基本介紹
- 中文名：雙基推進劑
- 外文名：Double base propellant
- 類型：均質推進劑
- 主要成分：硝化纖維和硝化甘油
- 特點：成分均勻、貯存壽命長、性能穩定
- 套用：自由裝填的戰術飛彈和火箭發動機
介紹,分類,配方,普通劑,平台劑,其他,影響,新的推進劑,2, 4催化劑,
介紹
雙基推進劑的主要成分是硝化纖維和硝化甘油，它們的性能決定著雙基推進劑的性能。雙基推進劑的突出優點是質地均勻、結構均勻、再現性好，能滿足戰術火箭和飛彈的需要。雙基推進劑具有固體推進劑的一般性能，符合對固體推進劑的一般要求，即能量高，密度一般在1.54～1.65g/cm3，實際比沖一般為1666～2156N.s/kg；良好的燃燒性能、燃燒速度一般為5～40mm/s（6.86MPa），燃燒速度 壓力指數可接近於零；良好的力學性能；良好的內彈道性能；工藝性能好；較好的安定性；原料來源廣泛，價格低廉，經濟性好，其他特殊要求，如少煙或無煙，爆溫低，低燃燒速度等。
分類
雙基推進劑通常加入燃燒催化劑、製造工藝、燃燒性能和溶劑或助劑性質的不同可分為不同的類型。
按加入燃燒催化劑的不同區分
可分為不同的品號：加入石墨的稱為雙石推進劑（SS）；加入氧化鉛的稱為雙鉛推進劑（SQ）；加入氧化鉛的稱為雙鉛推進劑（SQ）；加入氧化鈷的稱為雙鈷推進劑（SG）；加入氧化鎂的稱為雙芳鎂推進劑（SFM）。這些推進劑統稱普通雙基推進劑。
按成型工藝不同可分成兩種
一種是擠壓成型或壓伸成型（用螺旋式壓伸機或柱塞式壓伸機）工藝製成的推進劑稱為壓伸雙基推進劑；另一種澆鑄成型工藝製成的推進劑稱為澆鑄雙基推進劑。
按燃燒性能區分
在不定期下的壓力範圍內實現燃速壓力指數小於0.2並接近於零，產生平台燃燒的推進劑稱雙基平台推進劑；隨著發動機工作時間的延長，推進劑燃速下降，其壓力在一定範圍內蒙古自治區降低產生麥撒燃燒，這種推進劑稱為麥撒雙基推進劑。
按燃燒速度 區分
在常溫、壓力6.68MPa條件下，燃燒度速度 為25mm/s以上的推進劑稱為高燃燒速度推進劑；在常溫、6.68MPa條件下，燃燒速度為5mm/s以下的推進劑稱為低燃燒速度推進劑。
按是否加入揮發性溶劑區分
配方
普通劑
壓伸雙基推進劑
配方1
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素（含氮12.6%） | 60.0～60.2 | 水解纖維素 | 1.5 |
硝化二乙二醇 | 35.4 | 蠟E | 0.35 |
乙基苯基脲烷 | 1.4 | 凡士林 | 0.25 |
二苯基脲烷 | 1.0 | 氧化鎂 | 0.25 |
硫酸鉀 | 0.8 |
說明 其爆熱3768kj/kg。
配方2
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素（含氮12.6%） | 59.05 | 乙基苯基脲烷 | 1.9 |
水解纖維素 | 3.0 | ||
硝化二乙二醇 | 34.8 | 凡士林 | 0.5 |
二苯脲 | 0.5 | 氧化鎂 | 0.25 |
說明 其爆熱3622kj/kg。
配方3
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素（含氮12.2%） | 64.5 | 中定劑 | 3.5 |
小燭樹蠟 | 1.0 | ||
硝化二乙二醇 | 29.0 | 炭黑 | 0.35 |
二硝基甲苯 | 11.0 | 水分 | 0.5 |
澆鑄雙基推進劑
配方1
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 45v55 | 增塑劑（主要為鄰苯二甲酸二甲酯） | 12～22 |
硝化甘油 | 25～40 | ||
二苯胺 | 1～2 |
