鋁基合金燃料對(duì)低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑燃燒效率的影響①

胡云逸，錢 勖，周夢(mèng)圓，王貴州，楊 潔 劉 雄，楊品高，張 鑫，汪 越*

(1.航天化學(xué)動(dòng)力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，襄陽(yáng) 441003；2.湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所，襄陽(yáng) 441003)

0 引言

金屬燃料是固體推進(jìn)劑中主要組分之一，其燃燒效率直接影響推進(jìn)劑的能量水平。傳統(tǒng)微米鋁粉在推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中易發(fā)生團(tuán)聚熔聯(lián)，完全燃燒時(shí)間延長(zhǎng)使得鋁粉未完全燃燒就被排出燃燒室，同時(shí)造成兩相流損失，導(dǎo)致推進(jìn)劑比沖效率降低。為適應(yīng)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)工作時(shí)間的需求，GAP推進(jìn)劑中AP含量被大幅削減且配方中加入大量降速劑以降低推進(jìn)劑燃速；低燃速水平(8～11 mm/s)下的GAP/HMX推進(jìn)劑配方體系的氧化能力較弱，HMX含量高，壓強(qiáng)指數(shù)和燃速高于傳統(tǒng)NEPE體系推進(jìn)劑。較低的燃速以及惰性降速劑的加入使得GAP/HMX推進(jìn)劑凝聚相表面層厚度增大，加劇了Al粒子的燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象。使用鋁基合金替代鋁粉被認(rèn)為是一種有效降低推進(jìn)劑燃燒團(tuán)聚物尺寸、提高推進(jìn)劑燃燒效率的方法。然而，與傳統(tǒng)HTPB和高燃速GAP推進(jìn)劑不同的是，低燃速條件下的GAP/HMX推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中氧化能力相對(duì)較弱，使得部分在HTPB推進(jìn)劑中對(duì)燃燒效率具有提升效果的合金燃料在低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑中應(yīng)用效果不理想。

為探究合金燃料對(duì)低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑燃燒效率的影響，將Al-Mg、Al-Zn、Al-Si、Al-B-Eu等多種合金添加至GAP/HMX推進(jìn)劑中，探究合金燃料在GAP/HMX推進(jìn)劑中的燃燒特性及其對(duì)推進(jìn)劑燃燒效率的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 推進(jìn)劑樣品制備

推進(jìn)劑基礎(chǔ)配方見表1。固體含量75%，其余為硝酸酯增塑的 GAP粘合劑，固化劑為多異氰酸酯。

表1 推進(jìn)劑配方組成Table 1 Propellant formula composition %

采用5 L立式混合機(jī)，將原材料在真空條件下共混合70 min。藥漿混合均勻后采用真空澆注至藥塊模具(1000 g)及端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)中(220 g)，在(50±5)℃烘箱中固化(72±5) h，得到致密的推進(jìn)劑藥塊。

實(shí)驗(yàn)采用的鋁基合金粉末總鋁含量、主要活性成分及對(duì)應(yīng)氧化物熔沸點(diǎn)見表2。其中，Al粉由遼寧鞍鋼實(shí)業(yè)微細(xì)鋁粉有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為FLQT3，合金粉分別由唐山威豪鎂粉有限公司和華中科技大學(xué)提供。

表2 鋁基合金種類及對(duì)應(yīng)氧化物熔沸點(diǎn)Table 2 Aluminum-based alloys and their corresponding oxides' melting &boiling points

1.2 推進(jìn)劑測(cè)試與表征方法

爆熱及燃燒熱測(cè)試根據(jù)GJB 7700B—2005，采用氧彈量熱儀測(cè)量，爆熱樣品為邊長(zhǎng)2 mm正方體推進(jìn)劑藥塊，單次稱量4 g；燃燒熱測(cè)試單次稱取1 g合金粉末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試條件為N環(huán)境加壓至3 MPa，利用鎳鎘合金絲點(diǎn)火，平行測(cè)試2次，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若結(jié)果相差5% 以上加測(cè)1次，取相近的2次數(shù)值平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

