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铝与氮氧化物高温均相反应机理的量子化学计算研究

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含能材料 2024年第4期32卷 369-376页

作者：夏文韬杜芳李毅恒林励云屈炜宸秦瑞陶博文顾健湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003 航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003

为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO_(2)、NO和N_(2)O)的反应机理。首先,使用ωB97X‑D3方法在def2‑SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过... 详细信息

为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO_(2)、NO和N_(2)O)的反应机理。首先,使用ωB97X‑D3方法在def2‑SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态,得到了详细反应路径和机理。同时,使用双杂化泛函PWPB95结合DFT‑D3校正和def2‑TZVPP基组获得了各结构的单点能,并使用变分插值过渡态理论计算了相关反应的反应速率常数,得出每个反应的阿伦尼乌斯表达式。结果表明,Al与NO和NO_(2)的反应过程为Al与O氧原子连接形成复合物中间体后通过三元环状过渡态破坏N‑O键生成产物;Al与N_(2)O的反应时则为Al与N原子形成复合物后通过四元环状过渡态发生消除反应生成产物。通过分析各反应动力学参数得到Al与NO_(2)、NO和N_(2)O反应活化能分别为:4.3,249 kJ·mol^(-1)和13.4 kJ·mol^(-1)。在2400~4100 K,由于Al与NO_(2)和N_(2)O的反应能垒较低,反应速率均大于106 m^(3)·mol^(-1)·s^(-1),说明该反应容易发生且速率极快,Al与NO的反应能垒极高,因此其逆反应速率远大于正反应速率,且各反应反应速率受温度的影响程度为:NO>N_(2)O>NO_(2)。

关键词：铝燃烧氮氧化物密度泛函理论动力学

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基于阳离子调控的ADN防吸湿技术

含能材料 2024年第7期32卷 754-760页

作者：彭盼盼屈炜宸杜黎小松史淑婧赵新岩李磊杜芳陶博文李洪旭航天化学能源全国重点实验室湖北襄阳441003 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

二硝酰胺铵(ADN)作为一种极具应用前景的氧化剂,其阳离子NH4+易与空气中的水分子形成氢键,因而存在强吸湿性缺点,无法实现大规模化工程应用。据此,研究提出一种阳离子调控策略,结合Schiff base反应和离子交换反应,以对苯二甲醛(TPA)、... 详细信息

二硝酰胺铵(ADN)作为一种极具应用前景的氧化剂,其阳离子NH4+易与空气中的水分子形成氢键,因而存在强吸湿性缺点,无法实现大规模化工程应用。据此,研究提出一种阳离子调控策略,结合Schiff base反应和离子交换反应,以对苯二甲醛(TPA)、氨基胍盐酸盐(AGC)和ADN为原料,通过操作简单、安全高效的一锅法反应,成功合成出含二价阳离子的新型二硝酰胺类含能离子盐(DBDN)。采用元素分析、红外光谱和核磁光谱等对其化学结构进行表征,同时结合热分析、机械感度测试和理论计算对其理化性能进行分析,并采用干燥器平衡法对ADN和DBDN进行吸湿性研究。结果显示,DBDN的撞击感度(IS)、摩擦感度(FS)和热分解温度(T_(d))分别为>40 J、16%和225℃,其安定性要远优于ADN(5 J、76%和198℃)。此外,在25℃、相对湿度(RH)分别为66%和75%的条件下,静置9 d后,ADN的吸湿率高达24.1%和39.5%,而DBDN仅为0.26%和0.48%,表现出不吸湿特性。

关键词：二硝酰胺铵(ADN) 吸湿性阳离子调控策略二价阳离子新型二硝酰胺类含能离子盐(DBDN)

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铝基核壳材料AP/Al的制备及性能研究

火炸药学报 2024年第3期47卷 271-278,I0006页

作者：晏嘉伟屈炜宸杜芳李磊孙新零林励云李毅恒汪慧思陶博文航天化学能源全国重点实验室湖北襄阳441003 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

以AP和铝粉为原料,采用“AP预处理+表面沉积”两步法工艺制备了以铝粉为“壳”的铝基核壳材料AP/Al;采用SEM-EDS、粒度分析、密度测试等方法表征了AP/Al的表面形貌、元素分布、粒度分布和密度等物理特性,对比测试了铝基核壳材料AP/Al的... 详细信息

以AP和铝粉为原料,采用“AP预处理+表面沉积”两步法工艺制备了以铝粉为“壳”的铝基核壳材料AP/Al;采用SEM-EDS、粒度分析、密度测试等方法表征了AP/Al的表面形貌、元素分布、粒度分布和密度等物理特性,对比测试了铝基核壳材料AP/Al的感度性能、热分解性能、爆热及残渣活性铝含量并与AP/Al物理混合物进行了对比;运用Flynn-Wall-Ozawa方程计算了AP/Al物理混合物及铝基核壳材料AP/Al的分解活化能,并通过高速摄像机记录了铝基核壳材料AP/Al的燃烧特性。结果表明,铝基核壳材料AP/Al是以AP为“核芯”、铝粉为“壳”,密度为2.0485 g/cm^(3)的类球形颗粒;相比于物理混合物,铝基核壳材料AP/Al静电火光感度由27.94 mJ提高至102.88 mJ,AP低温分解和高温分解活化能分别提升10.9和9.0 kJ/mol,爆热值未出现明显降低(物理混合物为9298.4 J/g,铝基核壳材料AP/Al为9260.6 J/g),但铝基核壳材料AP/Al残渣中活性铝质量分数降低90%以上;有别于传统铝粉燃烧的拖拽火焰,铝基核壳材料AP/Al燃烧时,铝液滴溅射大量细颗粒铝珠,且燃烧火焰更加均匀、明亮。

