高鋁固體推進(jìn)劑中氟化物促進(jìn)鋁燃燒研究進(jìn)展 *

唐偉強(qiáng)，楊榮杰,，李建民，歐 東，霍 正

(1.北京理工大學(xué) 爆炸科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.北京理工大學(xué) 材料學(xué)院，北京 100081)

0 引言

固體推進(jìn)劑通常以鋁粉作為高能金屬燃料來提高其能量[1]。在鋁含量低于20%的固體推進(jìn)劑配方中，每提高1%的鋁粉含量，固體推進(jìn)劑的標(biāo)準(zhǔn)理論比沖增加1 s左右，而比沖增加可以顯著影響火箭的性能。當(dāng)推進(jìn)劑比沖增加1%，可使遠(yuǎn)程洲際導(dǎo)彈的射程增加約676 km[2]。但是，對于鋁含量高的固體推進(jìn)劑，在實(shí)際應(yīng)用中存在鋁的燃燒不完全和燃燒凝聚相粒子團(tuán)聚問題，嚴(yán)重影響推進(jìn)劑能量的釋放效率，固體推進(jìn)劑的發(fā)動機(jī)實(shí)測比沖未能達(dá)到理想的能量水平[3]。另外，鋁燃燒團(tuán)聚問題導(dǎo)致產(chǎn)生較大尺寸的固體氧化鋁粒子，對燃燒室絕熱層和噴管的燒蝕嚴(yán)重，影響發(fā)動機(jī)工作安全性[4]。因此，高含鋁固體推進(jìn)劑的鋁燃燒促進(jìn)研究，對于充分發(fā)揮其能量水平以及提高發(fā)動機(jī)工作安全性，具有重要意義。

國內(nèi)外眾多學(xué)者對固體推進(jìn)劑中鋁粉燃燒團(tuán)聚過程開展了大量研究，建立了高含鋁固體推進(jìn)劑鋁燃燒團(tuán)聚的燃燒模型，提出了改善鋁粉燃燒團(tuán)聚問題的方法，如氧化劑/鋁粉粒度級配[5-6]、鋁粉預(yù)處理[7-9]、引入燃燒促進(jìn)劑[10-12]等。近年來，采用氟化物作為鋁燃燒促進(jìn)劑改善高含鋁固體推進(jìn)劑中鋁燃燒團(tuán)聚的研究得到了廣泛關(guān)注[13-15]。

本文簡要介紹了推進(jìn)劑中鋁粉燃燒團(tuán)聚問題，重點(diǎn)介紹了氟化物在高含鋁固體推進(jìn)劑中促進(jìn)鋁燃燒的最新研究進(jìn)展。

1 鋁顆粒燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象與點(diǎn)火

由于鋁粉表面存在一層薄的氧化鋁殼層，在低溫環(huán)境下鋁粉難以直接點(diǎn)燃。含鋁固體推進(jìn)劑燃燒過程中，鋁顆粒經(jīng)歷了熔融相變、團(tuán)聚、點(diǎn)火與燃燒和進(jìn)入火焰區(qū)的燃燒過程[16]，在火焰區(qū)形成不同尺寸和形貌的凝聚相燃燒產(chǎn)物。鋁燃燒所形成的凝聚相產(chǎn)物主要是細(xì)顆粒氧化鋁和團(tuán)聚物[3]，而鋁燃燒團(tuán)聚物中含有未燃燒的單質(zhì)鋁，所以鋁燃燒團(tuán)聚物是影響鋁粉燃燒效率的關(guān)鍵[17]。通常鋁熔滴燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象可以描述為：在固體推進(jìn)劑燃燒表面退移過程中，高氯酸銨等組分熱分解所釋放的氣態(tài)產(chǎn)物未能把所有鋁顆粒帶至火焰區(qū)，部分鋁顆粒在燃面出現(xiàn)了聚集，如圖1(a)和圖1(b)；此時(shí)燃燒環(huán)境溫度超過了鋁熔融相變溫度，鋁顆粒發(fā)生了鋁內(nèi)核熔融相變，這些具有液態(tài)鋁核的鋁顆粒的氧化鋁殼層的破裂會導(dǎo)致鋁顆粒間的融合，形成尺寸遠(yuǎn)大于鋁顆粒初始粒徑的團(tuán)聚物[18]，如圖1(c)和圖1(d)。隨著燃面繼續(xù)退移，大顆粒的團(tuán)聚物被帶至火焰區(qū)過程中，由于碰撞會繼續(xù)聚集一些鋁顆粒，形成更大的燃燒凝聚相產(chǎn)物。通常，將鋁顆粒在燃面的聚集過程視為鋁燃燒團(tuán)聚的主要階段。

