周水平, 吳 芳, 唐 根，汪 越, 龐愛民，宋會(huì)彬,王艷萍

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

引 言

先進(jìn)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器對(duì)于固體推進(jìn)劑能量性能要求越來越高[1],將高能硝胺炸藥引入推進(jìn)劑可以提升推進(jìn)劑能量。作為一種籠型硝胺炸藥，CL-20具有高生成焓、高密度、高能量等特點(diǎn)[2]，在軍事工業(yè)領(lǐng)域具備廣泛的應(yīng)用前景,將其引入到固體推進(jìn)劑中提高推進(jìn)劑的能量水平已成為高能固體推進(jìn)劑研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[3-4]。

由于CL-20具備獨(dú)特的物理化學(xué)特性，將其應(yīng)用于復(fù)合固體推進(jìn)劑中仍然存在大量難點(diǎn)[5-6]。與HMX或RDX相比，特殊的籠型結(jié)構(gòu)賦予了CL-20特殊的熱分解與燃燒特性，其燃燒與熱分解行為與HMX或RDX明顯不同[7]。龐愛民等[8]研究表明，隨著HMX或RDX粒度降低，推進(jìn)劑的燃速與壓強(qiáng)指數(shù)降低[9-10]，分析認(rèn)為推進(jìn)劑燃燒時(shí)，HMX或RDX在燃燒表面吸熱熔化，當(dāng)其粒徑減小時(shí)，熔化吸熱增大，促進(jìn)凝聚相吸熱反應(yīng)進(jìn)行，其放熱量減少，進(jìn)而降低凝聚相的反應(yīng)熱，降低了燃燒表面的氣體反應(yīng)速度和擴(kuò)散速度以及推進(jìn)劑的燃速[11]。然而CL-20熱分解起始溫度較低，且不存在熔融吸熱的過程[12]。研究認(rèn)為CL-20粒度影響其熱分解行為，粗粒度(150μm以上)CL-20熱分解過程為兩步反應(yīng)，細(xì)粒度(5μm～16μm)CL-20熱分解過程為一步反應(yīng)，表明粒子動(dòng)力學(xué)控制其熱分解行為[13-14]，可見CL-20的粒度與粒度級(jí)配顯著影響推進(jìn)劑的燃燒性能，然而相關(guān)研究報(bào)道較少。

本試驗(yàn)研究了CL-20及其粒度級(jí)配對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒行為的影響，并分析了其影響機(jī)制，為含CL-20復(fù)合固體推進(jìn)劑的設(shè)計(jì)與性能調(diào)控提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

粗粒度(d50=50μm)、中粒度(d50=25μm)、細(xì)粒度(d50=5μm)CL-20，遼寧慶陽化學(xué)工業(yè)有限公司；超細(xì)粒度(d50=500nm)CL-20、疊氮縮水甘油醚(GAP)、硝酸酯增塑劑，湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所；N-100，黎明化工研究院；高氯酸銨(AP)，大連北方氯酸鉀廠；鋁粉(Al)，鞍鋼實(shí)業(yè)微細(xì)鋁粉有限公司。

VKM-5立式捏合機(jī)、WAE-2000C固體推進(jìn)劑燃速測(cè)控儀，湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所；HK-100高速攝影儀，美國Redlake公司。

1.2 推進(jìn)劑樣品制備

推進(jìn)劑基礎(chǔ)配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：AP，0～20%；Al，15%～20%，CL-20，0～50%；HMX，0～50%；GAP/硝酸酯，6%～20%；N-100，0.5%～2.0%。

采用立式捏合機(jī)在50℃下捏合60～90min，推進(jìn)劑藥漿采用真空澆注工藝，保壓除氣，放入50℃油浴烘箱中固化7d得到推進(jìn)劑方坯。

1.3 性能測(cè)試

靜態(tài)燃速測(cè)試參照QJ1113《復(fù)合固體推進(jìn)劑性能測(cè)試用試樣》進(jìn)行藥條制備，標(biāo)準(zhǔn)藥條規(guī)格為4.5mm×4.5mm×80mm；采用水下聲發(fā)射法測(cè)定推進(jìn)劑燃速，測(cè)試溫度為25℃，測(cè)試壓強(qiáng)分別為3、5、7和9MPa，采樣頻率為1K，每個(gè)壓強(qiáng)下測(cè)定5根藥條。其他操作與數(shù)據(jù)處理均參照GJB770B-2005中的706.1方法,采用線性回歸求出推進(jìn)劑的燃速壓強(qiáng)指數(shù)。

