HAN基ECSP凝胶模型的构建与分子动力学模拟 被引量：2

1

作者 李门 李天鹏 +2 位作者 郭爱强 刘建国 高欣宝 《装备环境工程》 CAS 2024年第2期28-36,共9页

目的从微观分子的角度对硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSP)的性能参数进行模拟与计算。方法利用分子表面静电势(ESP)对HAN分子2种可能的构型进行优化和稳定性分析。通过真空非周期性分子... 目的从微观分子的角度对硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSP)的性能参数进行模拟与计算。方法利用分子表面静电势(ESP)对HAN分子2种可能的构型进行优化和稳定性分析。通过真空非周期性分子动力学模拟得到聚乙烯醇(PVA)分子稳定构型,并以HAN基ECSP的主要成分按一定比例构建凝胶模型。基于RESP(Restrained Electrostatic Potential)电荷生成更准确的凝胶模型拓扑文件,并进行凝胶模型的分子动力学模拟、模型稳定分析以及模型参数计算。结果凝胶模型总能量相对平均值的周期性波动不超过7%。由于三维PVA链的包裹,H_(2)O分子的扩散系数被大幅削弱。氢键分析和径向分布函数表明氢键键长主要分布在0.2826 nm附近,PVA与H_(2)O间的氢键较少,H_(2)O与HAN、H_(2)O与H_(2)O之间的氢键较多。模型密度为1.405 g/cm^(3),与实验值吻合度高。在283、293、303 K下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量依次降低,剪切模量先增后减。在15 K/600 ps冷却速率下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量和剪切模量均增大。结论ECSP制备结束后,冷却过程中的环境温度不宜过高,否则容易造成ECSP力学性能的快速下降,快速冷却可以提高ECSP的力学性能。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 硝酸羟胺 聚乙烯醇 凝胶模型 分子动力学模拟 力学性能 静电势

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ECSP制备及电控燃烧技术研究进展 被引量：1

2

作者 李门 李天鹏 高欣宝 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期155-163,共9页

电控固体推进剂(Electrically controlled solid propellant,ECSP)具有点火、燃速及熄火可由馈入电能进行调控的良好性能,而成为一种备受关注的新型推进剂。针对ECSP制备及电控燃烧技术的研究现状,以主氧化剂为分类依据介绍了已公开报... 电控固体推进剂(Electrically controlled solid propellant,ECSP)具有点火、燃速及熄火可由馈入电能进行调控的良好性能,而成为一种备受关注的新型推进剂。针对ECSP制备及电控燃烧技术的研究现状,以主氧化剂为分类依据介绍了已公开报道的三类ECSP配方及性能;概述了熔融浇注法和凝胶固化法两种ECSP制备技术路线并分析了其各自的优缺点;从导电机理、电化学分解、热分解三方面分析了ECSP电控燃烧机理;总结了ECSP电控燃烧性能表征试验及ECSP电控燃烧特点;分析了当前公开报道的ECSP电控点火装置的优缺点;最后总结和展望了ECSP在制备技术和电控燃烧机理研究方面的不足和可以深入开展的研究方向。 展开更多

关键词 固体推进剂 电控 制备技术 机理 密度泛函理论

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电控固体推进剂常压燃速与电能参数的响应关系研究

3

作者 黄印 彭圆坤 +6 位作者 张晢 贾宏福 翟隽杰 杨伯涵 李洪旭 张小平 庞爱民 《固体火箭技术》 北大核心 2025年第1期114-123,共10页

电控固体推进剂的燃烧性能研究主要集中在燃速与电压之间的响应特性,不足以准确描述其与外部电能参数的响应关系。选用代表性的硝酸盐HAN基和高氯酸盐PP基推进剂,采用位移传感器法研究了常压下电压、电流和功率等电能参数对推进剂燃速... 电控固体推进剂的燃烧性能研究主要集中在燃速与电压之间的响应特性,不足以准确描述其与外部电能参数的响应关系。选用代表性的硝酸盐HAN基和高氯酸盐PP基推进剂,采用位移传感器法研究了常压下电压、电流和功率等电能参数对推进剂燃速的影响以及不同填料配方的HAN基推进剂燃速与外部电能参数的响应关系,并对推进剂燃速与各电能参数的响应相关性分别进行数据拟合分析。结果表明,HAN基和PP基推进剂燃速与电压、电流和功率参数在多数情况下呈正相关关系,添加不同含量Al、AP或RDX的HAN基推进剂燃速与这些电能参数也呈现相同相关性;推进剂燃速与功率参数的响应相关性最佳,均高于同等条件下与电压或电流参数的响应相关性。功率是电能参数中影响电控固体推进剂燃速的最主要因素。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 燃速 电能参数 位移传感器法

