DNTF－CMDB推進劑性能的實驗研究

田 軍，王寶成，桑軍鋒，張富平，鄭 偉，王江寧

（1.西安近代化學研究所，陜西 西安 710065；2.海軍駐西安導彈設(shè)備軍事代表室，陜西 西安 710065）

引 言

3，4－二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）是呋咱類高能量密度化合物，其綜合性能優(yōu)于HMX，與CL－20相當，由于其具有能量高、無氯等優(yōu)點，可作為低特征信號推進劑的高能添加劑［1－2］。近年來，關(guān)于DNTF改性雙基推進劑的基礎(chǔ)性能研究較多。趙鳳起［3］、龐軍［4］、鄭偉［5］研究了含DNTF改性雙基推進劑的燃燒性能，結(jié)果表明用鉛銅鹽復合催化劑可以調(diào)節(jié)其燃燒性能，但DNTF含量對燃燒性能的影響顯著；鄭偉等［6］研究了含DNTF改性雙基推進劑的化學安定性，探索了提高其化學安定性的途徑；王江寧［7－8］研究了含DNTF改性雙基推進劑的熱分解特性，發(fā)現(xiàn)NC／NG黏合劑體系的熱分解產(chǎn)物對DNTF的熱分解影響明顯，同時，還研究了含DNTF改性雙基推進劑的力學性能，指出DNTF對雙基黏合劑體系具有增塑作用［9］；李亮亮［10］采用動態(tài)熱機械（DMA）研究了含DNTF改性雙基推進劑的動態(tài)力學性能，探討了DNTF改善改性雙基推進劑力學性能的機理。

本研究利用無溶劑螺旋壓伸工藝獲得DNTFCMDB推進劑藥柱，并對推進劑的能量特性、燃燒性能、安全性能、力學性能及內(nèi)彈道性能進行了實驗研究，以期為DNTF在改性雙基推進劑中的應(yīng)用提供參考。

1 實 驗

1.1 樣品制備

DNTF，西安近代化學研究所，純度大于99%。

采用傳統(tǒng)的雙基推進劑無溶劑螺旋壓伸工藝制備推進劑藥柱。藥柱外徑46mm、內(nèi)徑8mm。為了便于比較，同時制備了 HMX－CMDB推進劑藥柱。推進劑配方如表1所示。

表1 推進劑配方Table 1 Formulations of propellants

1.2 實驗方法

依據(jù)GJB770B－2005方法測試推進劑的能量性能、燃燒性能、安全性能、力學性能及內(nèi)彈道性能。撞擊感度用特性落高H50表示，摩擦感度用爆炸概率P表示。內(nèi)彈道性能測試條件：溫度20℃，發(fā)動機內(nèi)徑50mm，點火藥為2號黑火藥，藥量5g。

2 結(jié)果和討論

2.1 能量性能

推進劑的能量采用GJB／Z84－96方法進行計算。DNTF－CMDB推進劑配方的能量示性參數(shù)的計算結(jié)果見表2。

表2 DNTF－CMDB推進劑能量示性參數(shù)計算結(jié)果（10MPa）Table 2 Calculated results of energetic parameters of DNTF－CMDB propellant（10MPa）

由表2可知，DNTF－CMDB推進劑的比沖和特征速度與 HMX－CMDB推進劑相當，但由于DNTF的密 度（1.937g／cm3）比 HMX（1.900g／cm3）大，因此其理論計算密度比 HMX－CMDB推進劑大。

DNTF－CMDB推進劑的爆熱、比容和密度的測試結(jié)果見表3。由表3可知，與HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑的爆熱低、比容高，所以兩者的理論比沖相差不大。由表2與表3可知，DNTF－CMDB推進劑比 HMX－CMDB推進劑的理論密度大，而實測密度較小。測試結(jié)果表明，DNTF－CMDB和HMX－CMDB的線膨脹系數(shù)分別為2.21×10－4、1.78×10－4℃－1，采用螺旋壓伸工藝成型的DNTF－CMDB推進劑具有更大的線膨脹系數(shù)和更明顯的出口脹大效應(yīng)，導致推進劑實測密度值較小。

表3 DNTF－CMDB和HMX－CMDB推進劑的爆熱、比容和密度Table 3 Explosion heat，specific volume and density of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

2.2 燃燒性能

DNTF－CMDB推進劑的燃燒性能見表4。

表4 不同壓強下推進劑的燃速及壓強指數(shù)Table 4 Burning rate and pressure exponent of propellants at different pressures

