一种多层圆柱形三明治推进剂、制备模具及制备方法技术

本发明专利技术一种多层圆柱形三明治推进剂、制备模具及制备方法，属于复合固体推进剂高压燃烧机理研究技术领域；推进剂为圆柱形结构，从内到外依次包括高氯酸铵圆柱、小高氯酸铵圆环和大高氯酸铵圆环，各部分之间通过填充粘合剂固定。制备模具包括小圆环模具和大圆环模具，小圆环模具用于制备小高氯酸铵圆环，大圆环模具用于制备高氯酸铵圆柱和大高氯酸铵圆环；该模具通过更换不同直径的实芯圆柱和压制高氯酸铵圆环部件实现不同直径高氯酸铵圆柱和大高氯酸铵圆环的压制。本发明专利技术以高氯酸铵理论密度为基准，计算出高氯酸铵圆柱、大、小高氯酸铵圆环达到理论密度时的高度，有效解决了片状三明治推进剂中难以控制高氯酸铵片压实密度的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种多层圆柱形三明治推进剂、制备模具及制备方法


[0001]本专利技术属于复合固体推进剂高压燃烧机理研究
，具体涉及一种多层圆柱形三明治推进剂、制备模具及制备方法。

技术介绍

[0002]提高固体火箭发动机的工作压强成为提高比冲的一种重要途径。然而，当工作压强提高时，推进剂会发生燃速突变，且压强指数大于1，使发动机工作不稳定。高压下推进剂的燃烧火焰更加靠近燃面，对燃面的热反馈增强，并且由于各组分燃烧特性的差异，推进剂燃面微观结构也发生改变，进而改变了气固两相的传热传质机制。通过对多层圆柱形三明治推进剂高压熄火燃面微观结构的研究，揭示固体推进剂的高压燃烧机理，这对于高压强发动机的应用具有重要的指导意义。
[0003]文献“AIAA Propulsion and Energy 2019 Forum会议2019年8月19
‑
2019年8月22日的Manufacturing and Burning of Composite高氯酸铵/HTPB/高氯酸铵Laminate Propellants”公开了一种圆柱状高氯酸铵(高氯酸铵)片压制方法，压制装置主要由冲头、带圆孔的圆柱形钢模和底座组成。压头/模具部件均由A10工具钢制造，在压制之前用丙酮和钢丝球清洁模具，并涂润滑剂(PTFE脱模剂)。当压制时，将一定量的高氯酸铵加入到模具中，然后使用可编程的Carver M
‑
NE3890液压机对模具施加12000lb
f
的力，恒压1h后获得密度较高的圆柱形高氯酸铵片，最后对圆柱形高氯酸铵片进行切割得到片状高氯酸铵层，并通过在高氯酸铵片上粘贴不同胶带层数来控制粘合剂的厚度，从而制备不同粘合剂厚度的层状三明治推进剂。
[0004]文献公开的圆柱形高氯酸铵片制备方法存在以下3点缺陷：
[0005]1、层状三明治强度较低，在快速降压熄火过程中易被高压气流带走，与燃烧器碰撞发生破碎，难以获得完整的熄火燃面。
[0006]2、文献中通过叠加固定厚度的纸胶带来控制粘合剂层厚度，但纸胶带厚度薄，在加粘合剂过程中难以做到对粘合剂层厚度的精确控制。
[0007]3、带圆孔的圆柱形钢模无法拆卸，在取圆柱形高氯酸铵片的时候易导致高氯酸铵片破裂，并且模具上的脱模剂也会对三明治推进剂的燃烧性能产生影响。
[0008]因此，层状三明治推进剂粘合剂和高氯酸铵片的厚度均难以精确调控，并且强度较低，在快速降压过程中易破碎，因此通过层状三明治推进剂的高压熄火燃面来研究推进剂高压燃烧机理较为困难。