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智能弹药用新型电控固体推进剂的研究进展 被引量：1

4

作者 夏旭 付小龙 +1 位作者 胡少青 赵昱 《火炸药学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期287-304,共18页

针对当前固体火箭发动机无法重复启停、难以实现推力可控等需求,结合固体火箭和液体火箭的优点,国内外研究机构探究了一种具有重复点火与熄火、燃烧速度可调、输出能量可控的电控固体推进剂。系统介绍了新型电控固体推进剂领域的国内外... 针对当前固体火箭发动机无法重复启停、难以实现推力可控等需求,结合固体火箭和液体火箭的优点,国内外研究机构探究了一种具有重复点火与熄火、燃烧速度可调、输出能量可控的电控固体推进剂。系统介绍了新型电控固体推进剂领域的国内外研究现状,首先,总结了国内外各类电控固体推进剂(硝酸铵基、硝酸羟胺基、高氯酸锂基)的发展,以及在微推、炮弹点火器和固体发动机方面的应用情况;其次,概述了配方组分、电压、电流、外界环境温度和压强等因素对电控固体推进剂的燃速、点火延迟时间以及力学性能的影响;然后,分析了电控固体推进剂的启停机理,介绍了硝酸铵羟胺和高氯酸锂基电控固体推进剂的反应机理;最后,对电控固体推进剂的未来发展进行了展望,指出未来仍需重点研究的方向:加强电控固体推进剂制备工艺放大研究;设计新型电敏氧化剂,解决高压下无法可控燃烧的问题;开展大尺寸电控固体发动机试验研究;通过数值模拟进一步揭示电能与推进剂燃烧耦合效应。附参考文献62篇。 展开更多

关键词 应用化学 电控固体推进剂 ecsp 启停机理 智能弹药

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电控固体推进剂的燃烧波结构和焦耳热增强燃烧模型

5

作者 鲍立荣 张伟 +1 位作者 王志文 沈瑞琪 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期161-170,共10页

为了明确电控固体推进剂(ECSP)燃烧性能的影响因素,揭示其燃速可调机理,利用燃烧波测试装置对硝酸羟胺(HAN)基ECSP的火焰结构进行了研究并且划分了燃烧波结构,基于燃烧波结构建立了推进剂的燃烧模型,计算了推进剂燃烧波内各区域的温度分... 为了明确电控固体推进剂(ECSP)燃烧性能的影响因素,揭示其燃速可调机理,利用燃烧波测试装置对硝酸羟胺(HAN)基ECSP的火焰结构进行了研究并且划分了燃烧波结构,基于燃烧波结构建立了推进剂的燃烧模型,计算了推进剂燃烧波内各区域的温度分布,根据燃面上的热平衡方程推导出了受加载电压、初始温度和环境压强等共同影响的推进剂燃速表达式,同时对该燃烧模型进行了验证与分析。结果表明:电压作用下,HAN基ECSP的燃烧波结构可以划分为预热区、电化学-热化学反应区、暗区、预混反应区和燃烧产物区五个部分,其中预热区、电化学-热化学反应区内的理论温度在变化趋势上和实测温度保持较好的一致性,随着加载电压增加上述两区域的厚度变薄。不同初始温度和环境压强下,燃速测试结果与理论计算结果的平均误差分别为10.9%和9.4%。加入导电石墨和铝粉可以分别从增加推进剂的电导率和能量释放两方面提高燃速,与ECSP燃烧模型预示的燃速变化趋势一致。本文建立了推进剂的焦耳热增强燃烧模型,验证了燃烧模型的准确性。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 硝酸羟胺 燃烧波结构 焦耳热 燃烧模型

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电控固体推进剂热分解和燃烧性能研究 被引量：18

6

作者 胡建新 李洋 +2 位作者 何志成 段炼 冯浩 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2588-2594,共7页

