複合推進劑

複合推進劑是由高分子粘結劑、固體粉末氧化劑、粉末金屬燃料和其他附加組分混合組成的一類推進劑。

複合固體火箭推進劑簡稱複合推進劑，主要是由晶體氧化劑、黏合劑系統（燃料）和金屬燃料組成。複合推進劑通常按黏合劑分類，並以黏合劑聚合物的結構骨架和它所具有的化學活性基命名。例如，羧基聚丁二烯推進劑，簡稱丁羧推進劑( CTPB)，是黏合劑具有羧基COOH化學活性基團。端羥基聚丁二烯推進劑，簡稱丁羥推進劑( HTPB)，是黏合劑具有端羥基OH化學活性基團。

基本介紹

• 中文名：複合推進劑
• 外文名：composite propellant
• 類型：固體推進器
• 套用：戰略飛彈、戰術飛彈、火箭
• 分類：氧化劑、黏合劑等
• 所屬領域：航天

發展沿革

複合推進劑是由無機氧化劑(高氯酸銨、硝酸銨等)、燃燒劑(鋁粉等)和高分子粘結劑混合固化製成的火藥。通常按高分子粘結劑的種類分為聚硫橡膠複合推進劑、聚氨酯複合推進劑、端羥基聚丁二烯複合推進劑和端羧基聚丁二烯複合推進劑等。複合推進劑能量高於雙基推進劑，比衝量高達2200-2600牛·秒/公斤，且燃燒可控性強，壓力指數低。由於採用澆注成型，可製成大型藥柱，多用於大推力的火箭和飛彈。

複合推進劑是四十年代末期出現的新型火藥，中國於一九五八年開始探索研究，由第三研究所和八四五廠相配合，在肖淦、李直、何紀曾主持下，首先開展了聚硫橡膠複合推進劑的研究。他們從原理到實踐進行反覆研究試驗，先後攻克了原材料處理、組分混合、固化成型和包復劑等技術關鍵，從而掌握了組分配方和製造工藝以及安全生產的特點，打下了製造複合推進劑的技術基礎。著名科學家錢學森稱讚這一成果時說，你們為中國飛彈事業的發展爭取了三年時間。他們乘勝前進，於六十年代中期，又研製成功了聚氨酯複合推進劑，成功地用於中國發射第一顆人造地球衛星“東方紅一號”的第三級運載火箭。

七十年代，八四五廠相繼研製成功了丁羧和丁羥兩類複合推進劑，形成了複合推進劑的基本系列，適應了發展新型火箭、飛彈的需要。八十年代，引進了丁羥複合推進劑的製造技術，並由第五設計院和八四五廠共同設計和建設了複合推進劑生產線和火箭發動機裝藥新型生產線。這是自動化連續生產，並有遙測控制、安全防護和科學的質量保證體系，其技術水平步人了國際八十年代先進行列。

特點

複合推進劑具有能量特性比較高，實際比沖目前達到2 256-2 453N/( kg/s)，密度在1. 75g/crn³左右，易於解決原料問題；壓力指數和溫度係數都較低，使發動機在不同使用溫度下性能變動小；臨界壓力低，使燃燒室壓力低，殼體輕；在低溫下仍有相當好的力學特性等特點。測此，它在各類戰術飛彈和彈道飛彈上獲得了廣泛的套用。

複合推進劑的生產大多採用真空澆鑄丁藝，即推進劑各組分經預混、摻合形成均勻的推進劑藥槳後，在真空條件下澆注入事先準備好的發動機燃燒室中。真空澆鑄可避免藥柱中出現氣孔，保證藥柱質量。為了使發動機中的藥槳定型，需要把發動機放入規定溫度的環境中進行固化。固化溫度和時間因推進劑配方不同而不同。例如，聚丁二烯推進劑固化溫度為50℃±2℃，保溫時間為170h。推進劑固化好的發動機經過撥模、整形和x射線、超音波、內窺鏡、CT成像等非破壞檢驗技術檢驗合格後，即可投入使用。