技术实现思路

[0009]要解决的技术问题：
[0010]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种多层圆柱形三明治推进剂、制备模具及制备方法，制备了一种强度较高、粘合剂和高氯酸铵厚度可精确调控及易脱模的多层圆柱形三明治推进剂。将不同厚度高氯酸铵环自由组合并加入粘合剂制备多层圆柱形三
明治，然后通过降压熄火实验获取圆柱形三明治推进剂的高压熄火燃面，深入研究复合固体推进剂的高压燃烧机理。
[0011]本专利技术的技术方案是：一种多层圆柱形三明治推进剂，其特征在于：所述推进剂为圆柱形结构，从内到外依次包括高氯酸铵圆柱、小高氯酸铵圆环和大高氯酸铵圆环，各部分之间通过填充粘合剂固定，构成多层圆柱形三明治推进剂。
[0012]一种多层圆柱形三明治推进剂的制备模具，其特征在于：包括小圆环模具和大圆环模具，小圆环模具用于制备小高氯酸铵圆环，大圆环模具用于制备高氯酸铵圆柱和大高氯酸铵圆环；
[0013]所述大圆环模具包括环形压头座1、可拆卸实芯圆柱2、可拆卸长圆环3、大尺寸可拆空芯模具4、空芯圆柱5、可拆卸短圆环6、带定位的实芯底座7；所述环形压头座1为圆柱体，其内端面上同轴开有螺纹孔和第一环形凹槽，所述第一环形凹槽的外侧槽周面上开有内螺纹；所述可拆卸实芯圆柱2为一端开有外螺纹的圆柱杆，通过外螺纹安装于环形压头座1的螺纹孔内；所述可拆卸长圆环3为开有中心通孔的圆柱体，其一端外周面开有外螺纹，通过外螺纹同轴安装于环形压头座1的第一环形凹槽内；所述带定位的实芯底座7为圆柱体，其内端面上同轴开有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽的外侧槽周面上开有内螺纹；所述可拆卸短圆环6为开有中心通孔的圆柱体，其一端外周面开有外螺纹，通过外螺纹同轴安装于带定位的实芯底座7的第二环形凹槽内；所述空芯圆柱5为开有中心通孔的圆柱体，一端同轴套装于可拆卸实芯圆柱2与可拆卸长圆环3之间，另一端同轴插入可拆卸短圆环6内，两端均为间隙配合；所述大尺寸可拆空芯模具4同轴安装于可拆卸长圆环3和可拆卸短圆环6的外围，一端与环形压头座1的内端面接触，另一端与带定位的实芯底座7的内端面接触；由可拆卸实芯圆柱2的底端、空芯圆柱5的内周面、及带定位的实芯底座7的内端面构成压制高氯酸铵圆柱的腔体，由空芯圆柱5的外周面、可拆卸长圆环3和可拆卸短圆环6未设置螺纹端的端面、及大尺寸可拆空芯模具4的内周面构成压制大高氯酸铵圆环的腔体；
[0014]所述小圆环模具包括环形压头8、小尺寸可拆空芯模具9、实芯圆柱10、环形底座11，所述环形压头8和环形底座11结构相同，且同轴对称设置于小圆环模具的两端；环形压头8为圆板结构，其内端面上同轴设置有圆环凸起；所述实芯圆柱10为圆柱体，一端同轴插入环形压头8的圆环凸起内，另一端同轴插入环形底座11的圆环凸起内，两端均为间隙配合；所述小尺寸可拆空芯模具9同轴安装于环形压头8和环形底座11的圆环凸起外围，一端与环形压头8的内端面接触，另一端与环形底座11的内端面接触；由实芯圆柱10的外周面、环形压头8和环形底座11的圆环凸起的端面、及小尺寸可拆空芯模具9的内周面构成压制小高氯酸铵圆环的腔体。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述带定位的实芯底座7的内端面上沿中心轴设置有凸起，该凸起的直径小于可拆卸短圆环6的内径，使得所制备的高氯酸铵圆柱底部在压制过程中形成小孔，有利于三明治推进剂固化过程中高氯酸铵圆柱的稳定性。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述大尺寸可拆空芯模具4由两个结构相同的半圆环构成，所述半圆环的两侧沿径向延伸出连接耳片，两个半圆环通过两端的连接耳片连接为一体式圆环结构。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：所述小尺寸可拆空芯模具9由两个结构相同的半圆环构成，所述半圆环的两侧沿径向延伸出连接耳片，两个半圆环通过两端的连接耳片连接
