复合改性双基推进剂的稳态燃烧特点

复合改性双基推进剂是以双基组元为黏合剂， 通过加入氧化剂和金属燃烧剂而制成的。从结构上看， CMDB仍属于复合推进剂的范畴， 但燃烧性能有其自己的特点。 关于这类推进剂的燃烧机理研究远不如双基和复合推进剂那样深入， 这里仅简要介绍复合改性双基推进剂AP／CMDB和HMX／CMDB的稳态燃烧特点。

1.AP／CMDB推进剂的稳态燃烧特点

1976年日本学者久保田 （N.Kubota） 等人通过显微照相和温度测量， 观察了DB基体和加有AP晶粒的DB基体的火焰结构及其温度分布。 根据观察结果， 提出以下稳态燃烧模型。

（1） 无AP氧化剂DB基体的火焰结构与一般双基推进剂相同， 气相反应区仍由嘶嘶区、 暗区和发光的火焰区组成。 各区厚度随压强增大而减薄， 在高压下光亮的火焰区接近燃烧表面， 而当压强低于0.7MPa时发光火焰区消失。

（2） 加入AP晶粒 （18μm） 后， 发现在暗区内有许多来自燃烧表面的发光火焰流束。火焰流束的数目随AP含量的增加而增加， 当AP含量达到30％时， 暗区完全被发光火焰区所占据。 这些火焰流束是由AP在燃烧表面上分解形成的。

（3） 为了更好地观察火焰结构， 将AP晶粒直径加大到3mm。 发现AP晶粒上方出现低发光度的半透明浅蓝色火焰，其周围有浅黄色的发光火焰流束。前者是由AP分解产物NH3和HCl O4形成的火焰，后者是AP分解产物与DB基体分解产物之间的扩散火焰。

（4） 在燃烧区的温度分布方面， AP／CMDB推进剂与DB基体的主要区别是嘶嘶区和暗区的温度梯度很大， 暗区的温度也高。 这可能是因为AP分解产物或AP预混火焰产物与DB分解产生的富燃气体之间的扩散提高了嘶嘶区和暗区的含氧量， 使反应速度和反应区温度随之增加， 因而两区的放热量增大。 含大颗粒 （150μm） AP的AP／CMDB推进剂在嘶嘶区和暗区内还有较大的温度脉动， 这是因为对相同的AP含量， 粒度大则单位体积推进剂内AP颗粒数减少， AP颗粒的间隔增大， 导致AP／DB扩散火焰周期性发生。

（5）AP／CMDB推进剂的燃速随AP含量增加、 粒径减小而增大， 当AP含量低于10％时， AP／CMDB推进剂的燃速与DB基体没有明显差别。

根据上述稳态燃烧过程特点， AP／CMDB推进剂的火焰结构应由DB预混火焰、 AP分解火焰和AP／DB扩散火焰组成 （图3-8）。

图3－8 AP／CMDB推进剂的火焰结构示意图

2.HMX／CMDB推进剂的稳态燃烧特点

HMX不同于AP， 其氧平衡为-21.6％， 是一种负氧炸药。 因此， 在DB中加入HMX不能为DB提供多余的氧， 燃烧时不能产生扩散火焰。 实验表明， HMX／CMDB推进剂的稳态燃烧过程有以下特点：

（1） 在DB基体中加入HMX后， 火焰区结构没有发生变化， 未发现扩散火焰流束， 暗区厚度亦未变化。

（2） 加入的小颗粒 （200μm） HMX在燃烧表面上分解、 升华和气化后， 在DB发光火焰区内燃烧， 该区亮度明显增强。 但是， HMX对燃烧表面的传热没有产生影响。 实验还发现， 嘶嘶区的温度梯度不但没有增加， 反而有所降低。 暗区温度仅有1000～1500K， 而HMX单元推进剂的火焰温度为3275K， 这说明HMX的反应并没有在暗区中发生。

（3）HMX／CMDB推进剂的燃速比DB推进剂低， 且燃速随HMX含量的增大而降低。 这是因为HMX在燃烧表面上的净放热量约为DB的50％， 同时嘶嘶区的温度梯度也因HMX的加入而有所降低， 这些因素都使燃烧表面得到的热量减少， 从而使燃速降低。