圖1 固體推進(jìn)劑中鋁粉燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象示意圖[18]Fig.1 Schematic diagram of combustion agglomeration of aluminum powder in solid propellants[18]

為了減少高含鋁固體推進(jìn)劑中鋁顆粒的燃燒團(tuán)聚，研究者相繼發(fā)展了“囊袋”模型、熔融表面反應(yīng)理論與骨架理論等，并基于相應(yīng)的理論模型提出了多種改善鋁燃燒團(tuán)聚的方法。三種重要模型的內(nèi)容和特點(diǎn)總結(jié)如表1所示。

表1 不同鋁燃燒團(tuán)聚模型的對比[18]

基于“囊袋”模型理論而發(fā)展的推進(jìn)劑氧化劑/鋁粉粒度級配方案等，對改進(jìn)鋁燃燒團(tuán)聚具有重要的指導(dǎo)意義。例如，基于“囊袋”模型，通過尋找最優(yōu)的囊袋尺寸以保證氧化劑，可以有效隔離鋁顆粒和提供點(diǎn)燃鋁粒子的局部溫度環(huán)境。Cohen[19]通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)以下途徑可抑制鋁的團(tuán)聚：(1)增加高氯酸銨(AP)的含量；(2)增加鋁粉的尺寸；(3)使用最佳的顆粒尺寸的細(xì)AP；(4)在三級配AP配方中，增加中間AP粒度的粒徑；(5)減少粗AP的粒徑含量等。Liu T等[20]也證實(shí)，改變AP/RDX/HTPB配方中細(xì)AP含量可有效提高鋁的燃燒效率與降低鋁燃燒團(tuán)聚粒子的尺寸。

鋁顆粒的點(diǎn)火過程可以描述為：在高溫下，鋁顆粒表面的氧化膜發(fā)生破裂，內(nèi)部的鋁核與外部氧化劑快速反應(yīng)而發(fā)生點(diǎn)火[18]。無論是基于“囊袋”模型還是熔融表面反應(yīng)理論模型的相關(guān)研究[5-6,18-20]，均發(fā)現(xiàn)通過加速鋁的點(diǎn)火進(jìn)程可以有效改善鋁粉的燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象。有研究表明，在鋁燃燒過程中，鋁粒子的團(tuán)聚與點(diǎn)火燃燒相互競爭，鋁粒子的點(diǎn)火被視為鋁燃燒的起點(diǎn)和團(tuán)聚的終點(diǎn)[21]。YUAN Jifei[22]采用光學(xué)方法研究了AP/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑的鋁燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在燃面的鋁粒子聚集是以鋁粒子點(diǎn)燃作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)。嚴(yán)啟龍等[23]認(rèn)為，固體推進(jìn)劑中納米鋁顆粒更趨向于單個(gè)顆粒燃燒的一個(gè)重要原因，是納米鋁顆粒具有更低的點(diǎn)火能和點(diǎn)火閾值。Gunduz[24]采用具有更低點(diǎn)火溫度的鋁鎂合金代替純鋁粉，發(fā)現(xiàn)含鋁鎂合金的AP/HTPB固體推進(jìn)劑在6.9 MPa下燃燒的凝聚相產(chǎn)物的粒度更小。因此，采用促進(jìn)鋁粉的點(diǎn)火的方法，可改善鋁燃燒團(tuán)聚與提高鋁燃燒效率[18]。

