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Evaluating Ignition and Combustion Performance with Al-Metal- Organic Frameworks and Nano-Aluminum in htpb Fuel

火炸药学报 2024年第5期47卷 413-421,I0003页

作者： Sri Nithya Mahottamananda Yash Pal Yarravarapu Sai Sriram Subha S Djalal Trache Department of Aerospace Engineering B S Abdur Rahman CrescentInstitute of Science and TechnologyChennai-600048India School of Aeronautical Science Hindustan Institute of Technologyand ScienceChennai-603103India Energetic Materials Laboratory(EMLab) Teaching and ResearchUnit of Energetic ProcessesEcole Militaire PolytechniqueBP 17Bordj El-Bahri16046AlgiersAlgeria

Incorporating aluminum metal-organic frameworks(Al-MOFs)as energetic additives for solid fuels presents a promising avenue for enhancing combustion *** study explores the potential benefits of Al-MOF(MIL-53(Al))energetic additive on the combustion performance of hydroxyl-terminated polybutadiene(htpb)*** htpb-MOF fuel samples were manufactured using the vacuum-casting technique,followed by a comprehensive evaluation of their ignition and combustion properties using an opposed flow burner(OFB)setup utilizing gaseous oxygen as an *** gauge the effectiveness of Al-MOFs as fuel additives,their impact is compared with that of nano-aluminum(nAl),another traditional additive in htpb *** results indicate that the addition of 15%(mass fraction)nAl into htpb resulted in the shortest ignition delay time(136 ms),demonstrating improved ignition performance compared to pure htpb(273 ms).The incorporation of Al-MOF in htpb also reduced ignition delay times to 227 ms and 189 ms,***,under high oxidizer mass flux conditions(79—81 kg/(m^(2)s)),htpb fuel with 15%nAl exhibited a substantial 83.2%increase in regression rate compared to the baseline htpb fuel,highlighting the positive influence of nAl on combustion *** contrast,htpb-MOF with a 15%Al-MOF additive showed a 32.7%increase in regression rate compared to pure *** results suggest that htpb-nAl outperforms htpb-MOF in terms of regression rates,indicating a more vigorous and rapid burning behavior.

关键词： ignition combustion enhancement MOF htpb regression rate

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Transverse relaxation characteristic and stress relaxation model considering molecular chains of htpb coating based on pre-strained thermal aging

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Defence Technology（防务技术） 2021年第3期17卷 821-828页

作者： Yong-qiang Du Jian Zheng Gui-bo Yu Jian-zhuang Zhi Shijiazhuang Campus Army Engineering UniversityShijiazhuang050003China Intelligent Manufacturing Institute Hebei College of Industry and TechnologyShijiazhuang050003China

In order to accurately describe the transverse relaxation characteristic and stress relaxation modulus of htpb coating during pre-strain thermal aging process,a one month thermal aging test was carried out at70C with pre-strain of 0%,3%,6%and 9%,*** low-field1 H NMR and stress relaxation modulus tests were carried out for htpb coating at different aging *** stress relaxation model considering the molecular chains was proposed according to the changes of crosslinking chain and dangling chain of htpb coating during pre-strain *** results showed that with the increase of aging time,the decay rate of transverse relaxation curve became faster,the transverse relaxation time decreased,the value of combined parameter q Mrl increased,the proportion of crosslinking chain decreased,while the proportion of dangling chain ***,the stress relaxation modulus increased,the crosslinking network structure of htpb coating became denser and the degree of crosslinking *** the initial aging stage,the pre-strain will destroy the crosslinking network structure of htpb coating to a certain *** the increase of aging time,the effect of pre-strain will gradually weaken and the influence of aging on materials will gradually *** correlations between the stress relaxation model considering the molecular chains and the test results were more than 0.9950,which can accurately describe the stress relaxation modulus of htpb coating during the pre-strain thermal aging process.

关键词： htpb Pre-strain aging Transverse relaxation characteristic Molecular chain Stress relaxation model

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Comparison of burn rate and thermal decomposition of AP as oxidizer and PVC and htpb as fuel binder based composite solid propellants

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Defence Technology（防务技术） 2019年第2期15卷 227-232页

作者： A.Manash P.Kumar Department of Mechanical Engineering VVIT Department of Mechanical Engineering K N Modi Engineering and Technology

In the present investigation an effort has been made to understand the thermal decomposition and burn rate characteristics of AP as oxidizer and PVC and htpb as fuel binder in composite solid propellant. The burning rate study has been carried out at ambient and different pressures of 2.068 Mpa, 4.760 Mpa,6.895 Mpa. The mechanism of thermal decomposition of each composition have also been determined by NETZSCH simultaneous thermal analyser, comprising differential scanning calorimeter(DSC) and thermo-gravimetric analyser(TGA). An effort has been made to study the burn rate and decomposition of fuel binder and oxidizer in presence of Fe_2O_3 and also their overall impact on combustion of propellant.