高速攝影拍攝推進(jìn)劑燃燒火焰，參照靜態(tài)燃速測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)藥條制備方法，標(biāo)準(zhǔn)藥條規(guī)格為4.5mm×4.5mm×80mm。在常溫常壓下，將藥條在燃燒室中點(diǎn)燃，采用高速攝影儀對(duì)推進(jìn)劑燃燒火焰結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝。

2 結(jié)果與討論

2.1 CL-20含量對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響

分析CL-20含量對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響，得到推進(jìn)劑的定容爆熱值與爆熱殘?jiān)６?，結(jié)果如圖1和表1所示。圖1中u為推進(jìn)劑燃速，n為燃速壓強(qiáng)指數(shù)。

圖1 不同CL-20含量NEPE推進(jìn)劑的燃燒性能

表1 不同CL-20含量下NEPE推進(jìn)劑的爆熱

由圖1和表1可知，隨著CL-20含量的增加，推進(jìn)劑燃速與燃速壓強(qiáng)指數(shù)略微上升。GAP含能聚醚黏合劑體系與CL-20之間相對(duì)含量的變化對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能有一定影響。隨著CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)由42%增至50%，爆熱值有所上升，爆熱殘?jiān)６冉档停砻麟S著CL-20含量增高，體系燃燒效率有一定程度提升，CL-20的氧化能力高于GAP/硝酸酯黏合劑體系。

2.2 CL-20與其他組分相對(duì)含量對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響

2.2.1 CL-20/HMX相對(duì)含量對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響

在硝胺含量不變的前提下，研究了CL-20與HMX質(zhì)量比對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 CL-20/HMX質(zhì)量比對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

由圖2可知，隨著CL-20含量的增加，推進(jìn)劑燃速和壓強(qiáng)指數(shù)顯著上升。含CL-20/HMX(50%/0)的推進(jìn)劑燃速為含CL-20/HMX(0/50%)推進(jìn)劑燃速的2倍左右?？梢奀L-20對(duì)推進(jìn)劑燃速及壓強(qiáng)指數(shù)貢獻(xiàn)顯著大于HMX。

CL-20與HMX均屬于硝胺類同系物，熱分解都以N—N鍵的斷裂產(chǎn)生NO2開始，熱分解產(chǎn)物種類基本一致。但CL-20基推進(jìn)劑燃速遠(yuǎn)高于HMX。采用DSC研究CL-20與HMX的熱分解特性，DSC曲線和熱分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)見圖3和表2。

表2 HMX與CL-20的熱分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)

熱分解反應(yīng)活化能根據(jù)Kissinger公式計(jì)算:

式中:EK為表觀活化能，kJ/mol;Tm為熱分解峰溫，K;AK為指前因子，s-1;β為升溫速率，K/min;R為氣體常數(shù)，8.314J/(K·mol)。

由表2可知，CL-20與HMX熱分解反應(yīng)活化能為171.8kJ/mol和331.6kJ/mol。CL-20熱分解過程中不發(fā)生吸熱熔融，在246.9℃時(shí)劇烈分解，直接由固相裂解放出氣體和熱量，放熱量1387J/g；HMX在198.5℃時(shí)發(fā)生吸熱熔融，隨后分解釋放出氣體和熱量，在284.3℃時(shí)分解最為劇烈，放熱量為1281J/g。

圖3 CL-20與HMX的DSC曲線

采用TG-IR聯(lián)用對(duì)HMX或CL-20的熱分解產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果見圖4。

圖4 HMX與CL-20熱分解氣相產(chǎn)物紅外光譜圖

CL-20與HMX熱分解氣相產(chǎn)物的種類基本相同，而不同產(chǎn)物吸光度有顯著差異。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜查得，2360cm-1處為CO2，3500、2240、1300cm-1處為N2O，1745cm-1處為HCHO，1260、1630、1750、2920cm-1處為NO2，故HMX與CL-20熱分解氣相產(chǎn)物主要有CO2、N2O、HCHO、NO2等。