2 氟化物對鋁顆粒燃燒團(tuán)聚抑制作用

對高能金屬燃燒而言，氟是比氧更具電負(fù)性的元素，它有能力建立更強(qiáng)的氧化環(huán)境[13]。 氟化氧化劑的熱分解釋放出的含氟強(qiáng)氧化性氣體可以有效破壞鋁的氧化鋁外殼層，打開鋁核與外部氧化劑接觸的通道，增強(qiáng)鋁的反應(yīng)性，加快鋁的點(diǎn)火進(jìn)程從而改善鋁粉的燃燒團(tuán)聚問題。在探索研究與實(shí)際應(yīng)用中，采用各種氟化物改善高含鋁固體推進(jìn)劑鋁燃燒團(tuán)聚的研究取得了很好的效果[4,10-13,25]。

2.1 有機(jī)氟化物

采用有機(jī)氟化物作為鋁粉燃燒促進(jìn)劑，用于改善鋁燃燒團(tuán)聚，是目前解決鋁燃燒團(tuán)聚問題的一個(gè)重要發(fā)展方向。常見報(bào)道的有機(jī)氟化物可分為小分子有機(jī)氟化物和高分子有機(jī)氟化物。小分子有機(jī)氟化物主要是指全氟烷基酸，如全氟十四烷酸(PFTD)[26]、全氟癸二酸(PFS)[26]、全氟壬酸(PFNA)[27]、全氟戊酸(PFPA)[27]以及全氟十一酸(PFUDA)[28]等，主要作為包覆材料制備殼核結(jié)構(gòu)的鋁基復(fù)合粉體。如圖2所示，Kappagantula等[26]采用共溶劑吸附的方式在納米鋁粉上包覆5 nm的全氟十四烷酸或全氟癸二酸，包覆層通過切割氧化鋁外殼形成通道與鋁核以橋鍵形式結(jié)合，PFTD/Al-MnO3鋁熱劑的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺華l-MnO3鋁熱劑快86%，而PFS/Al-MnO3鋁熱劑的火焰?zhèn)鞑ニ俣葞缀跏茿l-MnO3鋁熱劑的一半，可見具有不同物化屬性的全氟烷基酸在鋁燃燒調(diào)節(jié)效果上具有顯著差異。Kaplowitz等[27]則采用氣溶膠法在除去氧化鋁殼層的納米粒子上包覆了一層納米全氟戊酸，削弱了氧化鋁殼層對鋁粉點(diǎn)火和燃燒不利性能的影響，全氟戊酸包覆層能防止鋁粉低溫下進(jìn)一步氧化，也可以在鋁粒子點(diǎn)火燃燒過程顯著降低鋁的點(diǎn)火溫度。小分子全氟烷基酸具有可溶解、具有反應(yīng)性官能團(tuán)、制備殼核結(jié)構(gòu)的改性鋁粉時(shí)可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是如何控制溶液酸性成分是制備具有殼層結(jié)構(gòu)的改性鋁粉的一個(gè)關(guān)鍵因素，研究發(fā)現(xiàn)由PFTD涂層的n-Al粉末只有15%的活性鋁，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期的天然氧化物涂層的n-Al[13]。

圖2 全氟烷基酸包覆納米鋁粉示意圖[26]Fig.2 Schematic diagram of perfluoroalkyl acid coated nano-aluminum powders[26]

