[科普中国]-双基推进剂

简介

双基推进剂的主要成分是硝化纤维和硝化甘油，它们的性能决定着双基推进剂的性能。双基推进剂的突出优点是质地均匀、结构均匀、再现性好，能满足战术火箭和导弹的需要。双基推进剂具有固体推进剂的一般性能，符合对固体推进剂的一般要求，即能量高，密度一般在1.54～1.65g/cm3，实际比冲一般为1666～2156N.s/kg；良好的燃烧性能、燃烧速度一般为5～40mm/s（6.86MPa），燃烧速度 压力指数可接近于零；良好的力学性能；良好的内弹道性能；工艺性能好；较好的安定性；原料来源广泛，价格低廉，经济性好，其他特殊要求，如少烟或无烟，爆温低，低燃烧速度等。

分类双基推进剂通常加入燃烧催化剂、制造工艺、燃烧性能和溶剂或助剂性质的不同可分为不同的类型。

按加入燃烧催化剂的不同区分

可分为不同的品号：加入石墨的称为双石推进剂（SS）；加入氧化铅的称为双铅推进剂（SQ）；加入氧化铅的称为双铅推进剂（SQ）；加入氧化钴的称为双钴推进剂（SG）；加入氧化镁的称为双芳镁推进剂（SFM）。这些推进剂统称普通双基推进剂。

按成型工艺不同可分成两种

一种是挤压成型或压伸成型（用螺旋式压伸机或柱塞式压伸机）工艺制成的推进剂称为压伸双基推进剂；另一种浇铸成型工艺制成的推进剂称为浇铸双基推进剂。

按燃烧性能区分

在不定期下的压力范围内实现燃速压力指数小于0.2并接近于零，产生平台燃烧的推进剂称双基平台推进剂；随着发动机工作时间的延长，推进剂燃速下降，其压力在一定范围内蒙古自治区降低产生麦撒燃烧，这种推进剂称为麦撒双基推进剂。

按燃烧速度 区分

在常温、压力6.68MPa条件下，燃烧度速度 为25mm/s以上的推进剂称为高燃烧速度推进剂；在常温、6.68MPa条件下，燃烧速度为5mm/s以下的推进剂称为低燃烧速度推进剂。

按是否加入挥发性溶剂区分

加入丙酮等挥发性溶剂的称为柯达型双基推进剂或含挥发性溶剂双基推进剂；不加挥发性溶剂的称巴利斯太双基推进剂或无溶剂压伸双基推进剂。双组分中加入吉纳，称吉纳双基推进剂，如我国171推进剂。

配方普通剂压伸双基推进剂

配方1

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说明 其爆热3768kj/kg。

配方2

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说明 其爆热3622kj/kg。

配方3

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浇铸双基推进剂

配方1

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说明 其在7.03MPa压力和21℃下的燃烧速度5.588～7.62mm，绝对火焰温度1427～2204℃，标准海平面比冲160～220s。

配方2

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配方3

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国外一些普通双基推进剂

配方1（美国JP）

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说明 该推进剂在第二次世界大战中应用于各种武器装药。

配方2（美国M13）

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配方3（美国STD）

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说明 其爆热3543.7kj/kg，用于装填响尾蛇-1A导弹。

平台剂无溶剂压伸型

配方1（美国X12）

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说明 其爆热4396.14kj/kg，用于“龙式”反坦克导弹装药。

配方2（美国M36）

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浇铸型

配方（美国OGR）

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该推进剂用于“小猎犬”地空导弹装药。

其他配方（DD）

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该推进剂用于“陶式”反坦克导弹装药。

超级铝热剂对双基推进剂的影响（1）超级铝热剂Al/PbO可显著改善双基推进剂的燃烧性能。含纳米Al/PbO的双基推进剂燃速明显提高，尤其是在低压下出现了“超速燃烧”的现象，并在中压范围内可明显降低燃速压力指数；微米级Al/PbO也能改善双基推进剂的燃烧性能，但其效果较纳米级稍差。1

（2）超级铝热剂Al/CuO可改善双基推进剂的燃烧性能，但燃速提高幅度不大，压强指数优化不明显。含纳米级Al /CuO 的双基推进剂改善效果更佳，其在中低压下的催化作用效果较好，而微米级Al/CuO可在低压和高压下提高双基推进剂的燃速。1

（3）纳米Al/Bi2O3可明显提高双基推进剂的燃速，降低双基推进剂在中高压范围内的压强指数，催化效率ηr也较为理想；微米Al/Bi2O3也可改善双基推进剂的燃烧性能，但其催化效果不如纳米级Al /Bi2O3。1

