DNTF－CMDB推进剂性能的实验研究

田 军，王宝成，桑军锋，张富平，郑 伟，王江宁

（1.西安近代化学研究所，陕西 西安 710065；2.海军驻西安导弹设备军事代表室，陕西 西安 710065）

引 言

3，4－二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）是呋咱类高能量密度化合物，其综合性能优于HMX，与CL－20相当，由于其具有能量高、无氯等优点，可作为低特征信号推进剂的高能添加剂［1－2］。近年来，关于DNTF改性双基推进剂的基础性能研究较多。赵凤起［3］、庞军［4］、郑伟［5］研究了含DNTF改性双基推进剂的燃烧性能，结果表明用铅铜盐复合催化剂可以调节其燃烧性能，但DNTF含量对燃烧性能的影响显著；郑伟等［6］研究了含DNTF改性双基推进剂的化学安定性，探索了提高其化学安定性的途径；王江宁［7－8］研究了含DNTF改性双基推进剂的热分解特性，发现NC／NG黏合剂体系的热分解产物对DNTF的热分解影响明显，同时，还研究了含DNTF改性双基推进剂的力学性能，指出DNTF对双基黏合剂体系具有增塑作用［9］；李亮亮［10］采用动态热机械（DMA）研究了含DNTF改性双基推进剂的动态力学性能，探讨了DNTF改善改性双基推进剂力学性能的机理。

本研究利用无溶剂螺旋压伸工艺获得DNTFCMDB推进剂药柱，并对推进剂的能量特性、燃烧性能、安全性能、力学性能及内弹道性能进行了实验研究，以期为DNTF在改性双基推进剂中的应用提供参考。

1 实 验

1.1 样品制备

DNTF，西安近代化学研究所，纯度大于99%。

采用传统的双基推进剂无溶剂螺旋压伸工艺制备推进剂药柱。药柱外径46mm、内径8mm。为了便于比较，同时制备了 HMX－CMDB推进剂药柱。推进剂配方如表1所示。

表1 推进剂配方Table 1 Formulations of propellants

1.2 实验方法

依据GJB770B－2005方法测试推进剂的能量性能、燃烧性能、安全性能、力学性能及内弹道性能。撞击感度用特性落高H50表示，摩擦感度用爆炸概率P表示。内弹道性能测试条件：温度20℃，发动机内径50mm，点火药为2号黑火药，药量5g。

2 结果和讨论

2.1 能量性能

推进剂的能量采用GJB／Z84－96方法进行计算。DNTF－CMDB推进剂配方的能量示性参数的计算结果见表2。

表2 DNTF－CMDB推进剂能量示性参数计算结果（10MPa）Table 2 Calculated results of energetic parameters of DNTF－CMDB propellant（10MPa）

由表2可知，DNTF－CMDB推进剂的比冲和特征速度与 HMX－CMDB推进剂相当，但由于DNTF的密 度（1.937g／cm3）比 HMX（1.900g／cm3）大，因此其理论计算密度比 HMX－CMDB推进剂大。

DNTF－CMDB推进剂的爆热、比容和密度的测试结果见表3。由表3可知，与HMX－CMDB推进剂相比，DNTF－CMDB推进剂的爆热低、比容高，所以两者的理论比冲相差不大。由表2与表3可知，DNTF－CMDB推进剂比 HMX－CMDB推进剂的理论密度大，而实测密度较小。测试结果表明，DNTF－CMDB和HMX－CMDB的线膨胀系数分别为2.21×10－4、1.78×10－4℃－1，采用螺旋压伸工艺成型的DNTF－CMDB推进剂具有更大的线膨胀系数和更明显的出口胀大效应，导致推进剂实测密度值较小。

表3 DNTF－CMDB和HMX－CMDB推进剂的爆热、比容和密度Table 3 Explosion heat，specific volume and density of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

2.2 燃烧性能

DNTF－CMDB推进剂的燃烧性能见表4。

表4 不同压强下推进剂的燃速及压强指数Table 4 Burning rate and pressure exponent of propellants at different pressures

由表4可知，燃速为20～23mm／s（6～18MPa）时，DNTF－CMDB推进剂的压强指数为0.06（6～18MPa），8～14MPa出现麦撒燃烧，压强指数为－0.02。与 HMX－CMDB推进剂相比，DNTF－CMDB推进剂的燃速较高，且压强指数较小（6～18MPa）。