高分子有機(jī)氟化物主要有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)與聚四氟乙烯-偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(THV)及其衍生物。這些高分子有機(jī)氟化物主要是通過機(jī)械球磨法[29-30]、簡單機(jī)械攪拌混合[31]、溶劑揮發(fā)法[32]等方法將不同形態(tài)的有機(jī)氟化物引入含鋁的高能體系。由于鋁粉與氟化物間的反應(yīng)界面影響預(yù)點(diǎn)火反應(yīng)溫度與鋁燃燒效率，因此以鋁粉和氟化物更為緊密的接觸來降低氟、鋁元素反應(yīng)壁壘作為有機(jī)氟化物/鋁復(fù)合粉體制備的一個(gè)重要研究方向。羅運(yùn)軍課題組[31]將PTFE與鋁粉按照一定比例進(jìn)行簡單機(jī)械混合并應(yīng)用于雙基推進(jìn)劑中，發(fā)現(xiàn)PTFE可以減弱鋁燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，而經(jīng)球磨后的PTFE/Al復(fù)合粉體可以將凝聚相產(chǎn)物的中值粒度降低82%。Sipple等[30]通過機(jī)械球磨法制備了不同配比的聚四氟乙烯/鋁復(fù)合粉體，并應(yīng)用于HTPB/AP/Al固體推進(jìn)劑：與具有相似粒度的球形鋁粉相比，質(zhì)量比為70%/30%的Al/PTFE復(fù)合粉可以使丁羥推進(jìn)劑的燃燒凝聚物粒度由78.5 μm降至25.4 μm。Jeffery 等[33]采用電噴霧沉積方法制備了PVDF/Al復(fù)合薄膜，并研究了該復(fù)合薄膜的熱氧化、燃燒性能與PVDF對鋁點(diǎn)火性能的影響機(jī)理，發(fā)現(xiàn)PVDF與鋁發(fā)生了明顯預(yù)點(diǎn)火反應(yīng)，PVDF膜中氧化鋁的含量與氟化氫釋放(HF)的相對信號強(qiáng)度之間存在直接的關(guān)系。

盡管不同的有機(jī)氟化物在改善鋁燃燒團(tuán)聚上均表現(xiàn)出了一定的效果，如何優(yōu)中選優(yōu)，系統(tǒng)性探究不同有機(jī)氟化物對鋁燃燒促進(jìn)的差異成為了一項(xiàng)重要的課題。Wang H Y[11]通過3D打印技術(shù)制備了含納米鋁粉的聚四氟乙烯薄膜(Viton)、聚偏氟乙烯薄膜(PVDF)與聚四氟乙烯-偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物薄膜(THV)，并考察了不同薄膜的點(diǎn)火和燃燒性能，發(fā)現(xiàn)有機(jī)氟化物分解的HF更有利于鋁粉的點(diǎn)火，而CFx氣體與鋁粉反應(yīng)產(chǎn)生的熱量更高，因此Al/PVDF的燃燒速率最高，而火焰溫度以Al/THV的火焰溫度為最高。類似對照不同氟化物對鋁燃燒團(tuán)聚的相關(guān)報(bào)道較少。由于推進(jìn)劑配方與組分物理性能的差異、有機(jī)氟化物與不同鋁粉的結(jié)合方式的差異，利用已公開發(fā)表的研究成果深入對比研究不同有機(jī)氟化物對鋁燃燒團(tuán)聚改善的效果和作用機(jī)理較為困難。

