固体推进剂的特性及应用介绍

固体推进剂包括双基推进剂、复合推进剂、改性双基推进剂等类型。

1.双基推进剂

双基推进剂（DB）是一种以硝化纤维素（硝化棉）和硝化甘油为基本能量成分的一种均质推进剂，除此之外还会添加一些附加组分用来改善推进剂的性能，这些成分根据其功能分为工艺添加剂、安定剂、燃速调节剂和其他助剂。双基组分中的硝化棉被硝化甘油溶解塑化形成固态溶液，其分子成为推进剂的基体保证了药柱的机械强度。硝化甘油充填于硝化棉大分子之间，削弱了大分子之间的作用力，增加了硝化棉的柔软性和可塑性，使推进剂便于加工成型并具有一定的力学性能。双基推进剂中不存在单独的燃料和氧化剂之分，硝化棉和硝化甘油分子在受热之后会断裂和分解，生成大量气体和热量。

双基推进剂根据加入的燃烧催化剂、制造工艺、燃烧性能和溶剂或助剂性质的不同可分为不同的类型。

（1）按加入燃烧催化剂的不同区分，可分为不同的品号：

①加入石墨的称为双石推进剂（SS）；

②加入氧化铅的称为双铅推进剂（SQ）；

③加入氧化钴的称为双钴推进剂（SG）；

④加入氧化镁的称为双芳镁推进剂（SFM）。

（2）按成型工艺不同可分成以下两种：

一种是采用挤压成型或压伸成型（用螺旋式压伸机或柱塞式压伸机）工艺制成的推进剂，称为压伸双基推进剂；

另一种是采用浇铸成型工艺制成的推进剂，称为浇铸双基推进剂。

（3）按燃烧性能区分：在不定期下的压强范围内实现燃速压强指数小于0.2并接近于零，产生平台燃烧的推进剂称为双基平台推进剂；随着发动机工作时间的延长，推进剂燃速下降，其压强在一定范围内降低产生麦撒燃烧，这种推进剂称为麦撒双基推进剂。

（4）按燃烧速度区分，在常温、压强为6.86 MPa条件下：

①燃速在25 mm/s以上的推进剂称为高燃烧速度推进剂；

②燃速在5 mm/s以下的推进剂称为低燃烧速度推进剂。

（5）按是否加入挥发性溶剂区分：

①加入丙酮等挥发性溶剂的称为柯达型双基推进剂或含挥发性溶剂双基推进剂；

②不加挥发性溶剂的称为巴利斯太双基推进剂或无溶剂压伸双基推进剂。

双基推进剂的主要成分是硝化纤维和硝化甘油，它们的性能决定着双基推进剂的性能，双基推进剂的突出优点是质地均匀，结构均匀，再现性好，能满足战术火箭和导弹的需要。

双基推进剂具有固体推进剂的一般性能，符合对固体推进剂的一般要求，其主要特点是：密度一般在1.54～1.65 g/cm3，实际比冲一般为1 600～2 200 N·s/kg；良好的燃烧性能，燃烧速度一般为5～40mm/s（6.86MPa），燃烧速度压强指数可接近于零；良好的力学性能；良好的内弹道性能；工艺性能好；较好的安定性；原料来源广泛，价格低廉，经济性好，还有其他特殊要求，如少烟或无烟、爆温低、低燃烧速度等。

表1.8列出了8种双基推进剂的配方。

表1.8　双基推进剂举例(www.xing528.com)

2.复合推进剂

复合推进剂的基本组分为氧化剂、黏结剂和金属燃烧剂，还会添加少量附加组分用以改善推进剂的某些性能。其各组分之间存在明显的界面，是一种结构不均匀的多相混合物，故又称异质推进剂。其中氧化剂的主要作用是提供推进剂燃烧所需的氧，并作为黏结剂基体的充填物以提高推进剂的机械强度和弹性模量。黏结剂可提供推进剂燃烧所需的可燃元素，并作为推进剂的弹性基体把氧化剂和金属燃烧剂等异相粒子粘结起来，使推进剂具有一定的形状和机械性能。金属燃烧剂可提高推进剂的爆热和密度，并起着抑制振荡燃烧的作用。少量附加组分包括固化剂、防老剂、燃烧稳定剂、增塑剂和交联剂等。

作为复合推进剂主要组分的氧化剂、黏结剂和金属燃烧剂的种类繁多，使得复合推进剂的种类也多种多样。

作为氧化剂的通常是高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵等酸盐和高氯酸盐。

作为燃料的是弹性体或塑料，如聚硫橡胶、聚氨酯、聚丁二类、氯乙烯等。它们除作可燃剂外，还兼作黏结剂；其中的组分硝化纤维素作可燃和爆炸性物质，也是塑性组分；加入金属粉，如铝粉、镁粉等以增加推进剂能量。

此外，在组分中还添加表面活性剂、防老剂及其他助剂。

复合推进剂的制备方法，是用真空混合机将原料混合脱泡之后，对流动性不好的混合物可加压成型，而大多数混合物则用淤浆铸法成型。

3.改性双基推进剂

改性双基推进剂（简称CMDB或XLDB——交联改性双基推进剂）是在双基推进剂中添加高分子黏结剂/交联剂、氧化剂和金属燃烧剂等所形成的一种新型推进剂。它综合了双基推进剂和复合推进剂的优点，使双基推进剂复合化，使其具有较好的黏弹性，在保持高能量的前提下，低温下力学性能明显提高。这类推进剂的组分包含了双基推进剂和复合推进剂的主要成分。表1.9列出了几种改性双基推进剂及复合推进剂，以及它们的组成。

表1.9　改性双基推进剂及复合推进剂举例

其中氧化剂和高能炸药有：高氯酸铵、硝酸铵、硝酸锂、黑索金、奥克托金、CL-20等；

黏结剂有：可固化的聚合物黏结剂、聚酯聚氨酯黏结剂以及催化剂或附加物，也可将硝化纤维素和硝化甘油双基母体的作黏结剂，这对推进剂的力学性能起着骨架作用；

含能增塑剂有：硝化甘油、硝化二乙二醇或三羟甲基乙烷三硝酸酯等；

金属燃料有铝、镁粉等，金属燃烧剂通常使用铝粉，根据不同要求也加入镁、铍、硼、锆粉，利用其燃烧时放出大量热能，以提高推进剂的燃烧温度和比冲；

聚合物氧化剂有：塑溶胶硝化纤维素和硝化纤维素、聚乙烯醇硝酸酯等；

催化剂根据需要添加水杨酸铜与钡盐、炭黑燃速催化剂等。

为了保持推进剂的安定性，硝酸酯含量高的推进剂中则要加入少量硝基二苯胺、间苯二酚等安定剂。

表1.10列出了一些典型推进剂的组成与性能。

表1.10　典型推进剂的组成与性能