为了考察温度对推进剂燃烧性能的影响，研究了不同温度下推进剂的燃速，结果见图1。

由图1可知，推进剂高温与常温燃速的差值比低温与常温的燃速差值大。高温时，推进剂的平台燃烧区间为6～16MPa，压强指数为0.05，且16～18MPa下的压强指数明显增加。低温时的平台燃烧区间与常温时的平台燃烧区间保持一致，均为6～18MPa，压强指数均为0.06。

图1 不同温度下DNTF－CMDB推进剂的燃速－压强曲线ig.1 The burning rate－pressure curves of DNTF－CMDB propellant at different temperatures

以上结果表明，20～50℃的燃速温度敏感系数较大。今后应对DNTF－CMDB推进剂在发动机中工作的环境适应性做进一步研究。

2.3 安全性能

DNTF－CMDB推进剂的化学安定性和机械感度测试结果见表5。

表5 DNTF－CMDB和 HMX－CMDB推进剂的化学安定性和机械感度Table 5 Chemical stability and mechnical sensitivities of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

由表5可知，在相同的热环境条件下，DNTFCMDB推进剂对热刺激的响应比HMX－CMDB推进剂敏感。由含DNTF－CMDB推进剂的热分解曲线［8］和化学安定性研究的结果［6］可知，NC／NG 的热分解产物对DNTF的分解有很强的促进作用，所以DNTF－CMDB推进剂对热刺激更敏感。机械感度的测试结果表明，与HMX－CMDB推进剂相比，DNTF－CMDB推进剂对机械刺激的敏感性有所降低。DNTF能溶解于NG中（100g NG大约能溶解18g DNTF），从而使DNTF－CMDB推进剂的溶棉比（溶剂含量与NC质量比）大于HMX－CMDB推进剂。溶棉比增大时，基体药料变软会使推进剂对机械刺激的敏感程度降低。

2.4 力学性能

DNTF－CMDB推进剂抗压力学性能的测试结果见表6。

表6 DNTF－CMDB和HMX－CMDB推进剂的力学性能Table 6 Mechanical properties of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

由表6可知，常温时DNTF－CMDB推进剂与HMX－CMDB推进剂的抗压强度相当，压缩率大。高温时DNTF－CMDB推进剂的抗压强度小于HMX－CMDB推进剂，压缩率大于 HMX－CMDB推进剂。低温时DNTF－CMDB推进剂的抗压强度大于HMX－CMDB推进剂，压缩率小于HMX－CMDB推进剂。DNTF对 NC／NG 体系的增塑作用［9－10］在抗压力学性能数据上体现为推进剂在常温和高温时压缩率增大（弹性增加），强度降低（物料变软）；低温时抗压力学性能可能与脆化参数相关［10］。

2.5 内弹道性能

DNTF－CMDB推进剂的Φ50mm标准发动机内弹道性能试验结果见表7，p－t曲线如图2所示。

图2 DNTF－CMDB推进剂的p－t曲线Fig.2 p－t curve of DNTF－CMDB propellant

表7 Φ50mm标准发动机内弹道性能的测试结果Table 7 Experimental results of inner ballistic properties inΦ50mm motor for DNTF－CMDB propellant

由表7可知，4发试验数据的重复性较好，推进剂在10MPa下的平均比冲约为2 162.7N·s／kg（220.7s），燃速约为19mm／s，动态燃速比静态燃速低约2.5mm／s。由图2可知，推进剂点火性能良好，发动机工作稳定。

3 结 论

（1）与 HMX－CMDB推进剂相比，DNTF－CMDB推进剂的比容较大、爆热和密度较小。

（2）DNTF－CMDB推进剂具有较好的燃烧性能，20～50℃的燃速温度敏感系数较大。

（3）与 HMX－CMDB推进剂相比，DNTF－CMDB推进剂对热刺激较为敏感，但机械感度较低。20℃和50℃时压缩率较高，－40℃时抗压强度较大。

（4）Φ50mm 标准发动机实测 DNTF－CMDB推进剂的比冲约为2 162.7N·s／kg（10MPa），点火性能良好，发动机工作稳定。

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