[发明专利]一种低点火延迟时间ADN基电控固体推进剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低点火延迟时间的电控固体推进剂及其制备方法，属于特种固体推进技术领域，本发明采用了ADN作为推进剂的主氧化剂，无机酸盐氧化剂作为推进剂的次元氧化剂，降低了推进剂中卤族元素的占比，提升了推进剂对电流的敏感性，在降低电控固体推进剂特征信号的同时，提高了推进剂的比冲。本发明实现了ADN‑无机酸盐基电控固体推进剂在不同电能输入下的多次点火延迟时间性能和燃烧可控性，同时在与初次点火时间间隔一月的时间节点，进一步确定了本发明中的电控固体推进剂二次点火稳定性及二次点火延迟时间。综上，本发明制作的电控固体推进剂具有低点火延迟时间和可靠的二次点火性能。

技术领域

本发明属于特种固体推进技术领域，具体涉及一种低点火延迟时间ADN基电控固体推进剂及其制备方法。

背景技术

固体推进剂是以高分子粘合剂为基体的预混物，氧化剂和燃料等各组分固化成型一体，因此固体火箭发动机一经点火，只能自维持燃烧到工作结束，并不像液体火箭发动机那样可以调节向燃烧室增断液体氧化剂与燃料，从而来实现多次启动并实时控制推力。但是液体推进剂的推力、快速响应特性和储存安定性等都不如固体推进剂，因此为适应瞬息万变的战场情况，提升导弹的机动性。另一方面，快速发展的导弹拦截技术对于导弹的突防能力和末端变速提出了更高的要求，这就要求固体火箭具有推力可调，灵活的末端变速等能力。长期以来，致力于研究可控固体推进技术的学者们将研究重心放在固体发动机的结构设计上，而忽略了对可控推进剂的材料研究与制备。

电控固体推进剂是一种与电极耦合后，可电控燃熄的固体推进剂，其可通过改变外加电压大小实现燃速实时调节，因此基于电控固体推进剂的固体火箭发动机可以实现随机主动熄火与再点火，推力实时可调。

以硝酸铵/硝酸羟胺为基的电控固体推进剂一直是可电控燃烧推进剂的主要研究方向，这两类电控固体推进剂点火时需要输入一个瞬时高电压用于加热熔化推进剂以实现点火行为，因此对初始点火所需的电源功率要求高，并且从通电到点火之间存在一段较长的点火延迟时间，其中以硝酸铵为基的电控固体推进剂的点火延迟时间甚至高达10s，有学者通过在点火面上涂抹导电油脂的方式来降低初始点火延迟时间(Zamir I, Ben-ReuvenM,Gany A,et al.Investigation of Electrically Controlled Ammonium Nitrate–Epoxy Solid Propellant at High Pressures[J].Propellants,Explosives,Pyrotechnics, 2021,46(3):477-483)，但再点火时依然要考虑点火延迟时间高的影响，另外有学者研究了含高能燃料硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂的点火延迟时间，结果表明在常温常压下，推进剂在200V电压下的点火延迟时间在140ms左右(Bao L,Wang H,Wang Z,et al.Controllable ignition,combustion and extinguishment characteristics ofHAN-based solid propellant stimulated by electric energy[J].Combustion andFlame,2022,236:111804.)。

其次，电控固体推进剂的点火性能会随时间的迁移而发生变化，点火性能一致性差，这一特性会直接影响电控固体发动机的精度调控，给推力调节和智能变轨技术带来了很大的不确定性。

此外，比冲是固体推进剂最重要的性能指标之一，其直接影响导弹的射程，而目前真正能实现电控燃烧行为的推进剂的能量水平普遍不高，通过加入铝粉、硼粉等金属粉或高能燃料的方式提高能量比冲的电控固体推进剂极易失去电控特性，以硝酸羟胺基电控固体推进剂为例，即使在不掺入上述材料的情况下，当发动机燃烧室压力超过1.2MPa 时，即失去可控特性，这也在一定程度上限制了电控推进剂的应用范围。

可以看出，电控固体推进剂一直存在的点火延迟时间长、能量密度低、点火性能随时间退化和二次点火可靠性低等固有性缺陷，极大限制了其在高精度电控固体发动机上的应用。