关键词： Thermal decomposition Burn rate Thermo-gravimetric analysis AP PVC htpb Fe2O3

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Analysis of Micro-scale Flame Structure of AP/htpb Base Bleed Propellant Combustion

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Defence Technology（防务技术） 2013年第4期9卷 217-223页

作者： Rui YE Yong-gang YU Yong-jie CAO School of Energy and Power Engineering Nanjing University of Science and Technology

A complex multiple flame structure is formed during the combustion of AP/htpb base bleed *** AP monopropellant flame is concentrated in a thin zone above the burning surface of AP crystal to maintain self-sustained *** to the low temperature near the burning surface,the diffusion between the decomposition products of AP and the pyrolysis products of htpb occurs,and a partly pre-mixed diffusion flame structure-leading edge flame(LEF)is *** effects of pressure,chemical reaction rate and AP particle size on diffusion flame structure in the range from 20 atm to 100 atm are *** Peclet number increases from 6.64 at 20 atm to 21.91 at 100 atm when AP particle size is 140 *** high temperature zone is blown away from the burning surface because the convective transport rate increases with the increase in Peclet *** chemical reaction rate is enhanced and the diffusion mixing is inhibited as Damkohler number *** chemical heat release is more concentrated and the chemical reaction zone becomes narrow when Damkohler number changes from 330 at20 atm to 4700 at 100 *** AP particle diameter is decreased to 60 mm,the diffusion time scale is reduced due to the reduced diffusion length *** the diffusion mixing is enhanced and a more pre-mixed flame is *** burning rate increases because the more pre-mixed heat release increases the heat feedback to the htpb binder.

关键词：推进剂燃烧火焰结构 htpb 结构分析 AP 底排化学反应速率 Peclet数

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htpb/增塑剂表面自由能研究

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火炸药学报 2022年第1期45卷 81-84页

作者：牛国涛南海牛余雷西安近代化学研究所陕西西安710065

为了研究不同黏结体系的表面自由能随温度的变化规律,利用表面能测试仪器测试了htpb黏结体系的表面自由能,分析了htpb与增塑剂体积比、增塑剂种类、温度对体系表面自由能的影响。结果表明,htpb在所给温度范围内表面自由能基本无变化;己... 详细信息

为了研究不同黏结体系的表面自由能随温度的变化规律,利用表面能测试仪器测试了htpb黏结体系的表面自由能,分析了htpb与增塑剂体积比、增塑剂种类、温度对体系表面自由能的影响。结果表明,htpb在所给温度范围内表面自由能基本无变化;己二酸二异氰酸酯(DOA)的表面自由能随温度升高呈现线性降低;在htpb/DOA不同的体积浓度的混合溶液中,当htpb/DOA体积比为1∶1时,在工艺温度60~65℃范围内,表面自由能最低;在DOA、癸二酸二辛脂(DOS)、邻苯二甲酸二辛脂(DOP)三种增塑剂分别与htpb体积比1∶1混合时,在工艺温度60~65℃范围内,htpb/DOA的黏结体系具有更低的表面自由能,DOA增塑效果最好;不同黏结剂体系的表面自由能对温度的灵敏度具有较大差异,其中htpb/DOA黏结体系的表面自由能对温度更灵敏。

关键词：物理化学黏结剂表面自由能增塑剂 htpb DOA DOS DOP

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htpb固体燃料冲压发动机流场仿真与燃速分析

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航空动力学报 2016年第6期31卷 1504-1510页

作者：李新田卢鑫李延成刘珺怡高晶晶中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院北京100076

基于守恒方程建立了固体燃料冲压发动机燃速仿真模型,采用二维轴对称模型和二方程化学反应模型开展了htpb(端羟基聚丁二烯)固体燃料冲压发动机流场数值仿真,分析了不同空气来流条件对流场分布及燃速的影响.结果表明:火焰层在氧气和固体... 详细信息

基于守恒方程建立了固体燃料冲压发动机燃速仿真模型,采用二维轴对称模型和二方程化学反应模型开展了htpb(端羟基聚丁二烯)固体燃料冲压发动机流场数值仿真,分析了不同空气来流条件对流场分布及燃速的影响.结果表明:火焰层在氧气和固体燃料壁面之间形成,随着来流空气流量和空气总温的增加,火焰层厚度变薄并向固体燃料壁面侧移动;随着发动机轴向位置的增加,燃速先迅速增加后缓慢增加,最后在补燃室附近快速减小,变化趋势与文献中试验结果吻合较好;固体燃料平均燃速随来流空气总温及发动内空气流率的增加而增大,并根据仿真结果拟合得到了燃速公式.

