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固体推进剂发展趋势

归档日期:07-23       文本归类:固体推进剂      文章编辑:爱尚语录

  高性能火炸药研究状况主要发达国家推进剂发展计划 固体推进剂发展趋势一、高性能火炸药研究状况 高性能火炸药的特点与性能要求: 能量性能 高能量——满足特定武器使用需要 ——射程远 ——高效毁伤 安全性能 低易损性(低感度) 可承受性 低全寿命周期费用 一、高性能火炸药研究状况 高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展 美国引领世界高能量密度材料研究,研究对象主要涉及笼形硝胺炸药(CL- 20); 八硝基立方烷; 3,3,1-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ);高氮含量杂环分子; 全氮化合物…… 当前,在高能量密度材料领域,各国在继续开展CL-20、ADN、TNAZ和FOX-7等高能量密度化合物的新法合成与应用研究的同时,还竞相开发感度更低、 能量密度更高、综合性能更好的各种新型高能材料,成功合成出多种新型单质炸 药、高能量密度化合物、含能功能材料。 ——美国继续关注多硝基立方烷类高能含能材料研究 八硝基立方烷的密度为 1.979 g/cm3,生成热计算值为594 kJ/mol,分解温 度在200以上。最新理论估计其爆速为9900 使这一化合物成为迄今以来合成出的威力最高的炸药之一。 有资料报道,研究发现,七硝基立方烷的密度(2.028 g/cm3)比八硝基立方烷 高,它还容易合成,以致从应用的角度可以证实这一化合物是一种威力比前者更 高的炸药。 七硝基立方烷 八硝基立方烷(ONC) ——美、德等国成功合成出多种新型富氮化合物 美国海军水面武器中心通过酸性并氨基三嗪基四嗪(TATTz)与氮含量 高的碱性胺反应制备出一组用作不敏感发射药组分的高能TATTz盐; 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)合成出7-硝基四唑[1,5-f]呋喃[4,5-b]- 1氧化吡啶; 美国伯利维尔大学合成出富氮化合物三氨基胍四唑盐(TAGzT)。 未来高氮炸药目标化合物 ——氮原子簇研究备受关注 氮原子簇化合物(又称全氮化合物)是高能量密度材料研究领域备受关注 的研究方向之一。近几年来,除了美国继续发展N5+各项技术之外,包括美国、 瑞典、英国、意大利和日本等国在内的世界多家量子化学研究所先后对N4、N6、 N8、N10、N12和N60等有前景的氮原子簇也进行了大量的理论计算,并预测了 一些氮原子簇存在的可能性。 这类化合物具有非常诱人的综合性能和应用前景,它既可以作为推进剂组 分应用于防务领域和空间领域,其比冲是肼推进剂的2~3倍;又可作为炸药,供 各种军事和民事用途使用。 ——俄罗斯研制高能离子化合物 俄罗斯联邦研究与生产中心研究了高能离子化合物作为高能炸药的类型与 特点,重点研究了含有大量氮原子的一组高能效的离子盐。这些高能离子化合 物是基于1,2,3-和1,2,4-,氨基和四唑的衍生物成功地合成出来的,大 多采用的阳离子有三叠氮、四叠氮、氨基和二氨基的四叠氮和三叠氮,常用的 阴离子则有NO3、CIO4、N3、N(NO2)2 等。这类“高氮化合物”是一类新型 能效材料,热量储存于大量有效的N-N和C-N键中,其能量来自高生成热,而不 是全部燃烧热。高能离子化合物有多种存在方式,其中有一种是离子液体,其 熔点通常低于100,并具有热稳定性高、密度高、毒性低等优点,高能离子材 料优于非离子的同类物质。 