双基推进剂

双基 （double base， DB） 推进剂是一种均质推进剂， 其主要组元是硝化棉 （NC） 和硝化甘油 （NG）。 双基推进剂的能量虽然不如复合推进剂高， 但其燃烧产物烟少， 不产生有腐蚀性的HCl， 对雷达等电子设备干扰小， 能加工成各种复杂形状或肉厚很薄的装药， 生产效率高。 因此， 双基推进剂在中小型发动机中得到了广泛应用。 双基推进剂药柱的传统制造工艺是压伸法成型， 适用于制造中小型火箭装药， 工艺成熟， 可以连续大批量自动化生产。 双基推进剂的浇注法是为制造大尺寸药柱而发展的成型工艺， 能制出直径0.7～1m以上、 药型复杂的大型装药。

硝化棉是一种经过硝化的纤维素， 其酯化程度习惯上用含氮量表示。 不同含氮量的硝化棉化学分子式不同， 燃烧反应也就不同。 几种不同含氮量硝化棉的燃烧反应如下：

w（N）＝13.45％：C24H29O9（ONO2）11→12CO2＋12CO＋8.5H2＋5.5N2＋6H2O

w（N）＝12.75％：C24H30O10（ONO2）10→10CO2＋14CO＋9H2＋5N2＋6H2O

w（N）＝11.11％：C24H32O12（ONO2）8→6CO2＋18CO＋10H2＋4N2＋6H2O

可见，含氮量越多，燃烧产物中的可燃物CO和H2越少，最终产物CO2和N2越多，这表示燃烧越完全， 放出热量越多。 但是， 含氮量越高， 硝化棉的可溶性就越差。 国产双基推进剂一般采用含氮量为11.8％～12.1％的弱棉， 美国JPN型双基推进剂使用的是含氮量13.0％以上的强棉。

硝化棉吸收硝化甘油被溶化后， 其分子成为推进剂的基体或骨架， 赋予装药药柱一定的机械强度。 双基推进剂中的硝化棉含量一般为50％～60％， 适当增加硝化棉含量可提高推进剂的抗拉强度和弹性模量。 由此可见， 硝化棉是双基推进剂中的主要能源之一， 并具有保证装药机械强度的作用。

硝化甘油是甘油与硝酸作用的产物，分子式为C3H5（ONO2）3，本身是一种高威力的液体炸药， 对机械振动和冲击作用非常敏感， 容易引起爆炸。 硝化甘油在150℃～160℃时将着火，220℃时即爆炸。 硝化甘油燃烧时放出大量热量， 并生成大量气体， 其中含有一部分自由氧可供给缺氧的硝化棉， 提高硝化棉的燃烧完全性。 因此， 硝化甘油在推进剂中既是硝化棉的溶剂又是能源。 硝化甘油和硝化棉可形成固态溶液， 硝化甘油充填于硝化棉大分子间， 削弱了大分子间的作用力， 因而增加了硝化棉的柔软性和可塑性， 便于加工成型， 并使推进剂具有一定的力学性能。

增加硝化甘油含量可提高推进剂的能量， 但含量过高时， 不仅会增加加工的危险性， 而且会造成 “汗析”， 使推进剂的贮存性能变坏。 因此， 综合各方面因素， 硝化甘油含量一般不大于43.5％。 国产双基推进剂的硝化甘油含量一般在25％～30％。

硝化二乙二醇对硝化棉的胶化能力高于硝化甘油， 也可作为双基推进剂的主溶剂， 已部分或完全取代硝化甘油。 硝化二乙二醇是一种无嗅的液体， 挥发性比硝化甘油大， 用作炸药时威力比硝化甘油小。 硝化二乙二醇是贫氧化合物， 能量比硝化甘油低， 用其制成的双基推进剂的能量低于采用硝化甘油的推进剂。 但是， 这种双基推进剂的气体生成量较大， 更适用于燃气发生器。

双基推进剂除了上述主要组元外， 还有许多其他微量组元， 如增加硝化棉在主溶剂中溶解度的助溶剂， 削弱硝化棉大分子间的作用力、 增加塑性、 降低推进剂低温脆性的增塑剂，减缓和抑制硝化棉和硝化甘油分解、 使推进剂在长期贮存中保持其化学性质不变的化学安定剂， 保证在低温下能稳定燃烧的燃烧稳定剂， 以及调节推进剂燃速的燃烧催化剂等。 燃烧催化剂和稳定剂还能调节燃速与压强之间的关系以及燃速对初温的敏感性。 虽然这些微量组元的含量通常只有1％～4％， 但对改善发动机的内弹道性能有着重要的作用， 因此又称之为“弹道改良剂”。