推進(jìn)劑燃燒高速攝像測(cè)試由西北工業(yè)大學(xué)完成，樣品規(guī)格為5 cm×0.2 cm×0.2 cm長(zhǎng)方體藥條，在 3 MPa下由點(diǎn)火絲點(diǎn)火，通過(guò)高速攝像機(jī)獲得推進(jìn)劑燃燒圖像。

熄火表面形貌分析：推進(jìn)劑樣品規(guī)格為5 mm×5 mm×30 mm長(zhǎng)方形藥條，固定后向容器充入氮?dú)猓c(diǎn)燃推進(jìn)劑2～3 s使其充分燃燒后快速滑動(dòng)至下方裝有液氮的容器中快速淬熄，得到粘附有網(wǎng)絡(luò)骨架形狀殘?jiān)南ɑ鸨砻嫒鐖D1所示，剝離金屬骨架后對(duì)推進(jìn)劑表面及網(wǎng)狀殘?jiān)M(jìn)行SEM及EDS測(cè)試，儀器型號(hào)為Quanta 650及Oxford X-Max 80。

圖1 測(cè)試藥條、熄火后樣品及其表面殘?jiān)麱ig.1 Test sample,flameout sample and its surface residue

端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種小型測(cè)試裝置，可在約1過(guò)載條件下測(cè)試推進(jìn)劑的燃燒狀態(tài)，其較小的噴管喉徑可放大凝聚相產(chǎn)物在噴管處的沉積現(xiàn)象，是表征高能推進(jìn)劑燃燒效率的良好手段。與其對(duì)應(yīng)的BSF75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)在測(cè)試表征過(guò)程中收集殘?jiān)枯^少，不滿足殘?jiān)碚餍枰Ｒ虼耍驹囼?yàn)中主要采用端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)推進(jìn)劑燃燒效率進(jìn)行表征。其實(shí)驗(yàn)過(guò)程為將前述澆注有推進(jìn)劑的小型試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)固定在試車臺(tái)，根據(jù)試車前后的質(zhì)量差Δ與裝藥量之比，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)噴射效率。以發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)配方同時(shí)進(jìn)行3發(fā)試驗(yàn)，若結(jié)果相差5% ，則重新進(jìn)行試車，直至單次試驗(yàn)結(jié)果誤差小于5%，則取結(jié)果平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。試車完畢之后，收集發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部殘留的殘?jiān)０l(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)譃樯钌蹱钗锖桶咨珘K狀物2種典型形態(tài)，粉狀顆粒粘附于發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，塊狀殘?jiān)杏趪姽芪恢萌鐖D2所示，收集粉狀發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)瑢K狀殘?jiān)^(guò)篩后簡(jiǎn)單研磨，去除片狀及直徑大于1 mm殘?jiān)鼧悠贰?/p>

圖2 典型端燃φ75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)麱ig.2 Residues collected from the φ75 mm motor inside

根據(jù)QGT84A—2009標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)钚凿X含量，在酸性介質(zhì)中，且在CO氣體保護(hù)條件下，活性鋁將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，依據(jù)消耗的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液計(jì)算活性鋁含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 推進(jìn)劑爆熱分析

圖3為各合金粉末實(shí)測(cè)燃燒熱及對(duì)應(yīng)全配方推進(jìn)劑爆熱測(cè)試結(jié)果。可見，推進(jìn)劑爆熱與金屬燃料的燃燒熱沒(méi)有明顯的線性關(guān)系。

圖3 各金屬合金燃燒熱及對(duì)應(yīng)推進(jìn)劑爆熱Fig.3 Heat of combustion for alloy fuels,heat of explosion for propellants

Al粉燃燒熱值實(shí)測(cè)為28.9 kJ/g，Al-Mg合金燃燒熱值為27.6 kJ/g略低于Al粉熱值，Al-Si合金燃燒熱值為29.9 kJ/g高于Al粉熱值。用Al-Mg合金取代Al粉組分，推進(jìn)劑爆熱較基礎(chǔ)配方提高5.8%，Al-Mg-Mn配方推進(jìn)劑爆熱提高2.2%，Al-Si配方推進(jìn)劑爆熱下降7.4%。Mg金屬熱值較低，實(shí)驗(yàn)中Al-Mg合金替代Al粉組分推進(jìn)劑爆熱上升，而燃燒熱高的Al-Si合金等推進(jìn)劑配方爆熱顯著降低。結(jié)果表明，高熱值金屬燃料對(duì)推進(jìn)劑爆熱無(wú)顯著增益，這說(shuō)明除金屬燃料熱值外，推進(jìn)劑爆熱還受金屬燃料釋熱效率影響，與推進(jìn)劑氧平衡相關(guān)性較大。分析認(rèn)為，金屬M(fèi)g點(diǎn)火溫度低、單位體積耗氧量少，在推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中釋熱效率高，能夠提高推進(jìn)劑爆熱。