HMX與CL-20熱分解氣相產(chǎn)物中主要產(chǎn)物吸光度隨溫度變化如圖5所示。由圖5可知，CL-20與HMX熱分解氣相產(chǎn)物的比例差異較大[7，11]。HMX與CL-20分別在284.3℃和246.9℃處劇烈分解；CL-20集中釋放氣體的溫度范圍窄，且產(chǎn)物的吸收峰更尖銳，說明CL-20熱分解較HMX劇烈。分析認(rèn)為，HMX熱分解過程中，N—NO2的均裂會(huì)降低C—N鍵斷裂的能壘；CL-20熱分解過程中N—NO2均裂后形成的分子骨架可通過自由基重排形成多重鍵使得C—N鍵穩(wěn)定化，因此CL-20熱分解氣相產(chǎn)物中強(qiáng)氧化性氣體NO2的比例較高，弱氧化性氣體N2O比例較低，燃燒反應(yīng)氣相產(chǎn)物中氧化性氣體的比例較高。熱分解燃燒過程中，火焰氣相反應(yīng)區(qū)有較多的氧化性氣體與黏合劑或金屬燃料發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生更高的熱量，使得推進(jìn)劑的燃速急劇升高。此外，NO2對(duì)于CL-20存在較強(qiáng)的自加熱自催化作用，且對(duì)硝酸酯的分解有催化作用。CL-20的自加熱自催化現(xiàn)象隨壓強(qiáng)的增高加劇，使得高壓下CL-20基推進(jìn)劑燃速與燃速壓強(qiáng)指數(shù)顯著增高。

圖5 HMX和CL-20熱分解氣相產(chǎn)物中主要產(chǎn)物的吸光度

HMX和CL-20熱分解氣相產(chǎn)物中，NO2和N2O均為主要組分，但兩者的比例存在顯著差異。HMX熱分解氣相產(chǎn)物中NO2與N2O摩爾比為0.43，遠(yuǎn)低于CL-20熱分解氣相產(chǎn)物中NO2與N2O的摩爾比(3.10)。NO2具有強(qiáng)氧化性，與黏合劑體系分解產(chǎn)生的醛類、碳?xì)涞热剂蠚怏w間的反應(yīng)速度快，放熱量高，而N2O與醛類、碳?xì)涞鹊姆磻?yīng)速度慢；氣相產(chǎn)物中NO2比例越高，推進(jìn)劑燃燒過程中體系內(nèi)強(qiáng)氧化性氣體含量越高，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)熱越多，燃?xì)鈱?duì)于燃面的熱反饋越高，推進(jìn)劑燃速越高。

2.2.2 CL-20/AP質(zhì)量比對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

固定NEPE推進(jìn)劑配方中其他參數(shù)不變，在AP和CL-20總含量不變時(shí)，研究CL-20(25μm)/AP質(zhì)量比對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響，見圖6。

圖6 CL-20/AP質(zhì)量比對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

由圖6可見，隨著CL-20含量的增加，推進(jìn)劑燃速略有降低，壓強(qiáng)指數(shù)沒有明顯的變化規(guī)律，說明CL-20(25μm)對(duì)推進(jìn)劑燃速的貢獻(xiàn)低于AP。

由圖3可知，CL-20熱分解過程中不發(fā)生吸熱熔融，在246.9℃時(shí)劇烈分解，直接由固相裂解釋放出氣體和熱量。圖7為CL-20/AP質(zhì)量比為1∶1的混合體系熱分解特性，可知CL-20對(duì)AP高溫分解有強(qiáng)烈促進(jìn)作用，使其峰溫提前20.3℃，且高溫分解峰減弱，加速AP分解，而CL-20自身分解不受AP影響；AP作為固體推進(jìn)劑中的一種活性激發(fā)物，顯著改善推進(jìn)劑凝聚相及氣相燃燒狀況，進(jìn)而影響推進(jìn)劑的燃燒性能。在含有AP與CL-20的推進(jìn)劑中CL-20優(yōu)先裂解產(chǎn)生NO2，研究表明隨著CL-20含量增高，推進(jìn)劑燃速降低，認(rèn)為AP分解產(chǎn)物的氧化活性高于CL-20分解產(chǎn)物的氧化能力，隨著CL-20含量增高，CL-20/AP分解產(chǎn)物氧化能力降低，氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量降低，燃燒反應(yīng)速率降低，燃速降低。