種類

氧化劑

氧化劑是複合推進劑巾含量最多的組分，質量分數一般占60%-80%，對發動機的比沖，推進劑燃速及工藝性能等都有極大的影響。氧化劑的主要作用是為固體火箭推進劑的燃燒提供所需的氧，同時在黏合劑系統巾作為填料來增大推進劑的楊氏模量。氧化劑具有含氧量高、生成焓高、密度大、分解時生成低分子量氣體、沒有凝固相產物、化學物理安定性好以及與黏合剎相容性好等特性。用作氧化劑的有高氯酸鋰( LiClO₄)、高氯酸鉀(KClO₄)、高氯酸銨( NH₄CIO₄)、硝酸鉀(KNO₃)和硝酸銨(NH₄NO₃)等。此外，還有硝胺、黑索金(RDX)和奧克托金(HMX)可作為氧化劑，因為它們的生成焓高、密度大和含氧量高，能夠明顯地提高推進劑的比沖。

目前廣泛採用的氧化劑是高氯酸銨。用高氯酸鉀作氧化劑的固體火箭推進劑燃速高、壓力指數大。因此，在需要高燃速、壓力指數大時常採用高氯酸鉀為氧化劑（或與高氯酸銨共同用作氧化劑）的推進劑。採用硝酸銨作氧化劑的固體火箭推進劑能量特性巾等，燃速低、壓力指數低、燃氣乾淨、價廉，多用於燃氣發生器。

黏合劑

黏合劑是複合推進劑中另一重要組分，一般含量占10%-15%,。它的主要作用是將氧化劑固體顆粒和金屬粉末牢牢地黏結在一起，使推進劑具有適當的力學性能，能承受在操作、貯存、點火及飛行過程中所受的載荷，並且和氧化劑一起燃燒時，提供可燃的C、H等元素，作為固體火箭推進劑中的燃料。目前用作複合固體火箭推進劑的黏合劑有聚硫橡膠( PS)、聚氨酯(PU)、各種聚丁二烯(PB)、聚氯乙烯(PVC)等。

金屬燃料

加入金屬燃料是為了提高固體火箭推進劑的燃燒溫度，從而提高推進劑的特徵速度和發動機比沖，同時也是為了抑制一定頻率範圍的不穩定燃燒和提高固體火箭推進劑密度。作為金屬燃料的有鋁( Al)、鈹(Be)、鋰(Li)、硼(B)、鎂(Mg)等。鋁粉因它具有燃燒熱值較高、價格低廉、來源豐富、燃燒效率高等特點，故得到廣泛套用。鋁粉一般占固體火箭推進劑的50-20%。

固化劑

固化劑也是黏合劑系統的組成部分。加固化劑的目的是通過固化反應使它的活性官能團與黏合劑的官能團發生化學鏈反應使推進劑固化。固化劑的種類隨黏合劑種類不同而不同，如端羧基聚丁二烯所用的固化劑是氮丙啶、環氧化合物；聚硫橡膠的固化劑是順丁烯二酸酐和過氧化鋁等。

其他添加劑

為了改善複合推進劑的能量特性、內彈道性能、力學性能、工藝性和貯存性能，加入的附加組分還有，改善內彈道性能的燃速催化劑（如Fe₂O₃等）、降速劑（如CaCO₃等）。改進力學性能的增塑劑和增強劑，改善工藝性能的稀釋劑（如苯乙烯）、潤濕劑，改進貯存性能的防老劑、降感劑等。

複合推進劑的抑制

在某種程度上，複合推進劑的抑制較DB推進劑的抑制容易。據報導，複合推進劑(含或不含添加劑)的粘結劑即有抑制作用。這種抑制系統與複合推進劑有較強的粘接強度，並已被證明與所抑制的推進劑有更好的相容性和更長的儲存壽命。環氧樹脂或環氧酚醛樹脂，無論是否含有惰性添加劑，由於其綜合性能優良，通常首選用於抑制複合推進劑。為了提高成功率，一般採用“澆鑄技術”進行抑制，並且抑制厚度通常應較高。在印度，抑制厚度為2.5mm～3.0mm時，首選“螺紋繞組技術”或“抑制劑套筒技術”，而抑制厚度為3.5mm～4.0mm時則採用“澆鑄技術”。

考慮到粘接熱力學，在粘接套用中，環氧/酚醛環氧樹脂發揮著至關重要的作用，特別是抑制複合推進劑時。