2.2 推進(jìn)劑鋁粉燃燒行為分析

圖4為推進(jìn)劑燃燒高速攝像圖像截取的典型燃燒過(guò)程圖片，視野內(nèi)被燃面分割成兩部分，上部為明亮的氣相反應(yīng)區(qū)，下部為未燃燒的推進(jìn)劑。

可由圖4中觀察到在燃面上有熔融的顆粒，發(fā)光由弱到強(qiáng)，一些臨近的顆粒與其發(fā)生團(tuán)聚成為片狀熔聯(lián)體附著在推進(jìn)劑表面，在1～2 ms內(nèi)迅速熔聯(lián)收縮為圓球狀粒子，隨后脫離燃面進(jìn)入氣相反應(yīng)區(qū)，下方推進(jìn)劑表面接觸氣相開始燃燒。此外，還觀測(cè)到部分燃燒粒子脫離燃面后在推進(jìn)劑表面留有大小不一的凹陷，其直徑與粒子直徑相近。氣相反應(yīng)區(qū)粒子燃燒更為劇烈，伴有明亮的白黃色發(fā)光和狹長(zhǎng)的拖尾焰。根據(jù)推進(jìn)劑配方組分，視野內(nèi)團(tuán)聚燃燒粒子的特征符合Al粉組分的燃燒行為，在燃面處熔聯(lián)的為Al凝團(tuán)，氣相反應(yīng)區(qū)為Al凝團(tuán)的燃燒。因此，Al粉的燃燒過(guò)程可總結(jié)為熔融、熔聯(lián)團(tuán)聚、點(diǎn)火、脫離燃面、碰撞團(tuán)聚、燃燒。其中，熔聯(lián)團(tuán)聚與點(diǎn)火為對(duì)抗過(guò)程，點(diǎn)火代表熔聯(lián)團(tuán)聚結(jié)束，而熔聯(lián)的大尺寸Al凝團(tuán)相對(duì)未凝聚粒子較晚進(jìn)入氣相反應(yīng)區(qū)燃燒。

圖4 Al粉配方燃燒高速攝影圖像Fig.4 High-speed photography of Al formula burning

在GAP/HMX推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中，較高含量的AP與來(lái)自粘合劑的硝酸酯基可以增加氣相燃燒產(chǎn)物中氧化物的濃度，抑制碳骨架的形成改善燃燒效率。而在低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑體系中，為適應(yīng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)工作時(shí)間需要，AP含量從約20%被大幅削減至11%，HMX含量提高至47%；AP含量降低導(dǎo)致氣相反應(yīng)區(qū)氧化物濃度減小，使得鋁粉團(tuán)聚時(shí)間延長(zhǎng)；高含量的HMX與粘合劑中大量的硝酸酯熔點(diǎn)較低，在燃燒過(guò)程中增加了熔融層厚度，鋁粉較難脫離表面進(jìn)入氣相反應(yīng)區(qū)。通過(guò)與先前相關(guān)研究的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑熄火表面球形直徑明顯增大。因此，分析得出低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑的燃燒過(guò)程中氧化能力較弱，燃面鋁粉團(tuán)聚狀況更為惡劣，需要通過(guò)調(diào)控金屬燃料的燃燒行為改善燃燒效率。

