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混合火箭发动机结合了固体火箭发动机和液体火箭发动机的优势,具有比冲高、推力可控以及可靠性高等优点,是低成本推进技术领域的研究热点,但是固态燃料的燃面退移速率较低,是制约固液混合推进技术发展的一个重要因素。本文选择力学性能优异的端羟基聚丁二烯(HTPB)作为固态燃料的主要成分,通过添加不同种类、粒径以及质量分数的金属颗粒,研究了高能粒子对HTPB基燃料燃烧性能的影响规律,得到提高固态燃料退移速率的新途径。研究取得的主要成果如下:HTPB基燃料由HTPB、己二酸二异辛酯(DOA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二月桂酸二丁基锡(TIN)组成。在HTPB基燃料中分别添加不同粒径的镁粉和铝粉,金属颗粒的质量分数从5%增加至15%。使用自制的实验装置制作固态燃料药柱,测得药柱密度为0.906 g/cm3,为理论装药密度的99.02%,表明药柱的致密性较高,满足实验要求。扫描电子显微镜(SEM)图像显示镁粉粒子在燃料中分布均匀,而铝粉粒子由于粒径较小在燃料中存在一定的团聚现象。热重分析-示差扫描量热(TG-DSC)的实验结果表明,HTPB基燃料的放热量随着金属高能粒子质量分数的增加而增加。采用高速摄影法测试HTPB基燃料的燃烧性能。相对于无添加高能粒子的燃料,高能粒子能够显著增加燃料在燃烧过程中的热反馈,因此可以明显改善燃料的燃烧性能。在氧化剂(GOX)质量密流为370kg/(m2·s),添加20μm、50μm和100μm的镁粉粒子(质量分数为5%)时,HTPB基燃料的退移速率分别增长了 75.61%、47.07%和40.18%,质量消耗率分别增加了 80.13%、53.65%和37.27%。当20μm镁粉的质量分数从5%增加至15%时,退移速率的增长比例从75.61%升高至188.18%。添加铝粉也可以提高燃料的退移速率,并且随着含量的增加而增加,但是纳米铝粉由于粒径很小,在燃烧过程中会形成致密的氧化铝层阻碍燃烧的进行,影响燃料的燃烧性能。在氧化剂质量密流为370kg/(m2·s)时,添加5%粒径为500nm的铝粉燃料的退移速率和质量消耗率的增长比例最高,分别为22.30%和24.09%;添加100nm的铝粉时,退移速率仅增加了 3.91%,质量消耗率反而下降了 5.00%。500nm铝粉含量从5%增加至15%时,退移速率的增长比例从22.30%升高至121.74%。综合分析得出,添加金属高能粒子可以明显地提高HTPB基固态燃料的退移速率。