影响，以表 1 中的配方为
组元推进剂和 RP⁃1 燃料的效能，添加金属氢化物在不 基础，徐星星等 ［49］ 通过理论计算研究了 AlH 取代 Al
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同程度上均能提高推进剂比冲，且随着体积氢密度的 粉对推进剂性能的影响，计算结果见图 8。在其研究
增加比冲和密度比冲均能增加。图 7 为各类金属氢化 的配方体系下（表 1），当固体推进剂其他组分含量一
物对比冲的贡献，其中 AlH 的体积氢密度、重量氢含 定时，随 AlH 取代 Al 粉量的增加，推进剂的理论比冲
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量和对比冲贡献均在较高的水准。 升高，但密度、燃温和燃气平均分子量降低。每 1% 质
量分数的 Al 粉被 AlH 取代，推进剂的理论比冲升高约
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0.64 s，当 AlH 全部取代 18% 的 Al 后，推进剂的理论
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比冲达到 281.72 s，比全 Al 推进剂的理论比冲提高了
11.31 s。对于 AlH 加入带来推进剂燃温降低和比冲
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增加的原因，他们认为一方面是因为 AlH 中的 Al 含量
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为 90%，AlH 取代 Al 粉后，推进剂中的 Al 含量降低，
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导致燃温降低；另一方面，AlH 的分解释氢是一个吸
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热反应，也会导致推进剂燃温降低。由于 AlH 在燃烧
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过程中分解释放出 H ，而 H 是分子量最小的气体，所
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以随 AlH 取代 Al 粉量的增加，燃气平均分子量也随之
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图 7 各类金属氢化物基于 RP⁃1 的双组元推进剂的密度比冲
ˉ
c
vs. 体积氢密度 vs. 重量氢含量 ［41］ 降 低 。 由 推 进 剂 理 论 比 冲 计 算 公 式 I sp ∝ T /M 可
Fig.7 The mutual dependences of density I s， volumetric hydro⁃ 知，随 AlH 取代 Al 粉量的增加，推进剂理论比冲不断
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gen density，and the gravimetric hydrogen content for RP⁃1 升 高 的 主 因 是 AlH 的 加 入 降 低 了 燃 气 平 均 分
bipropellant formulations，where the T c is also presented ［41］ 3
子量 M。
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据美国国防部预测，用 AlH 取代 Al 粉，可使固体
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表 1 推进剂配方组成 ［49］
推 进 剂 、固 液 推 进 剂 和 液 体 推 进 剂 的 比 冲 分 别 提 高
Table 1 The compositions of propellant formulation ［49］
10 s、32 s 和 27 s，以 AlH 、ADN 和含能粘合剂组成的 propellant
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固体推进剂，其标准理论比冲可达 294 s，比丁羟固体 Constituent AP HMX Al AlH 3 PEG/NG/BTTN others
推进剂高 20%~25%，且环保洁净，可用作典型的高能 mass 19 35 0-18 0-18 27-27.5 1-2.8
低特征信号和洁净推进剂的添加剂 ［44］ 。意大利学者 percentage/%
Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.27, No.4, 2019（317-325） 含能材料 www.energetic-materials.org.cn