一、高性能火炸药研究状况 高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展 ——美国合成的LLM-105炸药 [2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物] LLM-105 炸药的能量性能比 TNT 30%,比TATB高25%,约为HMX的81%,可应用于不敏感传爆管、雷管和深井射孔器材中。 ——美国新合成出新型不敏感炸药2,4-二硝基咪唑(DNI),其能量比TATB 约高15%~20%; ——美、韩等国研制出取代TNT的新型含能化合物1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑, 具有良好的摩擦感度和静电感度,冲击感度类似于B炸药;其理想爆速为 8175m /s,计算爆压为281.7kbar,计算能量输出略优于B炸药,预期这是一 种非常接近B炸药的替代炸药; ——英国在美国研究的基础上合成的2,5-二氨基-3,6-二硝基吡嗪 (ANPZ-I) 其二氧化衍生物2,5-二氨基-3,6-二硝基吡嗪-1,4-二氧化物(PZDO);——印度报道过的四硝基丙烷双脲(TNPDU)、TEX炸药……。 一、高性能火炸药研究状况 高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展 ——美国开展先进火炮概念用不敏感高能发射药 美国实施先进火炮概念用不敏感高能发射药(IHEP)计划,开展了含 CL-20等高能组分的高能不敏感发射药研究,开发出的TPE基LOVA发射药的 火药力

  1300J/g,在不增加身管烧蚀的情况下可使炮口动能增加25%。 ——美国高能ETPE层状发射药及装药研究为电热化学炮的发展提供了有力支持 从上世纪末开始,美国就在为未来武器系统(电热化学炮)研制采用无溶剂法 制造的高能量、高性能拼合式夹层(co-layered)ETPE发射药。该新型发射药采用 高密度含能热塑性弹性体(ETPE)粘合剂,已制成含BAMO-NMMO、增塑剂 (BDNPA/F)和RDX的4种快燃配方(密度为1.6675g/cm3,火药力为1267.17J/g, 火焰温度为3252K)以及含RDX、NQ和BAMO-NMMO的3种慢燃配方(密度在 1.5923~1.6159g/cm3之间,火药力为1022.45或1050.92J/g,火焰温度为2473K或 2543K)。 此外,美国陆军研制的ETPE层状高能发射药引入纳米含能材料,具有高能量 (火药力约为1300J/g)、低毒和不敏感等优势; 法国成功研制出NENA基高能层状发射药; 荷兰采用计算机软件控制,扩大层状发射药的同步挤出规模。 ――德国-瑞士联合开展与未来需求相适应的先进发射药研究,包括采用无 毒低感度增塑剂代替二硝基甲苯(DNT)的“绿色”、“低感度”单基药等 新型火炮用发射药;表面包覆双基药(SCDB)及N- SCDB(下一代表面包 覆双基药)等新型LOVA坦克炮用发射药;EI和EI++(下一代)等新型中口 径发射药;以及新型小口径发射药等。 ――德国2007年又新推出了综合性能优于现有EI发射药、不含NG的新型高 能不敏感发射药――挤出复合不敏感发射药(ECL)。其主要成分是NC, 并含有一种含能组分和一种以上的惰性组分,但配方中不含致癌物质(如 DNT),也不含安定剂或中定剂,不含NG,是一种无毒的绿色发射药。该 发射药的性能范围很广,通过组分的调节,火药力可以从900J/g(火焰温度 2400K)提高到1080 J/g(火焰温度3050K),几乎涵盖了M1发射药(低能) 到M17/M30发射药(高能)的所有性能。 ——德国低温感(LTC)发射药研究获得多项新成果 德国ICT研究院等对低温感(LTC)发射药的研究非常重视,并将 “低温感发射装药技术”研究作为21世纪研究的一个重点。近年来, ICT研究院成功推出了航弹用的一种新型LTC发射药,并对一系列新型 半硝胺LTC发射药配方进行了不敏感性能研究。