[发明专利]一种碳硼烷推进剂及其制备方法

说明书

提供了一种碳硼烷推进剂，包含按质量百分比含量计的下列组分：氧化剂：25～40％；碳硼烷燃料：10～45％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％，其中碳硼烷燃料选自碳硼烷丙甲醚、碳硼烷丙醚、苯甲基碳硼烷、碳硼烷丙苯醚、苯甲基碳硼烷、苯基碳硼烷、萘基碳硼烷、联碳硼烷、对碳硼烷二苯甲醚、聚丙烯酸碳硼烷丙酯、碳硼烷基聚乙烯中的一种或两种及两种以上的组合。本发明以碳硼烷作为燃料，解决了常规燃料点火温度高、燃烧效率低、凝聚相多的问题，满足了固体超燃冲压发动机对推进剂高热值、优良的点火性能、高燃烧效率、低凝聚相、燃气洁净、低残渣的技术要求，可用于固体超燃冲压发动机。

技术领域

本发明属于固体超燃冲压发动机用富燃料推进剂领域，具体涉及一种用于提高富燃料推进剂燃烧性能和能量性能的推进剂。

背景技术

固体超燃冲压发动机具有鲜明的前沿高技术特征，主要用于高空大气层内Ma＞6吸气式高超声速飞行器，以其为动力的高超声速导弹或者是空间作战飞行器，具有速度高、结构简单，作战时反应时间短，高超声速飞行性能好等优点，特别适用于作为高超音速巡航武器的动力系统，对国防安全、未来空间作战具有重要意义。

固体超燃冲压发动机要求推进剂在高速流动的来流中顺利点火并能够实现稳定燃烧，可以产生稳定的火焰。它要求固体燃料的相变、分解与汽化、燃烧等复杂过程要在燃烧面处在切向超声速气流中快速完成。扩散火焰为主流提供足够热量，主流为下游燃料提供热反馈，使得燃烧在整个流域内得以进行，为发动机提供较高的能量。

碳硼烷具有卓越的能量性能和良好的燃烧性能，以其衍生物用作富燃料推进剂组分，在一次燃烧时分解产生出大量的高活性自由基碎片，这些自由基碎片具有碳硼烷独特的强缺电子结构，碎片与粘合剂及其他燃料分解产生的不饱和小分子发生歧化，形成高活性小分子，从而可以改善推进剂的燃烧效率，并显著提高其能量性能。

由于碳硼烷具有上述诸多特性，将碳硼烷作为新型燃料引入到富燃料推进剂配方，不但能改善燃烧性能，还能提高能量性能，改善工艺性能，使得碳硼烷推进剂具备常规推进剂所不具备的诸多优点，在未来的战略、战术型号发动机以及燃气发生器中具有极其广阔的应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种碳硼烷推进剂，推进剂以碳硼烷作为燃料，解决了常规燃料点火温度高、燃烧效率低、凝聚相多的问题，作为固体超燃冲压发动机的碳硼烷推进剂配方，满足了以高超音速空地、空空导弹为背景型号的固体超燃冲压发动机对推进剂高热值、优良的点火性能、高燃烧效率、低凝聚相、燃气洁净、低残渣的技术要求。

本发明的技术方案是：一种碳硼烷推进剂，它包含按质量百分比含量计的下列组分：氧化剂：25～40％；碳硼烷燃料：10～45％；金属燃料：3～20％；粘合剂体系：15～25％；功能助剂：2～7％。

本发明推进剂是以碳硼烷作为主要燃料的富燃料推进剂。

进一步的，上述碳硼烷燃料是以具有10个硼原子、12个氢原子和2个碳原子组成的正二十面体的笼形结构的碳癸硼烷为基体的碳癸硼烷衍生物，碳硼烷燃料可以是单取代的碳癸硼烷基，也可以是双取代的碳癸硼烷基，选自碳硼烷丙甲醚、碳硼烷丙醚、苯甲基碳硼烷、碳硼烷丙苯醚、苯甲基碳硼烷、苯基碳硼烷、萘基碳硼烷、联碳硼烷、对碳硼烷二苯甲醚、聚丙烯酸碳硼烷丙酯、碳硼烷基聚乙烯中的一种或两种及两种以上的组合，且碳硼烷粒径不大于400μm。

更进一步的，上述氧化剂选自为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)、硝酸铵(AN)、硝酸钾(KN)、三氨基胍硝酸盐(TAGN)中的一种或两种及两种以上的组合，且氧化剂粒径为0.5～400μm。

还进一步的，上述金属燃料选自铝(Al)、镁(Mg)、硼(B)中的一种或两种及两种以上的组合，且金属燃料粒径为1～40μm。