[科普中国]-无烟推进剂

发展背景

固体火箭技术的发展正越来越多地受到环境保护法规的影响。不仅如此，就导弹本身而言，也要求发动机羽烟对制导系统的干扰小、避免暴露导弹本身和发射位置，从而提高制导精度、可靠性以及武器本身的生存能力。60年代以来，各国相继开展了无烟推进剂的研究。2

固体火箭发动机羽烟中的烟雾主要有以下三种：推进剂贫氧燃烧时产生的碳及碳氢化合物（黑烟），含铝和金属盐类的推进剂燃烧生成燃气中的金属氧化物微粒和使用含卤氧化剂（如过氯酸胺）时燃气中的氯化氢（白烟）。羽烟中的自由电子密度是影响无线电和微波衰减程度的主要因素。研究表明，碱金属杂质和铝的含量越高，衰减也越严重；另外，二次燃烧使喷焰温度升高，自由电子密度增大，也是造成衰减的原因之一。2

简介无烟推进剂，其燃气中既没有或只有少量一次烟雾，又不允许有二次烟雾。其中的“少量一次烟雾”，主要指少量催化剂或稳定剂燃烧形成的烟，原则上不包含铝粉。关于“无烟”的定量概念，英法多年来一直认为，当电磁波束沿羽流轴向直接或以7°夹角入射羽流时，若有90%透过，则该羽流看作是“无烟”的，并以此检测羽流。

在推进剂无烟化的基础上，对无烟推进剂还有一个低信号的要求，这种排气信号是指发动机排气羽流产生的可见光、红外和紫外频谱的辐射。当辐射强烈时，对导弹的光学和无线电频率通信有影响，且增加了导弹的可探测性；在夜间也会影响飞机驾驶员的目视能力。

由于不允许加人铝粉，所以使无烟推进剂的能量水平受到很大的限制。一般说来，其理论比冲均2452N·s/kg以下。高于此水平时，就得大幅度地提高硝胺的含量，或者加入适量的AP（高氯酸铵）。1

无烟推进剂双基推进剂双基推进剂主要是由硝化棉和硝化甘油所组成，烟的来源主要是燃烧产物中的金属氧化物粒子，它是由作为催化剂和稳定剂的金属化合物燃烧而得，由于配方中催化剂和稳定剂的量很少（一般5% 以下），因此这种推进剂一般肉眼可见的烟不大，但有时还不能满足制导的需要。对于这类推进剂无烟化有三条途径3：

减少推进剂配方中金属化合物的含量；

为提高无线电波的透过率，配方中不使用电离能低的元素化合物；尽量减少原材料中 K 和 Na 元素的含量；

添加净化剂。

改性双基推进剂在双基推进剂的基础上加入高氯酸铵及铝粉等就构成了改性双基推进剂，由于它的能量比双基推进剂高，因此得到了广泛的应用。为了使这类推进剂无烟化，除了采用双基推进剂的三条无烟化途径外，主要是不使用产生 HCl 白烟的高氯酸铵，而用硝酸铵、黑索今、奥克托今等不含氯元素的化合物取代之3。

复合推进剂复合推进剂一般是由大量的高氯酸铵、一定量的铝粉及高分子粘合剂所组成。它的无烟化途径与改性双基推进剂相似。对于复合推进剂若不用高氯酸铵作氧化剂而用含氧较少的硝酸铵作氧化剂则能量较低，因此往往同时加入像四（三硝基乙基）原酸酯那样的富氧组分以保证燃烧完全及较高的比冲3。