高能硼氢燃料氨硼烷的热性能研究

摘要

为了实现高速、安全飞行，燃料及推进剂的研制一直是航空航天领域的热点问题。和其他金属燃料相比，硼具有极高的质量热值和体积热值；同时氢被认为是单位质量热值最高的天然分子，且能显著降低推进剂的质量。如果能将硼、氢元素结合起来，开发出一种新的燃料将能显著改善推进剂的性能。于是硼氢类化合物就成了重点关注对象。氨硼烷，是由NH3BH3构成的分子晶体。作为硼氢类化合物的代表型物质，其含氢量高达19.6％，且具有热稳定性适中的特点，是很有潜质的含硼类燃速添加剂。
　　本文首先对固体推进剂的主要组分及发展进行了总结，探究了固体推进剂组分的热分解及热老化特性研究现状，着重总结了高燃速推进剂用硼氢化物的研究进展。然后主要从热分解动力学和热安全性两个方面对氨硼烷的热性能进行了探究。
　　利用TG—DSC联用技术对氨硼烷的热行为进行了测定，发现氨硼烷是一种典型的“熔融分解”型物质，其分解过程大致分为两个阶段。采用等温测试法排除了熔融吸热过程对氨硼烷分解放热的影响，计算得到氨硼烷分解第一阶段的活化能及平均分解热焓。采用非等温法，对氨硼烷的分解放热过程进行了研究，采用Popescu法推断出了氨硼烷的分解机理函数，并认为两步分解都呈单步反应过程。采用FWO、KAS法对实验结果进行了计算，得出氨硼烷的活化能和指前因子，且发现活化能E与指前因子lnA之间存在良好的动力学补偿效应。
　　采用DSC法，评价了氨硼烷与固体推进剂主要组分：AP、HTPB及RDX之间的相容性。结果表明氨硼烷与固体推进剂的主要组分之间的相容性良好，可用于含硼推进剂的制备。
　　采用AKTS高等动力学软件对氨硼烷的热存贮安全性进行了模拟计算，对氨硼烷在贮存过程中的反应级数、自加速分解温度、绝热诱导时间、绝热温升等热动力学参数进行了安全评估，模拟分析可能造成的事故，能为工业实际生产、存贮提供一些参考。

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题主要工作

2 氨硼烷的热行为研究

2. 1 TG-DSC实验

2. 2 等温DSC实验

2.3 非等温DSC实验

2.4本章小结

3 氨硼烷与固体推进剂主要组分的相容性

3.1 相容性理论判据及实验准备

3.2 氨硼烷与AP的相容性

3.3氨硼烷与HTPB的相容性

3.4 氨硼烷与RDX的相容性

3.5 本章小结

4 AKTS动力学及热安全性分析

4.1 AKTS高等动力学软件

4.2 DSC测试数据的AKTS分析

4.3 氨硼烷热安全性分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1工作总结及主要结论

5.2后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