由表4可知，燃速為20～23mm／s（6～18MPa）時，DNTF－CMDB推進劑的壓強指數(shù)為0.06（6～18MPa），8～14MPa出現(xiàn)麥撒燃燒，壓強指數(shù)為－0.02。與 HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑的燃速較高，且壓強指數(shù)較?。?～18MPa）。

為了考察溫度對推進劑燃燒性能的影響，研究了不同溫度下推進劑的燃速，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，推進劑高溫與常溫燃速的差值比低溫與常溫的燃速差值大。高溫時，推進劑的平臺燃燒區(qū)間為6～16MPa，壓強指數(shù)為0.05，且16～18MPa下的壓強指數(shù)明顯增加。低溫時的平臺燃燒區(qū)間與常溫時的平臺燃燒區(qū)間保持一致，均為6～18MPa，壓強指數(shù)均為0.06。

圖1 不同溫度下DNTF－CMDB推進劑的燃速－壓強曲線ig.1 The burning rate－pressure curves of DNTF－CMDB propellant at different temperatures

以上結(jié)果表明，20～50℃的燃速溫度敏感系數(shù)較大。今后應(yīng)對DNTF－CMDB推進劑在發(fā)動機中工作的環(huán)境適應(yīng)性做進一步研究。

2.3 安全性能

DNTF－CMDB推進劑的化學安定性和機械感度測試結(jié)果見表5。

表5 DNTF－CMDB和 HMX－CMDB推進劑的化學安定性和機械感度Table 5 Chemical stability and mechnical sensitivities of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

由表5可知，在相同的熱環(huán)境條件下，DNTFCMDB推進劑對熱刺激的響應(yīng)比HMX－CMDB推進劑敏感。由含DNTF－CMDB推進劑的熱分解曲線［8］和化學安定性研究的結(jié)果［6］可知，NC／NG 的熱分解產(chǎn)物對DNTF的分解有很強的促進作用，所以DNTF－CMDB推進劑對熱刺激更敏感。機械感度的測試結(jié)果表明，與HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑對機械刺激的敏感性有所降低。DNTF能溶解于NG中（100g NG大約能溶解18g DNTF），從而使DNTF－CMDB推進劑的溶棉比（溶劑含量與NC質(zhì)量比）大于HMX－CMDB推進劑。溶棉比增大時，基體藥料變軟會使推進劑對機械刺激的敏感程度降低。

2.4 力學性能

DNTF－CMDB推進劑抗壓力學性能的測試結(jié)果見表6。

表6 DNTF－CMDB和HMX－CMDB推進劑的力學性能Table 6 Mechanical properties of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

由表6可知，常溫時DNTF－CMDB推進劑與HMX－CMDB推進劑的抗壓強度相當，壓縮率大。高溫時DNTF－CMDB推進劑的抗壓強度小于HMX－CMDB推進劑，壓縮率大于 HMX－CMDB推進劑。低溫時DNTF－CMDB推進劑的抗壓強度大于HMX－CMDB推進劑，壓縮率小于HMX－CMDB推進劑。DNTF對 NC／NG 體系的增塑作用［9－10］在抗壓力學性能數(shù)據(jù)上體現(xiàn)為推進劑在常溫和高溫時壓縮率增大（彈性增加），強度降低（物料變軟）；低溫時抗壓力學性能可能與脆化參數(shù)相關(guān)［10］。

2.5 內(nèi)彈道性能

DNTF－CMDB推進劑的Φ50mm標準發(fā)動機內(nèi)彈道性能試驗結(jié)果見表7，p－t曲線如圖2所示。

圖2 DNTF－CMDB推進劑的p－t曲線Fig.2 p－t curve of DNTF－CMDB propellant

表7 Φ50mm標準發(fā)動機內(nèi)彈道性能的測試結(jié)果Table 7 Experimental results of inner ballistic properties inΦ50mm motor for DNTF－CMDB propellant

由表7可知，4發(fā)試驗數(shù)據(jù)的重復性較好，推進劑在10MPa下的平均比沖約為2 162.7N·s／kg（220.7s），燃速約為19mm／s，動態(tài)燃速比靜態(tài)燃速低約2.5mm／s。由圖2可知，推進劑點火性能良好，發(fā)動機工作穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

（1）與 HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑的比容較大、爆熱和密度較小。

（2）DNTF－CMDB推進劑具有較好的燃燒性能，20～50℃的燃速溫度敏感系數(shù)較大。

（3）與 HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑對熱刺激較為敏感，但機械感度較低。20℃和50℃時壓縮率較高，－40℃時抗壓強度較大。

（4）Φ50mm 標準發(fā)動機實測 DNTF－CMDB推進劑的比沖約為2 162.7N·s／kg（10MPa），點火性能良好，發(fā)動機工作穩(wěn)定。

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