一种碳氢富燃料推进剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳氢富燃料推进剂，包括如下质量百分含量的组分：碳氢燃料：20～45％；氧化剂：27～41％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％；其中，所述碳氢燃料为稠环芳香烃化合物，所述粘合剂体系包括粘合剂和固化剂。本发明专利技术还公开了一种碳氢富燃料推进剂的制备方法。本发明专利技术通过将具有弱极性且在常温下不升华的稠环芳香烃化合物作为碳氢燃料引入到富燃料推进剂配方，彻底杜绝了推进剂储存过程中因碳氢燃料升华导致的推进剂结构破坏，大大提高了推进剂的储存性能，改善了推进剂的燃烧性能，提高了能量释放效率，减少了凝聚相的产生，满足了固体冲压发动机对推进剂能量、工艺、燃烧等性能的要求。

A hydrocarbon-rich fuel propellant and its preparation method

The invention discloses a hydrocarbon fuel-rich propellant, which comprises the following components: hydrocarbon fuel: 20-45%; oxidant: 27-41%; metal fuel: 3-20%; binder system: 15-25%; functional additive: 2-7%; the hydrocarbon fuel is a fused aromatic hydrocarbon compound, and the binder system includes binder and curing agent. The invention also discloses a preparation method of hydrocarbon fuel-rich propellant. By introducing polycyclic aromatic hydrocarbons with weak polarity and non-sublimation at room temperature as hydrocarbon fuel into fuel-rich propellant formulation, the invention completely prevents the structural damage of propellant caused by sublimation of hydrocarbon fuel during the storage process of propellant, greatly improves the storage performance of propellant, improves the combustion performance of propellant, improves the energy release efficiency and reduces the consumption of propellant. The formation of condensed phase meets the requirements of Solid Ramjet for propellant energy, process and combustion performance.