关键词：含能材料核壳材料 AP/Al 微纳复合材料燃烧性能

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增塑剂DOS在EPDM绝热层中的迁移特性

固体火箭技术 2024年第1期47卷 112-119页

作者：凌玲周俊陈雯隋琦任雯君湖北航天化学技术研究所襄阳441003

为了优化丁羟(HTPB)推进剂与三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的应用匹配性,采用浸泡实验、接触实验和复合验证等方法,研究了HTPB推进剂中的增塑剂癸二酸二异辛酯(DOS)向EPDM绝热层迁移的特性及其对绝热层性能的影响规律。结果表明:由于极性相... 详细信息

为了优化丁羟(HTPB)推进剂与三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的应用匹配性,采用浸泡实验、接触实验和复合验证等方法,研究了HTPB推进剂中的增塑剂癸二酸二异辛酯(DOS)向EPDM绝热层迁移的特性及其对绝热层性能的影响规律。结果表明:由于极性相近,DOS容易向EPDM绝热层中发生大量迁移,其初期迁移量较显著且饱和迁移量约为52%;EPDM橡胶的结构参数对绝热层硫化胶的耐DOS迁移特性影响不明显;致密的绝热层交联网络有利于减少DOS在其中的迁移量;绝热层厚度增加时,DOS迁移速率变缓,迁入量减小。HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系复合验证结果表明:在推进剂固化过程中DOS已向绝热层发生迁移,导致绝热层的力学性能和烧蚀性能大幅下降;推进剂固化结束后,绝热层的力学性能下降了55%,线烧蚀率增加了20%;70℃贮存30 d时,力学性能下降超60%,线烧蚀率增加了28%;在EPDM绝热层与HTPB衬层之间设置一层环氧基阻迁移层,可以大幅降低推进剂中的增塑剂DOS在绝热层中的迁移量且能够形成良好粘结。

关键词： EPDM绝热层增塑剂癸二酸二异辛酯迁移

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复杂环境下的飞行器在线航路规划决策方法

系统工程与电子技术 2024年第9期46卷 3166-3175页

作者：杨志鹏陈子浩曾长林松毛金娣张凯湖北航天技术研究院总体设计所湖北武汉430040

针对飞行器在线航路规划问题,提出一种基于深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的飞行器在线自主决策方法。首先对飞行器运动模型、探测模型进行了说明,然后采用DRL深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,D... 详细信息

针对飞行器在线航路规划问题,提出一种基于深度强化学习(deep reinforcement learning,DRL)的飞行器在线自主决策方法。首先对飞行器运动模型、探测模型进行了说明,然后采用DRL深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法,对飞行器飞行控制策略模型框架进行了构建。在此基础上,提出了一种基于课程学习(curriculum learning,CL)的CL-DDPG算法,将在线航路规划任务进行分解,引导飞行器进行目标靠近、威胁规避、航路寻优策略学习,并设置相应的高斯噪声帮助飞行器对策略进行探索和优化,实现了复杂场景下的飞行器自适应学习和决策控制。仿真实验证明,CL-DDPG算法能够有效提升模型的训练效率,算法模型任务成功率更高,具有优秀的泛化性和鲁棒性,能够更好地应用于复杂动态环境下的在线航路规划任务中。

关键词：在线航路规划深度强化学习自主决策课程学习威胁规避

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丁羟三组元推进剂的增材制造及性能研究

火炸药学报 2024年第2期47卷 172-179,I0003页

作者：孙鑫科石柯史钰罗聪王鼎程李伟任全彬航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003 航天动力技术研究院陕西西安710025

针对传统浇注成型与直写式3D打印对固体推进剂药浆工艺性能要求相冲突的问题,为实现小型药柱的3D打印,采用添加少量定型助剂(YJ)的方法对丁羟三组元推进剂配方进行改性,对改性前后推进剂的工艺性能、力学性能、燃烧性能和能量性能进行... 详细信息

针对传统浇注成型与直写式3D打印对固体推进剂药浆工艺性能要求相冲突的问题,为实现小型药柱的3D打印,采用添加少量定型助剂(YJ)的方法对丁羟三组元推进剂配方进行改性,对改性前后推进剂的工艺性能、力学性能、燃烧性能和能量性能进行对比分析,并探究了YJ对推进剂性能的影响。结果表明,改性后的推进剂药浆具备可控挤出和室温堆积的流变特性;YJ的加入使得推进剂在20、70℃下的最大抗拉强度分别降低0.1和0.15 MPa,断裂伸长率分别增加了12.7%和9.9%,表明YJ对其力学性能影响显著;此外,实验及理论计算表明,YJ对推进剂的燃烧性能和能量性能影响甚微,燃速最大降低0.24 mm/s,能量变化幅度均在1%以内;表明定型助剂(YJ)的加入不仅使药浆满足3D打印要求,而且对原始推进剂的整体性能没有显著负面影响。

