[发明专利]一种金属燃料推进剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种金属燃料推进剂及其制备方法和应用，属于水下动力技术领域。本发明提供的金属燃料推进剂结构上包括圆柱状的核芯和包裹在核芯侧面的外层，所述核芯组成上包括金属颗粒、氧化剂和粘合剂，所述外层组成上包括金属颗粒和粘合剂。本发明提供的具有内、外两层结构的金属燃料推进剂，在推进剂点火时，核芯的推进剂先燃烧，产生高温高压环境，致使外层的推进剂中的金属颗粒向外扩散，同时发动机内进行喷水操作，水作为氧化剂与活泼金属发生剧烈反应，放出大量的热和以氢气为主的气体，为发动机提供工质，产生推力；且核芯含有氧化剂，不受外界氧化剂的干扰，保证金属燃料推进剂能够稳定燃烧。

技术领域

本发明涉及水下动力技术领域，具体涉及一种金属燃料推进剂及其制备方法和应用。

背景技术

固体推进剂是一类在燃烧时能迅速产生大量高温气体的化学物质，可用来发射枪炮的弹丸、火箭和导弹等发射体。其中，水下航行体常用的固体推进剂为金属燃料推进剂。

传统的水下航行体用的金属燃料推进剂中需要加入大量的氧化剂以保证金属燃料推进剂的燃烧效率。然而水下航行体中装载金属燃料推进剂的空间有限，大量氧化剂的加入使得金属含量显著降低，使得金属燃料推进剂的比冲值较低，仅为2157～4000N·s/kg，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属燃料推进剂及其制备方法和应用，本发明提供的金属燃料推进剂燃烧稳定且比冲大，能够用作发动机的工质，且本发明提供的制备方法操作简单，适宜工业化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种金属燃料推进剂，结构上包括圆柱状的核芯和包裹在核芯侧面的外层，所述核芯组成上包括金属颗粒、氧化剂和粘合剂，所述外层组成上包括金属颗粒和粘合剂。

优选的，所述核芯和外层中金属颗粒独立的包括镁粉和/或铝粉；所述镁粉的粒度为1～45μm；所述铝粉的粒度为80～120nm；

所述核芯中氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钾和高锰酸钾中的一种或几种；

所述核芯和外层中粘合剂包括硝化纤维。

优选的，所述核芯中金属颗粒、氧化剂和粘合剂的质量比为(35～45)：(7～11)：1。

优选的，所述外层中金属颗粒和粘合剂的质量比为(37～55)：1。

优选的，所述核芯的直径为5～7cm。

优选的，所述外层的厚度为3～5cm，所述外层的高度为23～25cm。

优选的，所述核芯的两端面均为平面；

所述外层的一端面与核芯的一端面平齐，所述外层的另一端面为向内凹陷的斜面，所述斜面延伸至所述核芯的另一端面；

所述斜面与核芯端面之间的夹角为135～145°。

本发明提供了上述技术方案所述金属燃料推进剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)制作模具，模具分为聚氨酯材料的外模具和不锈钢材料的内模具，外模具由圆筒形胶套、顶盖和底盖组成，顶盖为圆柱体，底盖为一侧带有倒角的圆柱体，倒角侧位于模具内侧，倒角角度和斜面与推进剂核芯端面之间的夹角相同。内模具为圆筒形不锈钢，厚度为1mm，直径与底盖倒角后的小圆直径形同。将圆筒形内模具置于所述外模具内部，放在中心位置，得到模具；

(2)打开外模具顶盖，将核芯原料置于所述圆筒形内模具中，将外层原料置于圆筒形内模具和外模具之间的夹层内，两种原料加至相同高度，取出圆筒形内模具，盖上模具顶盖，得到带外模具的金属燃料推进剂；

(3)对所述带外模具的金属燃料推进剂依次进行抽真空处理和密封，然后放入等静压机内进行压制，压制结束后，去除外模具，得到所述的金属燃料推进剂；