圖7 CL-20/AP混合體系熱分解特性

2.2.3 CL-20/Al質(zhì)量比對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

固定NEPE固體推進(jìn)劑配方中其他參數(shù)不變，研究CL-20(25μm)/Al粉質(zhì)量比對(duì)NEPE固體推進(jìn)劑燃燒性能的影響，結(jié)果見圖8。

圖8 CL-20/Al質(zhì)量比對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

由圖8可知，CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)由40%減少到36%，Al粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)由16%增加到20%時(shí)，7MPa下推進(jìn)劑燃速由18.01mm/s降至16.72mm/s，燃速壓強(qiáng)指數(shù)基本不變。

CL-20具備一定的氧化能力，可在一定程度上加速Al粉的氧化燃燒。隨著CL-20/Al質(zhì)量比降低，推進(jìn)劑燃?xì)庵醒趸詺怏w比例降低，燃?xì)庋趸芰档?，推進(jìn)劑燃速降低。CL-20自身熱分解產(chǎn)物會(huì)促進(jìn)氧化劑AP的分解，使得AP分解溫度降低，促進(jìn)推進(jìn)劑燃速升高。同時(shí)，隨著CL-20/Al質(zhì)量比降低，CL-20對(duì)于AP熱分解的促進(jìn)能力降低，體系的氧化能力降低，推進(jìn)劑燃速降低。

2.3 CL-20粒度對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

固定NEPE固體推進(jìn)劑配方中其他參數(shù)不變，分別研究了不同粒度CL-20對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響，結(jié)果見圖9，圖中n為壓強(qiáng)指數(shù)。

由圖9可知,當(dāng)CL-20的d50由50μm降至5μm時(shí)，推進(jìn)劑燃速降低，燃速壓強(qiáng)指數(shù)下降。具體表現(xiàn)為低壓時(shí)燃速下降不明顯，而高壓時(shí)下降顯著，燃速與燃速壓強(qiáng)指數(shù)在3～17MPa的范圍內(nèi)均隨著粒度降低而降低。

2.4 CL-20粒度級(jí)配對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響

固定NEPE固體推進(jìn)劑配方中其他參數(shù)不變，考察了CL-20粒度級(jí)配對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的影響，結(jié)果見表3。

注：u1為采用水下聲發(fā)射法測(cè)試得到的燃速；u2為采用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試得到的燃速。

由表3可知，當(dāng)配方中采用中粒度與細(xì)粒度CL-20級(jí)配(No.1-No.3)時(shí)，隨著細(xì)粒度CL-20含量增加，推進(jìn)劑高壓燃速明顯下降，壓強(qiáng)指數(shù)下降；表明中粒度CL-20對(duì)于推進(jìn)劑燃速的貢獻(xiàn)高于細(xì)粒度；當(dāng)采用超細(xì)粒度CL-20(d50=500nm)替代細(xì)粒度CL-20時(shí)(No.5～No.6)，推進(jìn)劑燃速與壓強(qiáng)指數(shù)有所上升，表明超細(xì)粒度CL-20對(duì)推進(jìn)劑燃速的貢獻(xiàn)高于細(xì)粒度CL-20；當(dāng)采用超細(xì)粒度CL-20替代部分中粒度CL-20時(shí)(No.7-No.9)，推進(jìn)劑燃速有所下降，表明超細(xì)粒度CL-20對(duì)推進(jìn)劑燃速的貢獻(xiàn)低于中粒度CL-20。

綜上所述，4種粒度的CL-20對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃速的貢獻(xiàn)順序?yàn)椋捍至６?d50=50μm)>中粒度(d50=25μm)> 超細(xì)粒度(d50=500nm)> 細(xì)粒度(d50=5μm)。

2.5 CL-20粒度對(duì)NEPE推進(jìn)劑爆熱的影響

采用定容爆熱對(duì)含不同粒度CL-20的NEPE推進(jìn)劑的爆熱值與燃燒殘?jiān)M(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

表4 含不同粒度CL-20的NEPE推進(jìn)劑的定容爆熱

由表4可知，CL-20粒度對(duì)于推進(jìn)劑的定容爆熱行為影響顯著。隨著CL-20粒度降低，推進(jìn)劑爆熱值降低，殘?jiān)缴仙?，殘?jiān)谢钚凿X含量上升。