說明 其在7.03MPa壓力和21℃下的燃燒速度5.588～7.62mm，絕對火焰溫度1427～2204℃，標準海平面比沖160～220s。
配方2
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 47.0 | 乙基中定劑 | 1.0 |
硝化甘油 | 37.7 | 炭黑或石墨 | 0.3 |
增塑劑 | 14.0 |
配方3
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素(含氮12.6%) | 58.6 | 二硝基甲苯 | 6.6 |
硝化甘油 | 24.2 | 乙基中定劑 | 1.0 |
增塑劑 | 9.6 | 炭黑或石墨 | 0.1 |
國外一些普通雙基推進劑
配方1（美國JP）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素（含氮13.25%） | 51.2 | 鄰苯二甲酸二丁酯 | 3.0 |
硝酸鉀 | 1.2 | ||
硝化甘油 | 43.0 | 二苯胺 | 0.6 |
說明 該推進劑在第二次世界大戰中套用於各種武器裝藥。
配方2（美國M13）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素（含氮量13.15%） | 57.43 | 硫酸鉀 | 1.5 |
硝化甘油 | 40.0 | 炭黑 | 0.05 |
中定劑 | 1.0 | 其他 | 0.02 |
配方3（美國STD）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 51.76 | 二硝基甲苯 | 10.07 |
硝化甘油 | 33.92 | 硫酸鉀 | 1.78 |
中定劑 | 2.29 | 炭黑 | 0.18 |
說明 其爆熱3543.7kj/kg，用於裝填響尾蛇-1A飛彈。
平台劑
無溶劑壓伸型
配方1（美國X12）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 49.0 | 凡士林 | 0.1 |
硝化甘油 | 40.6 | β-雷索辛酸鉛 | 2.5 |
正丙基己二酸酯 | 3.3 | 水楊酸銅 | 2.5 |
中定劑 | 2.0 |
說明 其爆熱4396.14kj/kg，用於“龍式”反坦克飛彈裝藥。
配方2（美國M36）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 49.0 | 2-硝基二苯胺 | 2.0 |
硝化甘油 | 40.6 | 蠟 | 0.1 |
正丙基己二酸酯 | 3.0 | 其他 | 5.3 |
澆鑄型
配方（美國OGR）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 56.7 | 三醋精 | 10.2 |
硝化甘油 | 24.3 | 硬脂酸鉛 | 3.3 |
2-硝基二苯胺 | 1.7 | 其他 | 0.7 |
苯二甲酸二辛酸 | 3.1 |
該推進劑用於“小獵犬”地空飛彈裝藥。
其他
配方（DD）
組分 | 用量/g | 組分 | 用量/g |
硝化纖維素 | 50.3 | 三醋精 | 8.3 |
硝化甘油 | 34.4 | 硫酸鉀 | 0.51 |
β-雷索辛酸鉛 | 3.1 | 炭黑 | 0.23 |
2-硝基二苯胺 | 2.72 | 其他 | 0.44 |
該推進劑用於“陶式”反坦克飛彈裝藥。
影響
（1）超級鋁熱劑Al/PbO可顯著改善雙基推進劑的燃燒性能。含納米Al/PbO的雙基推進劑燃速明顯提高，尤其是在低壓下出現了“超速燃燒”的現象，並在中壓範圍內可明顯降低燃速壓力指數；微米級Al/PbO也能改善雙基推進劑的燃燒性能，但其效果較納米級稍差。