针对能实现多次启动和推力可控的固体火箭发动机需求,研究了成型过程快、钝感、电控性能好和贮存稳定的离子盐电控固体推进剂(ECSP)热分解和燃烧性能。采用同步热分析仪(TGDSC)、钨铼微热电偶、单幅照相技术和扫描电镜-能谱仪,研究了ECS... 针对能实现多次启动和推力可控的固体火箭发动机需求,研究了成型过程快、钝感、电控性能好和贮存稳定的离子盐电控固体推进剂(ECSP)热分解和燃烧性能。采用同步热分析仪(TGDSC)、钨铼微热电偶、单幅照相技术和扫描电镜-能谱仪,研究了ECSP的热分解特性、燃烧波温度分布、熄火表面形貌以及元素分布。结果表明:ECSP的热分解过程中依次发生PVA分解反应、PVA分解产物与LiClO4强烈相互作用,其中小组分添加剂加快了PVA分解;其燃烧区域分为预热区、凝相反应区、气相反应区;电点火到稳态燃烧过程为:通入电流加热推进剂,ECSP开始点火,释放出大量的热和可燃性气体,产生初步火焰;热解产生的气相产物在气相区域进一步燃烧,同时大量熔岩状明亮颗粒在热分解气流作用下从燃面逸出,在气相区域燃烧并发出明亮的光。本文提出了ECSP的燃烧过程,为该类推进剂燃烧物理模型奠定基础。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 同步热分析仪 热分解 燃烧波 火焰结构

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HAN基电控固体推进剂的热分解和电导率特性 被引量：18

7

作者 鲍立荣 张伟 +3 位作者 陈永义 陈苏杭 沈瑞琪 叶迎华 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期743-748,共6页

为了揭示硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(ECSP)可靠点火和燃烧调控机理,采用热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)联用技术和阻抗-频率扫描方法分别研究了ECSP的热分解行为、热分解产物以及压力与温度对电导率的影响。结果表明:与纯HAN溶... 为了揭示硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(ECSP)可靠点火和燃烧调控机理,采用热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)联用技术和阻抗-频率扫描方法分别研究了ECSP的热分解行为、热分解产物以及压力与温度对电导率的影响。结果表明:与纯HAN溶液相比,ECSP的热稳定性提高,初始分解温度提高11℃,高温放热峰峰温后移24℃,热分解历程变长。结合ECSP的热分解行为与产物质谱曲线,发现HAN基ECSP的热分解历程主要分为三步:HAN发生热分解反应;HAN的热分解产物和未分解的HAN与聚乙烯醇(PVA)发生相互作用;ECSP中剩余其他组分发生热分解。ECSP的电导率在低频率范围(0~1000 Hz)内急剧增加,但随着频率的增加,在高频率范围(大于1000 Hz)内趋于恒定。随着压强和温度的增加,ECSP的电导率增加。当温度增加到150℃时,ECSP在高频率范围的电导率与125℃时相比降低2.92%。 展开更多

关键词 硝酸羟胺(HAN) 电控固体推进剂(ecsp) 热分解 电导率

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HAN基电控固体推进剂电热耦合特性及燃烧特性实验研究 被引量：9

8

作者 鲍立荣 汪辉 +7 位作者 王志文 谢海明 向书杰 张伟 张晓军 黄寅生 沈瑞琪 叶迎华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1410-1417,共8页

为了探究HAN基电控固体推进剂(ECSP)的电热耦合特性和燃烧性能,通过改变施加电压和环境压力对ECSP进行燃烧性能测试。在ECSP燃烧性能测试装置中采用电压、电流探头记录燃烧过程中通过推进剂的电压和电流,利用高速摄影仪记录推进剂的燃... 为了探究HAN基电控固体推进剂(ECSP)的电热耦合特性和燃烧性能,通过改变施加电压和环境压力对ECSP进行燃烧性能测试。在ECSP燃烧性能测试装置中采用电压、电流探头记录燃烧过程中通过推进剂的电压和电流,利用高速摄影仪记录推进剂的燃烧过程,借助法拉第电化学分解定律计算推进剂理论电化学分解质量在总燃烧消耗质量中的占比,分析电压和压力对推进剂燃速和质量损失的影响,同时拟合出ECSP燃速(r)与功率(P)和压力(p)的经验公式。结果表明:随着电压和压力的增加,ECSP理论电化学分解质量和实际燃烧质量增加,电解质量占比降低,燃速和质量损失增加。在ECSP的可控燃烧范围内,其燃速与功率和压力满足r=0.0105P0.705p0.251。本文得到了热分解反应在ECSP的燃烧过程中占主导地位是高压力下造成推进剂不可控燃烧的主要原因,为揭示ECSP的燃烧可控机理提供理论基础。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 电热耦合特性 燃烧性能 电化学分解 热分解反应