关键词： htpb 固体燃料冲压发动机流场仿真燃速

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htpb与TDI固化的分子模拟研究

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固体火箭技术 2008年第6期31卷 602-606页

作者：李红霞强洪夫武文明第二炮兵工程学院西安710025

为了提供固化反应的微观信息,运用Materials Studio 4.2分子模拟软件,构建htpb和TDI分子模型,对htpb和TDI固化进行分子动力学(MD)和合成(Synthia)模拟。分析了固化体系的构型、键长、X-射线散射图谱和弹性模量,结果表明,氰酸酯基(—NCO... 详细信息

为了提供固化反应的微观信息,运用Materials Studio 4.2分子模拟软件,构建htpb和TDI分子模型,对htpb和TDI固化进行分子动力学(MD)和合成(Synthia)模拟。分析了固化体系的构型、键长、X-射线散射图谱和弹性模量,结果表明,氰酸酯基(—NCO)中的N C双键变单键和羟基O—H断开,形成新化学键(—HNCOO—)生成氨基甲酸酯;HT-PB与TDI是一个自发进行的固化反应;htpb-TDI固化体系的力学性能得到了改善,为htpb-TDI固化研究提供了一种切实可行的新方法。

关键词：分子模拟 htpb TDI

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htpb/IPDI弹性体的粘-超弹性本构模型研究

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固体火箭技术 2014年第3期37卷 387-390,395页

作者：胡少青鞠玉涛韦震周长省南京理工大学机械工程学院南京210094

研究了htpb/IPDI弹性体材料单轴等速拉伸及拉伸松弛的力学特性,材料的应变率相关性及松弛特性明显,表现出了较为显著的粘弹性特征;材料在拉伸载荷下有较大的变形量。因此,将Yang L M等提出的适用于橡胶动态特性的粘-超弹本构模型改进应... 详细信息

研究了htpb/IPDI弹性体材料单轴等速拉伸及拉伸松弛的力学特性,材料的应变率相关性及松弛特性明显,表现出了较为显著的粘弹性特征;材料在拉伸载荷下有较大的变形量。因此,将Yang L M等提出的适用于橡胶动态特性的粘-超弹本构模型改进应用于htpb/IPDI弹性体的静态及准静态力学中。模型由超弹模型及粘弹模型并联组成。用实验结果对模型中的参数进行拟合,并用拟合结果预测其他应变率下的实验结果,拟合及预测结果与实验吻合较好。

关键词： htpb IPDI弹性体粘-超弹性本构模型松弛特性

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htpb复合固体推进剂老化损伤的CT研究

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固体火箭技术 2001年第1期24卷 43-45页

作者：阳建红崔学伟辜健陈飞第二炮兵工程学院机械力学教研室西安710025

针对 htpb复合固体推进剂老化存在的材料性能劣化问题 ,采用了计算机层析识别技术研究 htpb复合固体推进剂材料老化损伤 ,通过 htpb复合固体推进剂损伤的数学模型 ,定量描述了材料的老化问题 ,并将其代入推进剂粘弹本构方程 ,结果表明。

关键词：复合固体推进剂 htpb 老化问题材料性能本构方程计算机层析研究劣化

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AP/Al/SMX/htpb四组元推进剂能量特性的理论研究

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火炸药学报 2017年第1期40卷 86-91页

作者：侯斌唐晓波曹一林何金选湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

采用推进剂性能评估软件(PEP),计算和比较了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX)和HMX取代高氯酸铵/铝粉/丁羟黏合剂(AP/Al/htpb)推进剂中AP对配方能量性能的影响。用高温化学平衡计算代码模拟计算了AP/Al/SMX/htpb和AP/Al... 详细信息

采用推进剂性能评估软件(PEP),计算和比较了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX)和HMX取代高氯酸铵/铝粉/丁羟黏合剂(AP/Al/htpb)推进剂中AP对配方能量性能的影响。用高温化学平衡计算代码模拟计算了AP/Al/SMX/htpb和AP/Al/HMX/htpb复合固体推进剂的能量和标准发动机工作过程。结果表明,与HMX相比,SMX能在更大的配比范围内提高htpb推进剂的能量水平。在质量分数14%htpb、18%Al的配方中,SMX能有效将推进剂的平衡流比冲提高到2 622.5N·s/kg,比htpb三组元能量优化配方高27.5N·s/kg。在质量分数14%htpb、15%Al的配方中,SMX取代AP后,比冲最高可达2 634.2N·s/kg,比htpb三组元能量优化配方高39.2N·s/kg。在质量分数15%Al、htpb质量分数为12%和10%的配方中,SMX质量分数可分别达到45%和65%;最高比冲可分别达到2 652.9和2 679.3N·s/kg,比htpb三组元能量优化配方分别高57.9和84.3N·s/kg。在不含Al或Al含量很低的配方中,SMX可取代全部AP。

关键词： htpb 固体推进剂高能氧化剂固体硝酸酯能量特性 SMX

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