高分子与硝酸酯相互作用的模拟研究(2)
1绪论
1.1研究背景及意义
NEPE推进剂即硝酸酯增塑聚醚推进剂，它是以混合硝酸酯增塑的聚醚为黏合剂，填充奥克托金（HMX）、AP等固体氧化剂和金属燃料AL粉而组成的高能体系，它集改性双基推进剂和复合推进剂的优点于一身，具有能量高和低温力学性能好的优点。聚乙二醇（PEG）作为NEPE推进剂的黏合剂，其含量（质量分数6%~8%）虽然很低，但对推进剂的力学性能却起着至关重要的作用，故其作为NEPE推进剂的黏合剂在国内外得到广泛的应用。在微观结构上AP和AL颗粒呈现分散相分布，聚乙二醇黏合剂为连续相，固体颗粒与黏合剂的黏结状况是影响固体推进剂力学性能的关键因素。当推进剂受到一定载荷作用时容易出现“脱湿”现象，这对推进剂的力学性能、燃烧性能和储存性能十分不利，对黏结状况起决定作用的是黏合剂连续相与固体颗粒填料之间的界面行为[1]。以聚乙二醇为黏结剂，以硝化甘油（NG）和丁三醇三硝酸酯（BTTN）为增塑剂，通过分子动力学（MD）可以模拟计算不同温度下PEG和硝酸酯增塑剂混合体系，获得原子水平上粒子运动的平衡运动轨迹，进而探讨混合体系各组分相互作用机理，发现混合体系各组分相互作用的本质，求得混合能和基本热力学参数。
1.2推进剂简介
推进剂是一类为火箭发动机提供能源和工质的物质（工质是指吸收初始能源释放出来的能量从而使之做功的物质）。按照推进剂的物理状态可分为液体、固体和固液混合三种状态。目前用于军事的推进剂主要是固体推进剂。因为使用固体推进剂的固体火箭发动机具有结构简单、作用可靠、精度高、文护方便、发射准备时间短、使用安全等一系列优点，从而在各种火箭和导弹武器中占据了主导地位，特别是在战术火箭和导弹中使用更加的广泛。
固体推进剂是由氧化剂、燃料(可燃剂)和其他添加剂组成的固态混合物，按配方组成可分为
单基推进剂、双基推进剂、复合推进剂、改性双基推进剂等；按质地的均匀性分为均质推进剂(如单基、双基推进剂)和异质推进剂(如复合推进剂和改性双基推进剂)；按能量水平分为高能(比冲＞ 250 s)、中能(比冲为230-250 s)、低能(比冲＜ 230 s)推进剂；按特征信号分为有烟、微烟和无烟推进剂。在整个固体推进剂发展的过程中，黏合剂是贯穿其中的主线，也被认为是推进剂更新换代的重要标志，含能黏合剂、新型高能氧化剂、含能增塑剂的组合使用成为提高推进剂能量的最主要手段，目前世界各国都投入了大量的人力物力进行全面研发[2]。
1.2.1推进剂发展历史
从中国古代黑火药到1886年真正的无烟火药经历了漫长的发展过程，P. Vielle与A. Nobel为真正的固体推进剂的出现做出了重要贡献。1887 年首次出现了挤出双基推进剂(EDB)，20世纪40年代末出现了第一代复合推进剂聚硫橡胶推进剂，1942 年美国研制出沥青高氯酸钾复合推进剂，1944 年首次由美国加利福尼亚学院在Eaton Conyon(后来搬至中国湖)生产出第一个含AP 的EDB 推进剂。以后固体推进剂陆续经历了如图1.1所示的发展历程[2]。
在过去的1 0 年中，ATK公司、N A M M ORaufoss 公司广泛研究了优于HTPB/AP 推进剂的HTPE 低易损性推进剂，其本质上与改性NEPE、XLDB同属一类推进剂，并已在防空、助推器、高速动能弹等领域进入实用化研究阶段。该类推进剂主要使用低感度的含能增塑剂， 如TMETN、BTTN、Bu-NENA，氧化剂仍以AN、AP为主。
美国在对含镁、硼富燃料固体冲压发动机推进剂进行评估后， 转而选择固体碳氢推进剂
(ORP-2+N-100)/ZrH2/C为主攻方向，已用于Coyote 少烟推进剂。以美国、前苏联为代表的发达国家在大型固体发动机研制中大约也走过4个阶段[3]：20世纪50年代战略固体发动机主要采用金属材料壳体、丁羧(CTPB)推进剂、固定喷管等；70年代第二代发动机则大量采用复合材料壳体、丁羟(HTPB)推进剂，药型设计复杂，采用大喉径柔性单喷管实现推力矢量控制；80年代开始，第三代采用先进设计及试验仿真研究等方法，碳纤文壳体、高能推进剂、形式多样的柔性延伸喷管结构获得广泛应用，使得固体发动机技术实现大幅提高；目前国外战略固体发动机研制进入第四代，进一步向高能量密度比冲、综合性能优、可靠性水平高、低易损性、贮存寿命长、使用文修简便方向发展。
上一篇：酸性镀锌三价铬兰白钝化工艺研究