该发射药由RDX、NC 粘合剂和三元含能增塑剂构成,与常规发射药相比,该发射药具有能量 密度高、火药力高、点火温度高(210~240)、化学安定性好、身管 烧蚀性低和温感系数低等特性,尤其适合航炮、坦克炮炮弹使用。 一、高性能火炸药研究状况 高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展 ――继法国火炸药集团公司采用专有重结晶工艺成功合成出I-RDX之后,澳 大利亚(A级RDX)、英国皇家军械公司(I型RDX)、戴诺诺贝尔公司 (RS-RDX)也都能生产不敏感RDX,美国也成功制备出I-RDX并开展了不 敏感RDX的感度研究; ――德国研究新结晶方法获得不敏感HMX; ――TATB的合成与生产在多个国家得到重视和发展; ――瑞典率先推出的FOX-7已经在多个国家得到继续研究和应用,例如:英 国推出了以FOX-7为基的压装PBX并完成各种试验 ――欧洲含能材料公司将GUDN用于不敏感炸药,开发了一种TNT/GUDN配 方(后者含量可高达60%),被认为是一种优良的浇铸炸药,其性能和感度 都比TNT有很大改善。经装药测试显示,当大口径炮弹战斗部装药中使用 45%的GUDN,其破片杀伤效应比单装TNT提高了15%~20%。如果需要更 高的能量性能,那么GUDN可以与RDX、HMX混合,制成压装炸药使用。 ――美、英两国联合进行了取代B炸药的研究,并研制出了两个新配方—— PAX-34和OSX-8。 PAX-34是 含DNAN/HMX/NTO/TATB的混合炸药,能量 高于TNT且具有良好的不敏感弹药特性;OSX-8的组成为DNAN、HMX和 NTO,能量与B炸药相当,但冲击波感度低,不敏感弹药性好;二者均不需 要改动现有的生产设备即可完成生产,批产量为1200lb(544.8kg)。 ――美、德发展HMX基压装高性能炸药 美国研制的PAX-3是一种以HMX为基的压装炸药,已完成该炸药的不敏 感弹药和战斗部性能测试试验。 德国Diehl弹药系统公司采用聚硅氧烷溶液包覆HMX或RDX也成功研制 出一种不敏感压装炸药。 ――美国ATK公司研制出含CL-20的高性能浇铸炸药DLE-C038, 并进行了性 能研究和试验。 ——法国研制出了CL-20含量高达90%以上的浇铸PBX炸药,据称是法国能 量水平最高的炸药,安全性也较好。 一、高性能火炸药研究状况 高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展 到目前为止,国外已应用的高能推进剂产品有端羟基聚丁二烯(HTPB)复 合推进剂、改性双基推进剂和NEPE推进剂等,主要用在美国民兵、北极星、 三叉戟、MX和俄罗斯SS-24、SS-25、SS-27等型号战略导弹中,并已逐 渐推广应用于多种战术武器。例如,在双基和复合推进剂基础上发展而来 的高能NEPE推进剂,除了应用战略导弹外也在战术导弹中得到了应用,如 “小檞树”地空导弹和“陶”反坦克导弹。此外,部分贫氧推进剂品种业 已装备应用,如前苏联首先研制成功的SAM-6防空导弹于1967年开始服役; 美国研制成功的AAAM先进空对空导弹已开始服役。装备有新一代贫氧推 进剂的俄罗斯的X-15C超高速空对舰导弹,最大射程150km,飞行速度5马 赫,现有的防空系统几乎无法防御。 ——美国推出多种不敏感推进剂 包括: 端羟基聚醚(HTPE)复合推进剂 钝感NEPE推进剂 钝感低特征信号XLDB推进剂 这些推进剂明显改善钝感特性,能量水平和其他性能无显著下降。 美国研制了HTCE/聚醚推进剂和ARC-9131推进剂(5%Al、65%硝胺、PEG、 混合硝酸酯),它们也具有良好的不敏感特性 ——法国火炸药集团公司含能材料部以能量高、密度大、危险等级低、排气烟雾 小的GAP作为研发重点,推出了一系列 固体填料为RDX、HMX 或者CL-20的 GAP 无烟推进剂; 固体填料为HMX/AP或CL-20/AP的 GAP 有烟推进剂 ——英国、智利联合开发的端羟基聚醚(HTPE)复合固体推进剂是具有良好低 温力学性能的一种钝感复合推进剂; ——美、加、德等国竞相发展ADN基高能低特征信号复合推进剂; ——德、法、俄、意联合研制含 AlH3 固体推进剂 AlH3是一种储氢材料。