2.6 燃燒機(jī)理分析

NEPE推進(jìn)劑中CL-20不僅可以提供能量，也可以作為一種高效氧化劑，分解產(chǎn)生推進(jìn)劑燃燒所需的氧；CL-20熱分解與燃燒行為顯著影響推進(jìn)劑的燃燒行為與能量釋放機(jī)制。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，推進(jìn)劑中存在一定量的細(xì)粒度CL-20時(shí)，推進(jìn)劑的高壓燃速與壓強(qiáng)指數(shù)降低，爆熱值降低。當(dāng)體系中存在一定量的超細(xì)粒度CL-20時(shí)，推進(jìn)劑的高壓燃速與壓強(qiáng)指數(shù)有所上升。

采用高速攝影儀對(duì)含不同粒度CL-20的推進(jìn)劑在常溫常壓下(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓/20℃,N2氣氛)燃燒火焰形態(tài)進(jìn)行拍攝，結(jié)果如圖10所示。

圖10 含不同粒度CL-20的NEPE推進(jìn)劑的燃燒火焰

由圖10可知，隨著CL-20粒度增大，燃燒火焰亮度明顯增強(qiáng)，燃燒劇烈程度增大，且推進(jìn)劑燃燒時(shí)間分別為19.6、14.7和12.8s,表明含粗粒度CL-20的NEPE推進(jìn)劑有更多的氧化性氣體參與反應(yīng)，火焰的溫度更高，燃燒反應(yīng)劇烈程度更高。

燃燒時(shí)間根據(jù)高速攝影儀記錄推進(jìn)劑試樣的燃燒過程進(jìn)行確定，在確保推進(jìn)劑試樣形狀尺寸完全一致的前提下，燃燒時(shí)間為推進(jìn)劑點(diǎn)火燃燒開始至推進(jìn)劑燃燒結(jié)束為止。

低壓時(shí)，推進(jìn)劑燃燒緩慢。CL-20粒度對(duì)燃燒反應(yīng)的影響不明顯。高壓時(shí)，燃?xì)鈱?duì)于燃面及凝聚相的熱反饋顯著增高，CL-20快速分解產(chǎn)生大量氧化性氣體，如NO2、NO等，這些氣體從凝聚相快速擴(kuò)散至燃燒火焰區(qū)，遠(yuǎn)離燃面。圖11為含不同粒度CL-20的NEPE推進(jìn)劑的SEM圖。如圖11所示，大量的粗粒度CL-20裸露在推進(jìn)劑表面，粗粒度CL-20的分解燃燒可以認(rèn)為是CL-20單元推進(jìn)劑的分解燃燒，燃速極高，由于鋁粉的燃燒主要在燃燒火焰區(qū)進(jìn)行，粗粒度CL-20分解產(chǎn)生的大量強(qiáng)氧化性氣體如NO2可以直接與分散在燃?xì)庵械匿X液滴進(jìn)行反應(yīng)，燃?xì)庵醒趸詺怏w的比例較高，鋁粉燃燒效率較高，燃燒反應(yīng)放熱量大，燃燒殘?jiān)叽巛^小。鋁粉燃燒所產(chǎn)生的熱反饋大，推進(jìn)劑燃速較高。

圖11 含不同粒度CL-20的NEPE推進(jìn)劑SEM圖

隨著CL-20粒度降低，黏合劑對(duì)于CL-20的包覆程度上升，CL-20熱分解產(chǎn)物中強(qiáng)氧化性氣體如NO2優(yōu)先在凝聚相或近燃面區(qū)與黏合劑熱分解所產(chǎn)生的醛類物質(zhì)發(fā)生如下的氧化還原反應(yīng)：

NO2+CH2O→NO+CO+CO2+H2O

此時(shí)，燃?xì)饣鹧鎱^(qū)強(qiáng)氧化性氣體NO2比例下降，燃?xì)鈱?duì)于鋁粉的氧化能力下降，導(dǎo)致鋁粉氧化燃燒所產(chǎn)生的熱量降低，鋁粉燃燒效率下降，推進(jìn)劑爆熱值以及燃?xì)鈱?duì)于燃面的熱反饋下降，燃速下降，燃燒殘?jiān)仙?。然而，?dāng)體系中存在超細(xì)粒度CL-20時(shí)，由于特殊的納米尺寸效應(yīng)和超高的比表面積，超細(xì)粒度CL-20具備極高的熱分解反應(yīng)速率，可以快速分解產(chǎn)生大量熱量，彌補(bǔ)了由于燃面局部熄火或燃燒不完全導(dǎo)致的推進(jìn)劑燃速降低。隨著超細(xì)粒度CL-20含量增高，推進(jìn)劑燃速與燃速壓強(qiáng)指數(shù)有所上升。