【技术实现步骤摘要】
一种碳氢富燃料推进剂及其制备方法
本专利技术涉及富燃料推进剂
，具体涉及一种碳氢富燃料推进剂及其制备方法。
技术介绍
二十一世纪以来，世界各国都非常重视超视距非接触作战，因而能在宽广空域范围内进行超声速、高机动飞行、执行远距离目标攻击任务的新一代战术导弹的作用与地位日益突出。新型高性能飞行器的发展要求推进系统具有高航速、大载荷、远航程、小体积、低质量、结构简单、高度灵活等特点，这对于推进系统的性能提出了更高的要求。固冲发动机有机地结合了固体火箭发动机和吸气式发动机的优点。利用空气中的氧气作氧化剂，大幅度提高了推进剂的能量；采用内型面压缩进气原理，省略了旋转部件等复杂结构，发动机结构得到简化。因此，以固冲发动机为动力的导弹具有体积小、重量轻、射程远的特点，可以实现全程有动力飞行，增强导弹的突防能力和末段攻击能力。固冲发动机使用富燃料推进剂作为动力源，其中燃料含量达到30～50％，因此燃料性能是决定固冲发动机潜在优异性能能否充分发挥的关键因素之一，含硼富燃料推进剂具有很高的热值，是固冲发动机的首选推进剂，但是，由于硼自身的某些特性，制约了其在某些特殊领域中的应用。为弥补含硼富燃料推进剂在某些应用领域中的不足，拓展固冲发动机的应用范围，西方发达国家都在大力发展点火性能优良、燃烧效率高、燃温适中、成气量高、凝聚相少、燃气相对洁净且残渣少的固体碳氢富燃料推进剂。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种碳氢富燃料推进剂及其制备方法，通过将稠环芳香烃化合物作为碳氢燃料引入富燃料推进剂配方中，改善了推进剂的燃烧性能，提高了能量释放效率，减少了凝聚相的产生，满足了固体冲压发动机对推进剂能量、工艺、燃烧等性能的要求。本专利技术涉及如下技术方案：一种碳氢富燃料推进剂，包括如下质量百分含量的组分：碳氢燃料：20～45％；氧化剂：27～41％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％；其中，所述碳氢燃料为稠环芳香烃化合物，所述粘合剂体系包括粘合剂和固化剂。优选地，所述稠环芳香烃化合物的粒径不大于400μm。优选地，所述稠环芳香烃化合物为蒽、联二蒽、荧蒽、苯并芘、茚并芘、二苯并芘、聚茚、二苯并芴、二苯并苊、间二蒽嵌四并苯、三苯基苯中的一种或组合。优选地，所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸铵、硝酸钾、三氨基胍硝酸盐中的一种或组合，其粒径为0.5～400μm。优选地，所述金属燃料为铝、镁、硼中的一种或组合，其粒径为1～40μm。优选地，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯或端羟基聚醚酯中的一种或组合。优选地，所述固化剂为六甲撑二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或组合。优选地，所述功能助剂为硝酸酯乙基硝胺、卵磷脂、柠檬酸酯、甘油三碳酸酯、癸二酸二异辛酯、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦、三苯基铋、乙酰丙酮铁、三氟化硼三乙醇胺、氧化铁、辛基二茂铁、3-氨基1,2,4-三唑络高氯酸铜、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺中的一种或组合。本专利技术还公开了一种碳氢富燃料推进剂的制备方法，包括如下步骤：(1)称量：在干燥的环境中精确称量各组分，待用；(2)混合：将功能助剂加入到粘合剂中手工混匀得预混药浆，接着将金属燃料、碳氢燃料、氧化剂依次加入到立式混合机中混合均匀，然后加入固化剂继续混合，控制混合温度，待体系完全混合均匀出料；(3)浇注、固化：将料浆进行真空浇注，并在50℃～70℃干燥环境中固化得推进剂产品。优选地，所述步骤(2)中控制混合温度为30℃～50℃。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过将稠环芳香烃化合物作为碳氢燃料引入富燃料推进剂配方，解决了因氧化剂含量较低所导致的点火温度高、燃烧效率低、凝聚相多的问题，彻底杜绝了推进剂储存过程中因碳氢燃料升华导致的推进剂结构破坏，大大提高了推进剂的储存性能。2、本专利技术所采用的稠环芳香烃化合物来源广泛、合成简单，易于放大生产，大大提高了碳氢推进剂的研制进程。3、本专利技术所制备的碳氢富燃料推进剂，改善了推进剂的燃烧性能，提高了能量释放效率，减少了凝聚相的产生，点火性能优良、燃烧效率高、凝聚相少、成气量高、燃气洁净且残渣少。4、本专利技术公开的碳氢富燃料推进剂可应用于多种先进吸气式动力装置，应用更加广泛。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，本专利技术未描述的技术手段按本领域内常规方式进行，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。本专利技术公开了一种碳氢富燃料推进剂，包括如下质量百分含量的组分：碳氢燃料：20～45％；氧化剂：27～41％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％。所述碳氢燃料为稠环芳香烃化合物，可作为碳氢燃料的稠环芳香烃化合物具有弱极性，并且在常温下不升华，使得推进剂的结构不易被破坏，所述稠环芳香烃化合物为蒽、联二蒽、荧蒽、苯并芘、茚并芘、二苯并芘、聚茚、二苯并芴、二苯并苊、间二蒽嵌四并苯、三苯基苯中的一种或组合，其粒径不大于400μm。所述氧化剂为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)、硝酸铵(AN)、硝酸钾(KN)、三氨基胍硝酸盐(TAGN)中的一种或组合，其粒径为0.5～400μm。所述金属燃料为铝(Al)、镁(Mg)、硼(B)中的一种或组合，其粒径为1～40μm。所述粘合剂体系包括粘合剂和固化剂，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)或端羟基聚醚酯(HPGA)中的一种或组合，所述固化剂为六甲撑二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)或4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或组合。所述功能助剂为硝酸酯乙基硝胺(NENA)、卵磷脂、柠檬酸酯、甘油三碳酸酯、癸二酸二异辛酯(DOS)、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(MAPO)、三苯基铋(TPB)、乙酰丙酮铁(FeAA)、三氟化硼三乙醇胺(T313)、氧化铁(Fe2O3)、辛基二茂铁、3-氨基1,2,4-三唑络高氯酸铜、N,N-二苯基对苯二胺、N-苯基-2-萘胺、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺中的一种或组合。本专利技术还公开了一种碳氢富燃料推进剂的制备方法，包括如下步骤：(1)称量：在干燥的环境中精确称量各组分，待用；(2)混合：将功能助剂加入到粘合剂中手工混匀得预混药浆，接着将金属燃料、碳氢燃料、氧化剂依次加入到立式混合机中混合均匀，然后加入固化剂继续混合，控制混合温度30℃～50℃，混合时间70min～110min，待体系完全混合均匀出料；(3)浇注、固化：将料浆进行真空浇注，并在50℃～70℃干燥环境中固化5～8天得推进剂产品。针对碳氢燃料固体推进剂的特性，调整碳氢富燃料推进剂的相关性能，可使其广泛应用于多种先进吸气式动力装置，如固体超燃冲压发动机、固体推进剂空气涡轮火箭发动机(SPATR)、流量可调固体火箭冲压发动机(VFDR)、固体燃料冲压发动机(SFRJ)、双模态冲压发动机(DMRJ)等。实施例1(1)推进剂配方(2)推进剂性能从实施例1可以得知，实测热值＝29.5MJ·L-1、燃烧效率＝95.1％，燃烧性能优良。实施例2(1)推进剂配方(2)推进剂性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳氢富燃料推进剂，其特征在于包括如下质量百分含量的组分：碳氢燃料：20～45％；氧化剂：27～41％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％；其中，所述碳氢燃料为稠环芳香烃化合物，所述粘合剂体系包括粘合剂和固化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳氢富燃料推进剂，其特征在于包括如下质量百分含量的组分：碳氢燃料：20～45％；氧化剂：27～41％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％；其中，所述碳氢燃料为稠环芳香烃化合物，所述粘合剂体系包括粘合剂和固化剂。2.根据权利要求1所述的碳氢富燃料推进剂，其特征在于：所述稠环芳香烃化合物的粒径不大于400μm。3.根据权利要求1所述的碳氢富燃料推进剂，其特征在于：所述稠环芳香烃化合物为蒽、联二蒽、荧蒽、苯并芘、茚并芘、二苯并芘、聚茚、二苯并芴、二苯并苊、间二蒽嵌四并苯、三苯基苯中的一种或组合。4.根据权利要求1所述的碳氢富燃料推进剂，其特征在于：所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸铵、硝酸钾、三氨基胍硝酸盐中的一种或组合，其粒径为0.5～400μm。5.根据权利要求1所述的碳氢富燃料推进剂，其特征在于：所述金属燃料为铝、镁、硼中的一种或组合，其粒径为1～40μm。6.根据权利要求1所述的碳氢富燃料推进剂，其特征在于：所述粘合剂为端羟基聚丁二烯或端羟基聚醚酯中的一种或组合。7.根据权利要求1所述的碳氢富燃料推进剂，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，肖金武，李彦荣，陈浩楠，王园园，刘建红，张先瑞，陈涛，黄凌，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42