2.3 推進(jìn)劑熄火表面形貌分析

圖5為純Al粉配方熄火表面SEM、EDS圖像。可見，推進(jìn)劑熄火表面存在一層板結(jié)的熔融層，熔融層上有大量的球形顆粒和與其直徑相近的圓形孔洞。根據(jù)EDS圖像分析，可得到表面球形顆粒主要成分為AlO，大量的C、N元素均勻散布在表面，說(shuō)明此時(shí)粘合劑與硝胺未完全分解。推進(jìn)劑表面的板結(jié)層可能是熔融的粘合劑粘附團(tuán)聚鋁粉遇急冷形成的。熔融層面大小相近的孔洞由高速攝像圖像分析可能是由點(diǎn)火的鋁顆粒放熱分解周圍粘合劑并脫離燃面導(dǎo)致的。熄火表面的團(tuán)聚球形鋁粒徑及表面板結(jié)程度可反映配方鋁粉的團(tuán)聚程度與燃燒效率，平均粒徑越大，團(tuán)聚程度越高，燃燒效率越低。

(a) Surface (b) Layered image (c) Al (d) O (e) C (f) N圖5 Al粉配方熄火表面EDS圖像Fig.5 EDS images of Al formula flameout surface

在合金燃料燃燒過(guò)程中，對(duì)燃燒效率的提升主要可分為3種：(1)促進(jìn)鋁粉的點(diǎn)火，減少Al粉在燃面的停留時(shí)間降低團(tuán)聚，如Mg、Eu；(2)抑制Al粉的團(tuán)聚行為，避免大尺寸熔聯(lián)體的出現(xiàn)，如Mg、Zn；(3)生成產(chǎn)物熔沸點(diǎn)低，以氣態(tài)形式離開燃燒室，減少兩相流損失，如Mo、Eu、Zn。

圖6(a)為純Al粉配方熄火表面SEM圖像。可見粘合劑基體表面大面積的金屬熔聯(lián)結(jié)構(gòu)。圖6(b)為熄火殘?jiān)蚊玻梢姎堅(jiān)鼮椴灰?guī)則塊狀凝聚團(tuán)，表面附有細(xì)密的AlO小顆粒。圖6(c)為Al-Mg合金燃燒熄火表面SEM圖像，推進(jìn)劑表面粘合劑基本燃盡團(tuán)聚鋁顆粒進(jìn)一步熔聯(lián)成為珊瑚狀熔聯(lián)體，表明此時(shí)推進(jìn)劑燃燒狀態(tài)為后期階段，為鋁粉及碳骨架的燃燒。熔聯(lián)體內(nèi)部球形端點(diǎn)由燃燒早期階段團(tuán)聚鋁粉形成，其粒度明顯小于圖6(a)中純Al粉組分團(tuán)聚尺寸，并未出現(xiàn)大尺寸顆粒的團(tuán)聚和逸出。熔聯(lián)體表面有較多細(xì)小孔洞，推測(cè)為合金微爆炸效應(yīng)導(dǎo)致AlO殼破裂使內(nèi)部鋁粉接觸氧化氣氛燃燒，使得鋁粉團(tuán)聚尺寸較小。較小的團(tuán)聚粒徑意味著在Al粉燃燒過(guò)程中與氧化氣氛更為充分的接觸。因此，Al粉燃燒效率提升。圖6(d)為Al-Mg合金配方熄火殘?jiān)黃EM圖片，可以看出，與純Al粉配方相比，Al-Mg凝聚相產(chǎn)物無(wú)板結(jié)現(xiàn)象，且AlO殼球形度更好燃燒更為均勻，表面孔洞更為密集。因此，可以推斷，Al-Mg合金配方推進(jìn)劑對(duì)鋁粉在燃面處的熔聯(lián)團(tuán)聚有較好抑制作用。

如圖6(e)所示，Al-Mg-Mn合金配方熄火表面圖像為燃燒早期，為粘合劑、硝胺的分解及Al粉的點(diǎn)火，熔融板結(jié)的粘合劑仍然存在，并可見少量不規(guī)則硝胺顆粒，表面的團(tuán)聚產(chǎn)物與孔洞直徑較Al-Mg配方大但仍小于基礎(chǔ)配方。通過(guò)圖6(f)表面殘?jiān)煽闯觯巯喈a(chǎn)物上附著有一層細(xì)密顆粒，其粒度小于1 μm符合AlO煙塵的粒度區(qū)間，在較大尺寸范圍內(nèi)Al-Mg-Mn配方殘?jiān)嬖趬K狀凝聚相產(chǎn)物，AlO殼球形度較好，燃燒較為均勻，部分殼層有破裂現(xiàn)象但明顯少于Al-Mg配方。