为一体式圆环结构。
[0018]本专利技术的进一步技术方案是：所述环形压头8和环形底座11的圆环凸起的外径小于大尺寸可拆空芯模具4的内周面直径。
[0019]本专利技术的进一步技术方案是：所述环形压头8的圆环凸起轴向高度大于和环形底座11的圆环凸起轴向高度。
[0020]一种多层圆柱形三明治推进剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
[0021]步骤一：称取若干份同等质量的高氯酸铵粉末，根据高氯酸铵的理论密度1.95g/cm3和可拆卸实芯圆柱2、可拆卸长圆环3和空芯圆柱5的横截面积，计算高氯酸铵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层圆柱形三明治推进剂，其特征在于：所述推进剂为圆柱形结构，从内到外依次包括高氯酸铵圆柱、小高氯酸铵圆环和大高氯酸铵圆环，各部分之间通过填充粘合剂固定，构成多层圆柱形三明治推进剂。2.一种权利要求1所述多层圆柱形三明治推进剂的制备模具，其特征在于：包括小圆环模具和大圆环模具，小圆环模具用于制备小高氯酸铵圆环，大圆环模具用于制备高氯酸铵圆柱和大高氯酸铵圆环；所述大圆环模具包括环形压头座(1)、可拆卸实芯圆柱(2)、可拆卸长圆环(3)、大尺寸可拆空芯模具(4)、空芯圆柱(5)、可拆卸短圆环(6)、带定位的实芯底座(7)；所述环形压头座(1)为圆柱体，其内端面上同轴开有螺纹孔和第一环形凹槽，所述第一环形凹槽的外侧槽周面上开有内螺纹；所述可拆卸实芯圆柱(2)为一端开有外螺纹的圆柱杆，通过外螺纹安装于环形压头座(1)的螺纹孔内；所述可拆卸长圆环(3)为开有中心通孔的圆柱体，其一端外周面开有外螺纹，通过外螺纹同轴安装于环形压头座(1)的第一环形凹槽内；所述带定位的实芯底座(7)为圆柱体，其内端面上同轴开有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽的外侧槽周面上开有内螺纹；所述可拆卸短圆环(6)为开有中心通孔的圆柱体，其一端外周面开有外螺纹，通过外螺纹同轴安装于带定位的实芯底座(7)的第二环形凹槽内；所述空芯圆柱(5)为开有中心通孔的圆柱体，一端同轴套装于可拆卸实芯圆柱(2)与可拆卸长圆环(3)之间，另一端同轴插入可拆卸短圆环(6)内，两端均为间隙配合；所述大尺寸可拆空芯模具(4)同轴安装于可拆卸长圆环(3)和可拆卸短圆环(6)的外围，一端与环形压头座(1)的内端面接触，另一端与带定位的实芯底座(7)的内端面接触；由可拆卸实芯圆柱(2)的底端、空芯圆柱(5)的内周面、及带定位的实芯底座(7)的内端面构成压制高氯酸铵圆柱的腔体，由空芯圆柱(5)的外周面、可拆卸长圆环(3)和可拆卸短圆环(6)未设置螺纹端的端面、及大尺寸可拆空芯模具(4)的内周面构成压制大高氯酸铵圆环的腔体；所述小圆环模具包括环形压头(8)、小尺寸可拆空芯模具(9)、实芯圆柱(10)、环形底座(11)，所述环形压头(8)和环形底座(11)结构相同，且同轴对称设置于小圆环模具的两端；环形压头(8)为圆板结构，其内端面上同轴设置有圆环凸起；所述实芯圆柱(10)为圆柱体，一端同轴插入环形压头(8)的圆环凸起内，另一端同轴插入环形底座(11)的圆环凸起内，两端均为间隙配合；所述小尺寸可拆空芯模具(9)同轴安装于环形压头(8)和环形底座(11)的圆环凸起外围，一端与环形压头(8)的内端面接触，另一端与环形底座(11)的内端面接触；由实芯圆柱(10)的外周面、环形压头(8)和环形底座(11)的圆环凸起的端面、及小尺寸可拆空芯模具(9)的内周面构成压制小高氯酸铵圆环的腔体。3.根据权利要求2所述多层圆柱形三明治推进剂的制备模具，其特征在于：所述带定位的实芯底座(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡松启，韩进朝，刘林林，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：