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电控固体推进剂制备方法及性能研究进展 被引量：5

9

作者 何志成 夏智勋 +1 位作者 胡建新 马立坤 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1190-1199,I0005,共11页

电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSPs)具有通电燃烧、断电熄灭,燃速实时可调的特性,在微小型及大型固体火箭发动机领域中都具有良好的应用前景。总结了近年来国内外ECSPs的制备方法,主要为溶胀法、熔融混... 电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSPs)具有通电燃烧、断电熄灭,燃速实时可调的特性,在微小型及大型固体火箭发动机领域中都具有良好的应用前景。总结了近年来国内外ECSPs的制备方法,主要为溶胀法、熔融混合法、室温法、冷冻‑解冻法和3D打印法,综述了ECSPs热稳定性、电阻特性、点火及燃烧特性、老化特性及电弧烧蚀与羽流特性等研究进展,指出具有低毒、高比冲、高可控性的硝酸羟胺基电控固体推进剂及具有高熄火压强阈值的高氯酸盐基电控固体推进剂是目前研究重点,提出未来ECSPs的研究方向在于加强和完善ECSPs性能研究、开发ECSPs点火及燃烧性能测试装置和规范测试方法、提高ECSPs燃速特性以及深入研究ECSPs点火及燃烧机理,建立点火和燃烧模型等。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 制备方法 推进剂 含能材料

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微推进器电控固体推进剂常压点火燃烧效率影响因素研究 被引量：8

10

作者 黄印 张小平 +3 位作者 庞爱民 汪越 李洪旭 宋柳芳 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期703-713,共11页

采用内外同轴结构的微推进器作为电控固体推进剂工作载体,研究了电极材质、直径、工作电压、配方组分和电点火方式等对电控固体推进剂电点火燃烧效率的影响。结果表明,200 V时,采用钨丝电极有利于提高推进剂燃烧效率,不同钢材质电极对... 采用内外同轴结构的微推进器作为电控固体推进剂工作载体,研究了电极材质、直径、工作电压、配方组分和电点火方式等对电控固体推进剂电点火燃烧效率的影响。结果表明,200 V时,采用钨丝电极有利于提高推进剂燃烧效率,不同钢材质电极对推进剂燃烧效率影响不明显;250 V时,适当增加内电极直径,有利于增大燃烧面积,燃烧效率可提高到40%以上,但高电压容易导致推进剂断电后产生阴燃现象;微推进器尺寸和电点火方式对燃烧效率的影响要大于配方调整的影响,适当减小微推进器外径尺寸,有利于提高推进剂燃烧效率,最高可达80%以上;在总工作时间不变情况下,采用相同尺寸微推进器时,随着每个脉冲工作时间增加,推进剂燃烧效率增加。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 微推进器 燃烧效率 电极材质 电点火方式

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电控固体推进剂的点火、燃烧及熄灭特性研究进展 被引量：3

11

作者 李洋 夏智勋 +2 位作者 马立坤 那旭东 冯运超 《含能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期931-948,共18页

电控固体推进剂(electrically controlled solid propellant,ECSP)具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基E... 电控固体推进剂(electrically controlled solid propellant,ECSP)具有多次点火和燃速可控的特性,可广泛应用于从微观到宏观的推进系统。本文总结了国内外以硝酸铵、硝酸羟胺和高氯酸盐为氧化剂的ECSP的研究概况,重点综述了硝酸羟胺基ECSP和高氯酸盐基ECSP点火、燃烧及熄灭特性的研究进展,分析了电压、压强以及金属添加剂对ECSP燃速调节的影响规律,并讨论了电能在ECSP点火和燃烧过程的作用机制。同时为未来深入研究ECSP点火、燃烧及熄灭机理提出参考建议:开展ECSP固相和气相化学反应机理研究,建立点火、燃烧及熄灭模型和反应机理框架;系统研究电极排布和电极构型对ECSP燃烧效率的影响以及ECSP配方与导电性能之间的关系,寻求改善电极和推进剂界面电阻的方法。优选高性能ECSP配方,完善ECSP燃烧反应机理及燃速调节机制,提高ECSP压强阈值,是电控固体火箭发动机设计、应用和性能调控的关键。 展开更多

关键词 电控固体推进剂 点火特性 燃烧性能 硝酸羟胺基 高氯酸盐基 燃速调节

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