（4）纳米级超级铝热剂对双基推进剂燃烧性能的催化作用明显优于微米级的，超级铝热剂对双基推进剂的催化作用顺序为Al/PbO> Al/Bi2O3> Al/CuO，这是由于各金属氧化物活性不同，纳米铝粉与金属氧化物复合后组成的超级铝热剂的反应性有差异，即铝热反应程度或强度不同，以及在推进剂中应用时催化效果的不同所造成的。1

一种新的双基无烟推进剂自1943年以来，美军把双基火箭推进剂用于许多军需品中，至今应用甚广。某些新的火箭和一些改进的火箭应用双基推进剂比应用高氯酸铵一橡胶推进剂要优越。其原因主要是成本低，政府所有、合同商经营的工厂生产能力高，排气无烟，对氧和水不敏感，寿命长，排气无腐蚀等。与高氧酸铵一橡胶推进剂相比，双基推进剂的缺点是：容积系数低（含铝和MMX者除外）， 硝化甘油有迁移倾向，迁移硝化甘油与许多材料相容性差，含铅化合物的推进剂有中等毒性。2

美国发展了一种无铅或硝化甘油的无烟、平台火箭推进剂AA-10，这种双基推进剂正在雷德福兵工厂作扩大生产试验，以评定其是否可以取代已使用20年的N-5 含铅双基推进剂。这种推进剂能量比N-5 高10%，在较高的压力和燃速下使用时要比N-5 有效得多，长期贮存弹道性能接近恒定，这比典型战术火箭中现用的双基系统有很大改进。在80摄氏度下热贮存试验时，AA-10推进剂是237天，为N-5的二倍，为PJN的四倍。其主要硝酸酯、含能增塑剂挥发性比硝化甘油小，不引起工人明显的头痛，对火箭密封件和包覆层，如纤维素醋酸酯和乙基纤维素的迁移，比硝化甘油小十分之一。在扩大试验生产中的一个问题是纤维状硝化纤维素在其用于推进剂中以前的状态关键特性。2

AA-1弹道性能改良剂的用量约为同样能量水平下原推进剂产生平台或负n平台燃烧效应所需量的五分之一。改良剂是对水不敏感的，它不会增加由硝酸酯排气产物（氮气、一氧化碳、二氧化碳、氢气）而产生对人体的毒性。AA-10改良型正在进行枪炮发射药的评定，这样的枪炮发射药具有许多与AA-1火箭推进剂相同的优点。2

2, 4-二羟基苯甲酸铋催化剂铅化合物是双基系推进剂中重要的燃烧催化剂，但其毒性引起了广泛关注。国外在研究对环境友善的绿色固体推进剂时，发现毒性极低的铋化合物对推进剂燃烧与常用的铅化合物具有相近催化效果，美国将2, 4-二羟基苯甲酸铋用作双基推进剂燃烧催化剂来取代毒性较大的铅盐，以降低推进剂的毒性，消除对工作人员和环境的危害，取得了良好的效果。同时，2, 4-二羟基苯甲酸铋替代铅盐后，消除了铅催化剂燃烧产生的青色烟，降低了推进剂的特征信号，亦有利于导弹的隐身和制导。3

（1）2, 4-二羟基苯甲酸铋对双基推进剂燃烧有很好的催化作用，能提高燃速并降低燃速压强指数。特别是加入少量炭黑(CB)后，燃速提高更大，催化效果更好，并在18MPa ～ 22MPa压强范围内产生平台燃烧(n=0. 12)。铜盐和CB 与β-B i产生协同作用，增强了催化剂的催化效果。

（2）β-Bi催化的双基推进剂与双基平台推进剂有相似的火焰结构，有明显的表面反应区、嘶嘶区、暗区和火焰区。

（3）β-Bi催化剂对气相区和凝聚相反应区都有明显催化作用，铋化合物的加入，可以降低表面反应区的温度。炭黑和铜盐与有机铋化合物复合后有良好的协同作用，可提高催化剂催化凝聚相的反应。铋铜碳三元复合的协同作用，可能是降低了表面固相反应的活化能，从而降低了表面反应区温度，使推进剂燃烧加快，因此推进剂的燃速提高。

（4）β-Bi的加入，对推进剂的熄火表面影响很大。催化剂活性组份富集在燃烧表面，改变了推进剂的燃烧表面结构。催化活性组分均匀分散在碳骨架中起到催化燃烧作用。3