蒽醌类高压平台燃烧含能催化剂的设计、构筑及作用机理研究

Modifying the combustion performance of the solid propellant is one difficult problem at high pressure. Traditional catalyst can well modify the combustion performance in middle-low pressure range, but it is very difficult to make solid propellant to realize plateau combustion in high pressure. Energetic combustion catalyst of high pressure plateau was creatively proposed, which can give it some energetic, and also adjust the combustion performance in high pressure and make it plateau combustion. The design, construction and characterization of energetic combustion catalysts are carried out, and study the thermodynamics of the reaction to provide support for the production design of the compounds. Research the thermal decomposition by TG-DSC-MS simultaneous techniques to determine the gaseous products of decomposition of the compounds, and get the parameters and kinetic equation of thermal decomposition of RDX/NC main ingredients of the solid propellant catalyzed by the compounds. Better compounds are found, and catalysis combustion mechanism is proposed. Which has the important theoretical meaning and practical value for the development of high energy and high burning rate solid propellant.

调节固体推进剂高压下燃烧性能是该研究领域的难题之一。传统的催化剂在中低压区间能很好地调节其燃烧性能，但难以使固体推进剂在高压区呈现平台燃烧。本课题创新性的提出了"高压平台燃烧含能催化剂"，不仅可以实现燃烧催化剂能量化，而且能够在高压区较好地调节固体推进剂的燃烧性能，使其在高压区出现平台燃烧。主要开展高压平台燃烧含能催化剂的设计、构筑及表征，对该类化合物的合成反应进行热力学研究，为该类化合物的制备提供依据；进行TG-DSC-MS联动研究，确定其分解气相产物，得到其对固体推进剂主要组分RDX和NC在高压下的催化热分解参数和其本征热分解动力方程；找出催化性能较好的化合物，揭示其在高压区的作用机理，这对于高能、高燃速固体推进剂的发展具有重要的理论意义和应用价值。

推进剂的燃烧性能是火箭推进技术的核心，直接影响火箭的弹道性能、飞行速度和工作稳定性等。燃烧特性的调节是现代固体推进剂研究的关键技术之一。传统的催化剂在中低压区间能很好地调节其燃烧性能，但难以使固体推进剂在高压区呈现平台燃烧。本课题创新性提出了“高压平台燃烧含能催化剂”，不仅可以实现燃烧催化剂能量化，而且能在高压区较好地调节固体推进剂的燃烧性能，使其在高压区出现平台燃烧。本项目制备了1,8-二羟基蒽醌、1,8-二羟基-4,5-二硝基蒽醌、1,8-二羟基-4,5-二叠氮基蒽醌和1,4,5,8-四羟基蒽醌等金属化合物，表征了其结构；研究了其对推进剂主要组分的热分解催化作用；考察了其对双基系推进剂燃烧性能的影响，探讨了其催化燃烧机理。研究结果表明，蒽醌类催化剂的燃烧催化剂效果优于传统催化剂，可使双基系推进剂在10-20MPa压力区域出现平台燃烧，且催化效率在1.5以上；催化剂在推进剂燃烧过程中分解为金属氧化物颗粒富集在燃烧表面，氧化物颗粒均匀镶嵌于燃烧过程中产生的碳物质骨架内，与碳物质产生协同作用，对推进剂燃烧起到催化作用。碳物质的产生，提高了催化剂的催化活性；进而提出了蒽醌类燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂燃烧的可能催化机理。研究成果对于新型固体推进剂的设计和开发具有重要的意义。