圖6(g)是Al-B-Eu配方熄火表面SEM圖像。與基礎(chǔ)配方相似，表面層存在鋁凝團(tuán)脫離燃面留下的孔洞和AP燃盡后的空腔，從球形團(tuán)聚鋁粉來(lái)看，其表面團(tuán)聚物生成量較少，粒徑與標(biāo)準(zhǔn)配方相近，其余大多都是未分解的粘合劑體系及硝胺填料，板結(jié)程度較小。在圖6(h)熄火殘?jiān)黃EM圖像中可以看到，存在大量規(guī)則完整的球形團(tuán)聚物位于塊狀凝聚相產(chǎn)物表面，同樣粘附有大量粒徑小于1 μm的AlO煙霧，從凝聚相產(chǎn)物大小及形貌看，Al-B-Eu配方燃燒效率略優(yōu)于Al-Mg-Mn及基礎(chǔ)配方。

圖6 (a-b)Al粉配方熄火表面及殘?jiān)蚊玻?c-d)Al-Mg配方熄火表面及殘?jiān)蚊玻?e-f)Al-Mg-Mn配方熄火表面及殘?jiān)蚊玻?g-h)Al-B-Eu配方熄火表面及殘?jiān)蚊?/p>

從圖7 EDS圖像上分析，球形團(tuán)聚物為 AlO殼，而金屬Eu基本都分布于板結(jié)層，這可能是由于Eu點(diǎn)火溫度低，其自身能在150～180 ℃的空氣中自燃，在燃燒過(guò)程中先于Al粉點(diǎn)火，在后續(xù)的團(tuán)聚過(guò)程中，未同Al粉組分一樣破裂粘連成球而留在粘合劑基體上。

(a) Residue morphology (b) EDS layered image (c) Al (d) O (e) Eu圖7 Al-B-Eu配方熄火殘?jiān)麰DS圖像Fig.7 EDS images of Al-B-Eu formula residue

2.4 端燃φ75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試

對(duì)于推進(jìn)劑比沖有=×，其中為發(fā)動(dòng)機(jī)推力系數(shù)，對(duì)同一發(fā)動(dòng)機(jī)，若推進(jìn)劑種類相同、噴管結(jié)構(gòu)一致，則推力系數(shù)近似相同。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)試車特征速度越高，推進(jìn)劑比沖越大。

使用端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)合金配方推進(jìn)劑試車測(cè)試，結(jié)果見表3。Al-Mg、Al-B-Eu配方特征速度提升了10.9%、10.4%。在理論計(jì)算中，Mg代替Al加入推進(jìn)劑會(huì)降低推進(jìn)劑比沖與密度，但實(shí)測(cè)Mg合金的加入可有效提升推進(jìn)劑能量水平。因此可以得出，在小型端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)中，Al-Mg合金(Al∶Mg= 8∶2)的加入對(duì)Al粉燃燒效率的增益所帶來(lái)的推進(jìn)劑能量性能提升幅度要大于Mg加入推進(jìn)劑對(duì)能量性能的降低幅度。

表3 端燃φ75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)試車數(shù)據(jù)Table 3 Test data of end-burning φ75 mm motor

通過(guò)端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)表征推進(jìn)劑的工作狀態(tài)，其噴射效率越高發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)练e越少，無(wú)效質(zhì)量降低。其中，Al-Mg、Al-B-Eu的噴射效率高于基礎(chǔ)配方，數(shù)值分別提升了2.14%與0.32%，Al-Zn和Al-Mg-Mn配方噴射效率與Al配方基本相當(dāng)。收集端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)試車殘?jiān)錃堅(jiān)钚凿X結(jié)果表明，含Mg合金配方殘?jiān)钚凿X含量均有降低，推進(jìn)劑中Al粉燃燒效率提升，其對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)試車噴射效率上升。