2.2 金屬氟化物

為進(jìn)一步豐富可調(diào)節(jié)鋁粉燃燒的氟化物燃燒促進(jìn)劑，研究者探索性研究了金屬氟化物對鋁粉燃燒團(tuán)聚的調(diào)節(jié)效果。作為研究含氟氧化劑最為活躍美國教授Edward Dreizin相繼發(fā)表了多篇關(guān)于金屬氟化物作為燃燒調(diào)節(jié)劑的研究。與相近粒徑的純球形鋁粉相比，Dreizin教授等[34-35]通過球磨法所制備的氟化鎳/鋁、氟化鈷/鋁、氟化鉍/鋁復(fù)合粉體，可以在200～300 ℃發(fā)生預(yù)點(diǎn)火反應(yīng)，復(fù)合粉體具有更低的點(diǎn)火溫度和更高的火焰溫度。在國內(nèi)，李翔宇[36]制備了一種Al/FeF3納米鋁熱劑，與Al/Fe2O3納米鋁熱劑相比，Al/FeF3納米鋁熱劑具有更高的放熱量，燃燒時(shí)具有更大、更明亮的火焰?，F(xiàn)有報(bào)道的金屬氟化物是作為一種燃燒氧化劑引入鋁復(fù)合粉體，金屬氟化物與鋁粉的質(zhì)量比多在10/90～50/50之間，金屬氟化物對鋁的燃燒促進(jìn)效果顯著依賴金屬氟化物含量。目前金屬氟化物大多應(yīng)用在鋁熱劑研究中，金屬氟化物作為燃燒調(diào)節(jié)劑應(yīng)用在含鋁推進(jìn)劑的應(yīng)用性研究未見報(bào)道。

2.3 新型氟化物

近年來，對于制備新型氟化物與探索新型氟化物對鋁燃燒促進(jìn)的研究有了新進(jìn)展。在國內(nèi)，敖文等[37]將一種新型含羥基的無規(guī)共聚物 (由四氟乙烯、丙烯酸酯和氟羥乙基丙烯酸酯三種單體共聚而成)包覆的微米鋁粉，應(yīng)用于HTPB/AP/RDX/Al固體推進(jìn)劑，研究發(fā)現(xiàn)20 μm的純微米鋁粉點(diǎn)火延遲期是包覆鋁粉的近70倍；應(yīng)用高速攝影技術(shù)觀察固體推進(jìn)劑燃燒過程鋁顆粒燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)包覆鋁粉(8.5%無規(guī)共聚物-91.5%Al)燃燒所形成的平均團(tuán)聚體尺寸從純鋁粉的318 μm減少到187 μm。楊榮杰課題組[4,25,38-41]自制了一種氟含量可調(diào)的新型有機(jī)氟化物(OF)并系統(tǒng)性地研究了OF在改善高鋁含量固體推進(jìn)劑鋁燃燒團(tuán)聚的效果與作用機(jī)理，表2初步統(tǒng)計(jì)了OF對鋁燃燒凝聚相燃燒產(chǎn)物影響的研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)OF可有效改善高含鋁固體推進(jìn)劑鋁燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象：(1)在聚醚和丁羥體系的高含鋁固體推進(jìn)劑中，均表現(xiàn)出有效降低了凝聚相燃燒產(chǎn)物粒度，提高了鋁的燃燒效率；(2)隨著固體推進(jìn)劑中鋁含量的提高，OF可有效阻止大粒度凝聚相產(chǎn)物的形成，凝聚相產(chǎn)物的粒度基本集中在D≤10 μm范圍；當(dāng)鋁含量≤20%時(shí)，添加OF，使得凝聚相燃燒產(chǎn)物中的活性鋁量明顯降低；(3)與簡單引入OF相比，球磨法制備的OF/鋁粉復(fù)合物在降低凝聚相燃燒產(chǎn)物效果上更為明顯；(4)加入含氟有機(jī)物有利于γ-Al2O3和AlF3的生成，降低熔融鋁的燃面停留時(shí)間，使其以“飄絮”的形式飛散到氣相中，從而改善熔鋁粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，減小凝聚相燃燒產(chǎn)物的尺寸，提高鋁粉的燃燒效率。

表2 有無有機(jī)氟化物OF對凝聚相燃燒產(chǎn)物影響的研究結(jié)果總結(jié)