（2）超級鋁熱劑Al/CuO可改善雙基推進劑的燃燒性能，但燃速提高幅度不大，壓強指數最佳化不明顯。含納米級Al /CuO 的雙基推進劑改善效果更佳，其在中低壓下的催化作用效果較好，而微米級Al/CuO可在低壓和高壓下提高雙基推進劑的燃速。
（3）納米Al/Bi2O3可明顯提高雙基推進劑的燃速，降低雙基推進劑在中高壓範圍內的壓強指數，催化效率ηr也較為理想；微米Al/Bi2O3也可改善雙基推進劑的燃燒性能，但其催化效果不如納米級Al /Bi2O3。
（4）納米級超級鋁熱劑對雙基推進劑燃燒性能的催化作用明顯優於微米級的，超級鋁熱劑對雙基推進劑的催化作用順序為Al/PbO> Al/Bi2O3> Al/CuO，這是由於各金屬氧化物活性不同，納米鋁粉與金屬氧化物複合後組成的超級鋁熱劑的反應性有差異，即鋁熱反應程度或強度不同，以及在推進劑中套用時催化效果的不同所造成的。
新的推進劑
自1943年以來，美軍把雙基火箭推進劑用於許多軍需品中，至今套用甚廣。某些新的火箭和一些改進的火箭套用雙基推進劑比套用高氯酸銨一橡膠推進劑要優越。其原因主要是成本低，政府所有、契約商經營的工廠生產能力高，排氣無煙，對氧和水不敏感，壽命長，排氣無腐蝕等。與高氧酸銨一橡膠推進劑相比，雙基推進劑的缺點是：容積係數低（含鋁和MMX者除外）， 硝化甘油有遷移傾向，遷移硝化甘油與許多材料相容性差，含鉛化合物的推進劑有中等毒性。
美國發展了一種無鉛或硝化甘油的無煙、平台火箭推進劑AA-10，這種雙基推進劑正在雷德福兵工廠作擴大生產試驗，以評定其是否可以取代已使用20年的N-5 含鉛雙基推進劑。這種推進劑能量比N-5 高10%，在較高的壓力和燃速下使用時要比N-5 有效得多，長期貯存彈道性能接近恆定，這比典型戰術火箭中現用的雙基系統有很大改進。在80攝氏度下熱貯存試驗時，AA-10推進劑是237天，為N-5的二倍，為PJN的四倍。其主要硝酸酯、含能增塑劑揮發性比硝化甘油小，不引起工人明顯的頭痛，對火箭密封件和包覆層，如纖維素醋酸酯和乙基纖維素的遷移，比硝化甘油小十分之一。在擴大試驗生產中的一個問題是纖維狀硝化纖維素在其用於推進劑中以前的狀態關鍵特性。
AA-1彈道性能改良劑的用量約為同樣能量水平下原推進劑產生平台或負n平台燃燒效應所需量的五分之一。改良劑是對水不敏感的，它不會增加由硝酸酯排氣產物（氮氣、一氧化碳、二氧化碳、氫氣）而產生對人體的毒性。AA-10改良型正在進行槍炮發射藥的評定，這樣的槍炮發射藥具有許多與AA-1火箭推進劑相同的優點。
2, 4催化劑
鉛化合物是雙基系推進劑中重要的燃燒催化劑，但其毒性引起了廣泛關注。國外在研究對環境友善的綠色固體推進劑時，發現毒性極低的鉍化合物對推進劑燃燒與常用的鉛化合物具有相近催化效果，美國將2, 4-二羥基苯甲酸鉍用作雙基推進劑燃燒催化劑來取代毒性較大的鉛鹽，以降低推進劑的毒性，消除對工作人員和環境的危害，取得了良好的效果。同時，2, 4-二羥基苯甲酸鉍替代鉛鹽後，消除了鉛催化劑燃燒產生的青色煙，降低了推進劑的特徵信號，亦有利於飛彈的隱身和制導。
（1）2, 4-二羥基苯甲酸鉍對雙基推進劑燃燒有很好的催化作用，能提高燃速並降低燃速壓強指數。特別是加入少量炭黑(CB)後，燃速提高更大，催化效果更好，並在18MPa ～ 22MPa壓強範圍內產生平台燃燒(n=0. 12)。銅鹽和CB 與β-B i產生協同作用，增強了催化劑的催化效果。
（2）β-Bi催化的雙基推進劑與雙基平台推進劑有相似的火焰結構，有明顯的表面反應區、嘶嘶區、暗區和火焰區。
（3）β-Bi催化劑對氣相區和凝聚相反應區都有明顯催化作用，鉍化合物的加入，可以降低表面反應區的溫度。炭黑和銅鹽與有機鉍化合物複合後有良好的協同作用，可提高催化劑催化凝聚相的反應。鉍銅碳三元複合的協同作用，可能是降低了表面固相反應的活化能，從而降低了表面反應區溫度，使推進劑燃燒加快，因此推進劑的燃速提高。