收集到的發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)捎眉す饬６确治鰞x測(cè)試得粒度分布見表4。可見，除Al-Si外，各合金配方殘?jiān)６染兴陆怠ＭǔＵJ(rèn)為，當(dāng)金屬燃料粒徑相當(dāng)時(shí)，燃燒后殘?jiān)牧皆叫。礓X粉燃燒更充分，推進(jìn)劑燃燒效率越高。在各合金配方中，Al-Mg和Al-B-Eu配方殘?jiān)謩e降低了64.7%和57.9%，其燃燒產(chǎn)物<5 μm，表明團(tuán)聚物尺寸下降與熄火表面結(jié)果相符。分析認(rèn)為，Al-Mg等燃燒具有微爆炸效應(yīng)的合金在燃燒過(guò)程中阻礙大粒徑聚物產(chǎn)生且產(chǎn)物中AlO煙塵的比例明顯上升，其中值粒徑降低；凝聚相產(chǎn)物粒徑降低使其更易脫離燃面，推進(jìn)劑噴射效率上升。此外，Mg、Eu等活潑金屬點(diǎn)火溫度低，以Al-B-Eu合金為例，Eu的促進(jìn)點(diǎn)火效應(yīng)使得在在合金相中可添加部分高熱值但較難點(diǎn)火燃燒的B元素。Eu的快速點(diǎn)火增大了向合金相的熱反饋使點(diǎn)火溫度降低，促進(jìn)了高熱值的B、Al元素點(diǎn)火過(guò)程，降低團(tuán)聚過(guò)程時(shí)間，提升使殘?jiān)骄綔p小、噴射效率增大、燃燒效率提升。

表4 收集的φ75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)試車殘?jiān)６确植糡able 4 Particle size distribution of residue collected from the φ75 mm motor test

將藥條淬熄殘?jiān)幕钚凿X含量與端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)鼘?duì)比如圖8(a)所示。可見，兩種方法收集到的殘?jiān)蛉紵龡l件不同在粒度分布上有所區(qū)別，但分布規(guī)律基本一致。與其他NEPE推進(jìn)劑燃燒效率研究進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)配方組成，藥條燃燒殘?jiān)钚凿X與端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)钚凿X含量同樣呈良好的相關(guān)關(guān)系，如圖8(b)所示。因此，兩種方法均可有效定量描述推進(jìn)劑燃燒效率。藥條燃燒殘?jiān)鼫y(cè)試可推測(cè)推進(jìn)劑能量發(fā)揮水平，活性鋁含量越低，能量發(fā)揮效率越高。小型端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)適用于推進(jìn)劑燃燒效率的驗(yàn)證，推進(jìn)劑殘?jiān)陕士赏ㄟ^(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)噴射效率推算，可通過(guò)殘?jiān)陕屎蜌堅(jiān)钚凿X含量定量描述推進(jìn)劑燃燒效率。

(a) D50 (b) Active aluminum content圖8 熄火殘?jiān)c端燃φ75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)殘?jiān)兄盗胶突钚凿X含量Fig.8 D50 and active aluminum content of flame-out and φ75 mm motor residue

3 結(jié)論

(1)Al-Mg、Al-B-Eu和Al-Mg-Mn合金代替Al粉組分，可明顯改善低燃速GAP/HMX推進(jìn)劑中金屬的燃燒效率。端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)噴射效率最高提升 2.14%，試車殘?jiān)疃嘟档?4.7%，活性鋁含量也均有所下降。

(2)Al-Mg等具有微爆炸效應(yīng)的金屬燃料在燃面處AlO外殼有較多孔洞，使得團(tuán)聚物內(nèi)部熔融Al與氧化氣氛接觸面積增大，有利于提升燃燒效率。

(3)端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試結(jié)果表明，Al-Mg、Al-B-Eu合金燃料替代推進(jìn)劑中純Al粉組分，可使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)特征速度提升，殘?jiān)练e降低。因此，在小型端燃75 mm發(fā)動(dòng)機(jī)中，合金燃料對(duì)于Al粉燃燒效率的增益所帶來(lái)的推進(jìn)劑能量性能的提升作用要大于金屬燃料本身的加入對(duì)推進(jìn)劑能量性能的負(fù)面影響。

綜上，Al-Mg及Al-B-Eu等合金燃料在提高GAP/HMX推進(jìn)劑金屬燃燒效率、降低金屬氧化物燃燒殘?jiān)练e等方面具有較好的應(yīng)用前景。