另外，楊榮杰課題組[42]還報(bào)道了全氟辛酸鐵作為鋁燃燒促進(jìn)劑的研究結(jié)果，可使丁羥推進(jìn)劑中鋁燃燒所形成的大尺寸凝聚相產(chǎn)物(D>50 μm)的比例由87%降至1.7%，該類鋁燃燒促進(jìn)劑主要通過改變AP分解速度與利用分解的氟類可氧化氣體腐蝕鋁粉的氧化鋁殼層，加速鋁核與氧化性氣體的反應(yīng)進(jìn)程，來改善固體推進(jìn)劑鋁燃燒團(tuán)聚。

2.4 氟化物影響鋁燃燒團(tuán)聚的機(jī)理分析

探究不同氟化物、氟化物與鋁粉的結(jié)合方式，對鋁燃燒團(tuán)聚的抑制機(jī)理，有助于尋找改善鋁燃燒團(tuán)聚的最佳辦法。國內(nèi)外眾多學(xué)者通過對鋁粉、有機(jī)氟化物/鋁粉的熱氧化過程的深入研究，利用點(diǎn)火與燃燒系統(tǒng)以及光學(xué)系統(tǒng)等設(shè)備觀察含鋁固體推進(jìn)劑中鋁粉的點(diǎn)火與燃燒過程，針對不同氟化物以及氟化物/鋁粉結(jié)合方式，提出了相應(yīng)的鋁燃燒團(tuán)聚模型。不同氟化物對鋁燃燒團(tuán)聚的機(jī)理解釋主要基于氟化物對鋁點(diǎn)火過程的促進(jìn)效應(yīng)[27-42]：在低于鋁顆粒熔融相變的溫度下，氟化物以破壞鋁顆粒氧化鋁殼層的方式加速了鋁顆粒內(nèi)部鋁核與氧化劑的反應(yīng)，使得固體推進(jìn)劑中鋁顆粒點(diǎn)火過程縮短，鋁顆粒在燃面的停留時(shí)間相應(yīng)減少，因此鋁顆粒在燃面的團(tuán)聚程度也被降低了；氟化鋁的升華和氟化物熱分解所釋放的氣體也有助于鋁粉燃燒團(tuán)聚體的破裂。

不同氟化物以及氟化物/鋁粉結(jié)合方式對抑制鋁粉燃燒團(tuán)聚的影響方式有所不同。有機(jī)氟化物對鋁燃燒團(tuán)聚的抑制方式的差異主要是由于自身物化性能所造成的。Wang H Y等[11]通過考察多種有機(jī)聚合物包覆的納米鋁粉的點(diǎn)火和燃燒性能，解釋了不同有機(jī)氟化物所分解的不同含氟氧化性氣體在鋁粉點(diǎn)火、燃燒性能調(diào)節(jié)方面的差異。

金屬氟化物在較低的溫度下分解出的游離氟離子可以破壞鋁粉的氧化鋁殼層[36]，而金屬氟化物離解出金屬離子則很快被氧元素氧化并充當(dāng)傳輸氧的橋梁，即形成的新的金屬氧化物可以進(jìn)一步與鋁粉發(fā)生反應(yīng)[34-35]。有機(jī)氟化物OF則可以通過改變鋁粒子燃面的團(tuán)聚過程，降低鋁粉燃燒團(tuán)聚[4,25,38-41,43]：加入OF后，大量鋁粒子在固體推進(jìn)劑燃面形成一種特殊的“飄絮”，而非尺寸較大的球形團(tuán)聚物，這些特殊的飄絮在進(jìn)入火焰區(qū)后會進(jìn)一步分散成尺寸較小的球形燃燒粒子，因此含OF的高鋁固體推進(jìn)劑的鋁燃燒凝聚物粒度下降。含OF的固體推進(jìn)劑燃燒表面的團(tuán)聚過程如圖3(b) 所示。