关键词：复合固体推进剂丁羟三组元推进剂增材制造力学性能流变特性燃烧性能 3D打印

AlH_(3)含量对固体推进剂药浆流变性能的影响

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固体火箭技术 2024年第1期47卷 70-77页

作者：高述虎张怀龙庞爱民郭翔唐根胡兰王小英周水平航天化学动力技术重点实验室湖北航天化学技术研究所襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003 航天动力技术研究院西安710025

为解决用AlH_(3)替代Al粉导致的固体推进剂药浆粘度增加、流变性能恶化等问题,采用流变学测试方法研究了AlH_(3)含量对于固体推进剂药浆流变性能的影响,如药浆粘度、动态模量、触变性、温度等。结果表明:推进剂药浆的表观粘度与AlH_(3)... 详细信息

为解决用AlH_(3)替代Al粉导致的固体推进剂药浆粘度增加、流变性能恶化等问题,采用流变学测试方法研究了AlH_(3)含量对于固体推进剂药浆流变性能的影响,如药浆粘度、动态模量、触变性、温度等。结果表明:推进剂药浆的表观粘度与AlH_(3)的含量存在很强的正相关性;AlH_(3)含量为16%推进剂药浆的剪切速率高于临界剪切速率后出现了“熔体破裂”现象;AlH_(3)的加入可以提高推进剂药浆的储能模量,增强其可逆弹性形变,改善其触变性;AlH_(3)含量越高,剪切速率指数与粘流活化能越小,推进剂药浆粘度对剪切速率和温度的敏感性越低;AlH_(3)含量8%时,药浆粘流活化能随AlH_(3)含量的升高而显著降低,AlH_(3)含量高于8%后,药浆粘流活化能基本不随AlH_(3)的含量而变化。

关键词： AlH_(3) 固体推进剂药浆流变性能动态模量触变性

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三元乙丙橡胶绝热层混炼胶贮存老化性能研究

宇航材料工艺 2024年第2期54卷 136-142页

作者：陈雯陈馨吴磊王明超强福智湖北航天化学技术研究所襄阳441003

绝热层混炼胶老化性能决定了绝热层使用前的贮存时间,为了掌握绝热层混炼胶贮存时间对绝热层后续使用性能的影响,以控制绝热层混炼胶贮存时间,采用热氧老化试验研究绝热层混炼胶老化不同时间后性能的变化。结果表明,随着老化时间延长,... 详细信息

绝热层混炼胶老化性能决定了绝热层使用前的贮存时间,为了掌握绝热层混炼胶贮存时间对绝热层后续使用性能的影响,以控制绝热层混炼胶贮存时间,采用热氧老化试验研究绝热层混炼胶老化不同时间后性能的变化。结果表明,随着老化时间延长,硫化剂(DCP)在高温条件下发生分解、三元乙丙橡胶(EPDM)分子链发生断裂,绝热层力学性能、硫化性能、粘接性能及凝胶分数逐渐降低,其他理化性能无明显变化。由此说明为有效提高绝热层高温贮存有效期,延长使用寿命,应严格关注贮存温度同时远离光照及紫外线照射。

关键词： EPDM绝热层老化贮存时间

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高效叠氮化方法研究进展

高等学校化学学报 2024年第5期45卷 10-27页

作者：龙磊韦伟罗运军李霄羽北京理工大学材料学院北京100081 湖北航天化学技术研究所襄阳441003

有机叠氮化合物是一类多功能化合物,是合成一系列治疗药物、生物活性化合物、功能材料及高能化合物有用的前驱体,被广泛应用于点击化学和Staudinger反应中.在过去的几十年里,研究人员开发了大量的合成策略来制备结构多样的有机叠氮化物... 详细信息

有机叠氮化合物是一类多功能化合物,是合成一系列治疗药物、生物活性化合物、功能材料及高能化合物有用的前驱体,被广泛应用于点击化学和Staudinger反应中.在过去的几十年里,研究人员开发了大量的合成策略来制备结构多样的有机叠氮化物,但不是所有的反应都能高效地进行.随着绿色化学的概念深入人心,安全性低、普适性低和效率低的传统叠氮化方法逐渐被淘汰,发展新的高效叠氮化方法迫在眉睫.本文综合评述了近年来制备脂肪族叠氮化合物及叠氮聚合物的高效合成方法,从碳碳多重键和碳氢键的叠氮化策略方面简述了脂肪族叠氮化物的合成,对叠氮聚合物的合成方法、潜在的新型合成策略进行了概述,并对未来叠氮化学的发展前景进行了展望.

关键词：有机叠氮化合物有机合成脂肪族叠氮化物高能化合物