[科普中国]-低燃速推进剂

历史背景

为了使火箭由更大的运载能力，就得提高火箭的性能。上世纪80年代特别重视提高第三级或第四级固体火箭发动机的性能。通常，用两个指标表征火箭的性能：一是比推力，它是能从推进剂中获得多大能力的指标；另一个是质量比，它是一个表示结构减轻程度的指标，通常是推进剂质量同火箭质量之比。尽管对其所进行的研究和发展工作都是为了提高这两个指标，但这两个指标却总是矛盾和相互制约的。因此，只能按照火箭的不同用途来确定这两个指标。1

提高火箭的比推力，就要使温度更高、分子量更小的气体以更高的速度运动。对于固体火箭来讲，曾先后进行了一些卓有成效的研究，即通常采用添加铝粉一类金属燃料来提高燃气温度，或者采用降低燃气分子量的办法。不过，喷管材料和推进剂的物理性质实际上都受到一定的限制，因此这种技术的发展已趋于极限，结果其性能很难大幅度地提高。在此情况下，只得通过加大最终燃气排速来提高比推力。这种想法可以通过采用大膨胀比的喷管裙部来实现。可是，如果增大喷管裙部的直径，势必就要增加火箭的种类，从而会降低质量比这个指标。1

一般来说，缩小喷管直径就会使燃烧室的压力增大，随之就得加强燃烧室的强度并增加燃烧室的重量。这样，同样会降低其质量比。若能用少量添加剂大幅度地减低燃烧速度，则在通常燃烧压力（40kg/cm²）下缓慢燃烧时就可以使燃气在不增加发动机质量的条件下充分膨胀，以提高膨胀比这一数据。由此可知，研制低燃速的固体推进剂是提高固体火箭性能的一个途径。1

双基低燃速推进剂低燃速推进剂主要用于各类燃气发生器，用于各类制导武器的控制系统，随着远程打击、精确制导发展的需求，要求燃气发生器工作时间长，燃气洁净，燃气温度低。双基低燃速推进剂具有压强指数小、燃气洁净、性能稳定的特点，可用于各类燃气发生器。燃气发生器对推进剂的燃烧性能要求高，因此燃烧性能调节技术显得十分关键。2

降低双基推进剂燃速可以通过在配方中加入降速剂实现，最常用的降速剂有共聚甲醛、蔗糖八醋酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、RDX和HMX等。国内外在低燃速推进剂配方中多采用一种降速剂，主要采用燃烧催化剂来降低压强指数，对既能降低燃速又能降低压强指数的复合降速剂研究较少。2

低燃速推进剂点火研究姿控发动机药柱通常采用低燃速推进剂，当其燃速在4mm/s以上时，相关试验表明，采用高能烟火剂做点火药，能够可靠点燃主装药。当推进剂燃速在1mm/s以下时，如果只采用高能烟火剂（BPN-1）的常规点火方案，就不能点燃主装药，原因是这种推进剂的点火性能很差，不易点燃。这使得这种低燃速推进剂的点火问题成为姿控发动机研制中的技术关键。相关进一步试验研究表明，采用高能烟火剂、黑火药和缓燃推进剂等多种点火药的复合点火方案，可以有效解决低燃速固体推进剂的点火问题，实现正常点火。3