(a) Pure Al

與通過靜電噴霧法等方式所制備的氟化物包覆鋁粉不同，球磨法制備的氟化物/鋁粉復(fù)合粉體組分之間接觸更加緊密，部分氟化物進(jìn)入鋁顆粒內(nèi)部，因此由球磨法制備的復(fù)合粉體在固體推進(jìn)劑燃燒過程中，除氟化物對鋁點(diǎn)火過程的促進(jìn)效應(yīng)外，在復(fù)合粉體點(diǎn)火燃燒過程中還觀察到了復(fù)合粉體的破碎在改善鋁燃燒團(tuán)聚方面具有特殊的效應(yīng)。Sippel等[30]通過高速攝影技術(shù)觀察了球磨法制備的PTFE/Al復(fù)合物在丁羥推進(jìn)劑燃面的點(diǎn)火燃燒情況，圖4展示了純鋁粉與PTFE/Al復(fù)合物在燃面團(tuán)聚過程：與球形鋁粉相比，PTFE/Al復(fù)合物具有更短的點(diǎn)火延遲期，并且燃燒顆粒較小，已經(jīng)發(fā)生點(diǎn)火的PTFE/Al復(fù)合物在隨后的燃燒過程中破裂。

(a) Conventional spherical aluminum

因此，認(rèn)為Al與PTFE的熱膨脹差異與化學(xué)反應(yīng)所生成的AlF3氣體的釋放，導(dǎo)致了復(fù)合粉體發(fā)生破碎，生成了小于復(fù)合粉體尺寸的凝聚相產(chǎn)物。羅運(yùn)軍等[29]采用球磨法制備的Al/PTFE復(fù)合物在雙基推進(jìn)劑中燃燒也發(fā)現(xiàn)了相似的點(diǎn)火燃燒機(jī)理。

3 結(jié)束語

氟化物作為一類有望改善高鋁固體推進(jìn)劑的鋁燃燒團(tuán)聚的高活性的新型氧化劑，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對不同種類、氟化物/鋁結(jié)合形式對鋁燃燒團(tuán)聚的影響開展了系列的理論、探索與應(yīng)用性研究，通過對照氟化物、氟化物/鋁粉復(fù)合物的熱性能、點(diǎn)火性能及其在推進(jìn)劑燃面的燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象等，提出了不同氟化物對鋁燃燒團(tuán)聚的促進(jìn)機(jī)理，氟化物在不同高鋁復(fù)合固體推進(jìn)劑體系的良好應(yīng)用效果也得到了驗(yàn)證。

基于氟化物在高鋁復(fù)合推進(jìn)劑中鋁燃燒促進(jìn)特性研究現(xiàn)狀，針對固態(tài)氟化物影響推進(jìn)劑其他固體組分含量、氟化物的物化性能與鋁粉點(diǎn)火溫度的影響規(guī)律以及與鋁燃燒產(chǎn)物凝聚相粒子粒度之間的關(guān)系的研究的深度不足、高壓環(huán)境下氟化物對鋁燃燒團(tuán)聚的作用機(jī)理難以探測等問題，建議從以下幾方面加強(qiáng)研究：

(1)含二氟氨基的含能氟化物或液態(tài)氟化增塑劑、粘合劑有助于解決以氟化物代替高氯酸銨等氧化劑造成的復(fù)合固體推進(jìn)劑能量下降的問題；

(2)系統(tǒng)性探究具有不同物化屬性的氟化物對鋁粉點(diǎn)火溫度的影響規(guī)律與鋁燃燒產(chǎn)物凝聚相粒子粒度之間的關(guān)系，有助于篩選最優(yōu)的氟化物；

(3)解決高壓下推進(jìn)劑燃面難以觀測的技術(shù)難題，有助于研究氟化物在固體推進(jìn)劑真實(shí)燃燒環(huán)境下改善鋁燃燒團(tuán)聚的機(jī)理；

(4)針對不同氟化物，建立統(tǒng)一的燃燒模型以及反應(yīng)機(jī)理框架，有助于提升高鋁固體推進(jìn)劑配方的設(shè)計(jì)水平。