含CL-20的NEPE固體推進(jìn)劑的燃燒物理模型如圖12所示。由于粗粒度或中粒度CL-20規(guī)整性較差，黏合劑對(duì)其包覆程度較差，CL-20與黏合劑之間作用力較弱。粗粒度CL-20的分解燃燒可以認(rèn)為是CL-20單元推進(jìn)劑的分解燃燒，燃速極高，燃速壓強(qiáng)指數(shù)接近1.0，CL-20單元推進(jìn)劑分解產(chǎn)生大量的氧化性氣體如NO2和N2O，燃?xì)獾难趸芰ο鄬?duì)較高，燃?xì)鈱?duì)于鋁粉的氧化能力較高，燃溫更高，燃?xì)鈱?duì)于燃面或凝聚相的熱反饋高，推進(jìn)劑燃速與壓強(qiáng)指數(shù)較高。

圖12 含CL-20的NEPE固體推進(jìn)劑燃燒物理模型

細(xì)粒度CL-20規(guī)整性較好，在推進(jìn)劑燃燒時(shí)，凝聚相表面低熔點(diǎn)、易流動(dòng)的黏合劑熔融層極易覆蓋在細(xì)粒度CL-20表面，此時(shí)CL-20分解燃燒為CL-20與黏合劑組成的二元推進(jìn)劑分解燃燒，燃速較低，燃速壓強(qiáng)指數(shù)小于1.0。此外，黏合劑的熔融吸熱以及鋁粉在燃燒表面的熔融吸熱會(huì)降低CL-20的熱分解速率。并且，CL-20熱分解所產(chǎn)生的氧化性氣體如NO2優(yōu)先在凝聚相或近燃面區(qū)發(fā)生反應(yīng)，直接氧化醛類等還原性熱分解產(chǎn)物生成NO，此狀態(tài)下燃燒火焰區(qū)燃?xì)鈱?duì)鋁粉的氧化能力下降，燃燒火焰亮度降低。鋁粉燃燒效率降低，殘?jiān)谢钚凿X含量上升。

此外，文獻(xiàn)報(bào)道CL-20熱分解結(jié)束之后會(huì)產(chǎn)生一定量的惰性物質(zhì)[14]，惰性物質(zhì)一定程度上會(huì)吸收推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的熱量，可能造成燃速與爆熱值降低。文獻(xiàn)報(bào)道CL-20粒度越小越易在燃燒時(shí)產(chǎn)生惰性物質(zhì)，這有可能造成隨著CL-20粒度降低推進(jìn)劑爆熱值降低，燃燒效率降低。

3 結(jié) 論

(1)隨著CL-20含量升高，推進(jìn)劑燃速與壓強(qiáng)指數(shù)上升，燃燒效率提升，表明CL-20氧化能力高于GAP/硝酸酯黏合劑體系。

(2)CL-20含量對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒行為有較大影響。CL-20對(duì)推進(jìn)劑燃速及壓強(qiáng)指數(shù)的貢獻(xiàn)顯著大于HMX；隨著CL-20含量增高，CL-20/AP分解產(chǎn)物的氧化能力降低，燃燒反應(yīng)速率降低，燃速降低；隨著CL-20含量升高，鋁粉含量下降，推進(jìn)劑燃?xì)庵醒趸詺怏w比例上升，燃?xì)庋趸芰ι仙七M(jìn)劑燃速升高，CL-20可以加速Al粉氧化燃燒。

(3)CL-20粒度級(jí)配對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃燒行為影響顯著。CL-20的d50在5～50μm之間時(shí)，隨著細(xì)粒度CL-20含量增高，推進(jìn)劑燃速與燃速壓強(qiáng)指數(shù)下降;當(dāng)體系中存在超細(xì)粒度CL-20(d50=500nm)時(shí)，推進(jìn)劑的燃速與燃速壓強(qiáng)指數(shù)隨著超細(xì)粒度CL-20含量的增加而有所增加。4種粒度規(guī)格的CL-20對(duì)NEPE推進(jìn)劑燃速的貢獻(xiàn)順序?yàn)椋捍至６?中粒度> 超細(xì)粒度> 細(xì)粒度。