这些国家在对AlH3的物理特性、安定性和相容性研 究的基础上,进一步考察了AlH3取代HTPB/Al/AP推进剂中的Al后,对推进剂 燃速、压力指数、燃烧火焰结构的影响。 ——法国开发出HydroxanaleTM的新型推进剂 SNPE含能材料部利用可保证固体推进剂药柱力学性能一致的弹性体粘合剂 冷却固化新技术,开发出一种主要组分为过氧化氢、聚合物以及一种金属或金 属氢化物的HydroxanaleTM的新型推进剂。该推进剂是在接近0的凝固温度 下配制成的,其能量水平可以与液体推进剂相媲美,同时又具备固体推进剂的 使用简便性。其线s之间,而用于“阿丽亚娜5”运载火 箭的HTPB/AP/Al推进剂配方的比冲才为315s。从中远期看,该推进剂尤其是 在航天推进领域,为提高固体推进剂能量性能提供了重大机遇。 ——美、德注重发展凝胶推进剂 美国CFD公司发明了一种高能低温双组元凝胶推进剂,该推进剂是以凝胶 状丙烷(GLP)为燃料、凝胶状MON-30(70% N2O4+30%NO)为氧化剂配 制而成的一种双组元推进剂。 德国开展ADN/水凝胶推进剂的研究 二、主要发达国家推进剂发展计划 国外高性能、钝感和低特征信号推进剂的研制首先 是从双基推进剂入手,随着对能量和综合性能的进一步 要求,又着手研制改性双基、NEPE等低特征信号推进 剂,为进一步减少特征信号,达到高能、钝感的目标, 目前正在研制含有GAP、CL-20 和ADN 等高性能固体 推进剂配方。 美国在高性能固体推进剂采用新型含能材料研制方面居世 界领先地位。美国合成了含能粘合剂GAP 和高能氧化剂CL- 20等新材料,按美国的方法(前苏联首次合成了ADN)制备了新 型氧化剂ADN。20世纪90年代末期,美国进一步改进了ADN、 CL-20和GAP等材料的制备工艺,提高了性能,降低了价格, 成功地进行了CL-20推进剂和GAP推进剂的火箭发动机试验。 目前,美国正在集中开发二氟化物、高氮化合物以及含金属的 钠米材料等具有更高能量的推进剂新组份。合理地利用这些新 材料可使固体推进剂性能取得突破性的进展。 (1)美国发展计划 提供新型含能材料,如NENA、ADN 、DNDA 、叠氮化 借助新工艺制备新型材料并制定自己的技术标准,提供具有稳定、成熟的工艺条件的工业生产方式; 通过改变参数,如粒子尺寸、粒子形状、密度和分子形状, 调节已制备的材料的性能; 运用现代化的检测手段和特殊的分析方法确定组份和配方的性能。ICT计划在近期内进一步研究ADN的性能,完善加工 ADN颗粒的工艺,建成公斤级ADN生产线;另外还将加强特 殊用途的不敏感HMX,超细TATB 或HNS的生产,在固体推进 剂配方研究中采取平衡和优选措施,限定固体推进剂中HMX 和硝酸酯加入量,选择合适的新型增塑剂、新型催化剂和先进 的工艺方法,进一步提高固体推进剂的综合性能。 (2)德国发展计划 法国的SNPE公司研制的H 主要有:HNIW(CL- 20 ADN和GAP等,此外还有其他高能物质如TNO等。其中CL-20 年产量达1t,GAP年产量为1~3t。法国特别重视少烟、微 烟(或低特征信号)推进剂的研制,这类推进剂已在多种战术导 弹中使用,推进剂品种有:CDBEDB推进剂、HTPB少烟推进 剂、XLDB(高能微烟)推进剂及HEDM 低特征信号推进剂等。 为了满足高能低特征信号推进剂的要求,SNPE 公司研制了高 能微烟推进剂,称之为Nitramites。配方为:NEPE 、RDX 或HMX等,也可含一定量的AP,但推进剂冲击感度大, 临界 爆轰直径小(

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