宋洪昌[2]通过分析双基推进剂燃烧的火焰结构及其反应情况,提出由推进剂组元的化学结构来推算其燃烧表面附近气相组成的方法,并由此来预估燃速,以此理论为基础又进一步提出了复合改性双基推进剂的燃速经验公式;李苗苗[3]等人提出了GAP高能推进剂的燃速公式,另外她通过添加修正因子的方法得到了NEPE推进剂的燃速计算公式;汪少平[4]对AP/HTPB固体推进剂的燃烧机理以及火焰结构进行了研究,并结合AP与HTPB的热分解规律,将固体组分对推进剂燃烧的影响因素概括为三个方面:对推进剂燃烧表面结构的影响、对推进剂燃烧初期分解的影响、对火焰反应区结构的影响,因此他在双基药燃速预估公式的基础上引入影响因子的概念,建立了AP/HTPB固体推进剂的燃速预估公式,本文主要采用此方法来进行燃速的预估。
燃速预估的具体内容是:按照化学性质及其在燃烧主导反应中的作用情况,非催化复合推进剂燃烧表面附近的气相分解产物主要可以被划分成以下五种类型的基团:氧化性基团[NO2]、还原性基团[CH2O]、裂解自由基团[CHO]以及两类中性基团[CH]和[CO]。设在特定压强P*下,1kg的推进剂热分解产物中含有上述各类基团的物质的量分别记为δ’、γ’、q’、β’和α’。这五个无量纲参数也被称为推进剂的化学结构参数。
假设推进剂燃烧表面附近气相中氧化性气体的摩尔分数记为θ0(p)
令,,,,则:
其中,η(p)是描述可裂解基团的自然裂解程度与压强关系的函数,且有:
非催化单元推进剂的燃速是压强的函数。当初温为20℃时,燃速的数学表
达式可写为:
式中,K*是与火药种类有关的待定系数,ρp是推进剂密度,单位是g/cm-3。
综上所述,预估推进剂燃速的关键是要确定其组分的化学结构参数,这些参数主要依赖于实验或通过分析得到的热分解规律。
2。2。2 AP的热分解规律论文网
比较公认的AP热分解机力认为,AP的热分解分为三个阶段:低温分解阶段、高温分解阶段和爆燃阶段。具体情况如下:
1)低温分解阶段(<300℃),由感应期、加速期和减速期构成,AP分解反应是自催化进行的,当分解到质量的30%后便会停止,此时的残留物仍为AP,其化学性质没变,但物理性质发生了很大变化,成为稳定的多孔物质;
2)高温分解阶段(300—450℃),AP分解反应是减速进行的,剩余AP完全分解;
3)高温分解阶段(>450℃),AP分解反应很快,经过一段感应期后,分解气体的压强突然上升并发生爆炸。
P。W。M。Jacobs在1967年提出:AP的低、高温分解及升华过程具有相同的活化能,因此认为这三个过程具有相同的反应控制步骤。其反应机理为:
由此可推断,AP单元推进剂燃烧时,其燃烧表面进行着高温分解和升华过程,其反应经过为:
所以假定在特征压强(p*)下,燃烧初期AP燃烧表面的气相分解产物分别为NH3,HCLO3,O三类,按照燃速预估模型理论,其中O可归入氧化性基团[NO2],NH3归入还原性基团[CH2O],HCLO3归入裂解自由基团[CHO],分解产物中没有中性基团[CH]与[CO],所以认为他们的化学结构参数β和α为0。
2。2。3 HTPB的热分解规律
HTPB黏合剂即为聚羟基聚丁二烯,其结构式可表示为:
文献[5]认为HTPB随着压力和温度的升高,其分解程度加深,因此在燃烧初期其分解过程可表示为:
1)P<<P*时,
2)P=P*时,
3)P>>P*时,