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在 HTPB/AP/Al 复合固体推进剂中，铝粉燃烧存在团聚问题，影响燃烧效率。研究人员制备含石墨、有机氟化物及其混合物的推进剂，发现这些添加剂能降低燃烧速率和压力指数，抑制铝团聚。该研究为推进剂燃烧性能优化提供参考。
在航天领域，固体火箭发动机的性能至关重要，而复合固体推进剂作为其 “动力心脏”，直接影响着发动机的工作效率。其中，铝粉凭借高能量密度优势，成为复合固体推进剂中常用的金属燃料，能提升火焰温度与比冲。但铝粉在推进剂燃烧时却有 “捣乱” 行为，一旦其添加量超过一定比例（如 18wt%），燃烧效率就会下降，这是因为铝粉在燃烧过程中会发生团聚现象。团聚后的铝粉无法充分燃烧，不仅造成能量释放不完全，还会让发动机在两相流中产生脉冲损失，增加发动机隔热层的烧蚀，严重影响火箭发动机的性能。
为了解决这一棘手问题，来自国内的研究人员开展了相关研究。他们致力于探究如何抑制铝团聚，提高推进剂的燃烧效率，为火箭发动机性能的提升提供有效方案。研究人员制备了一系列含有石墨、有机氟化物（OF）及其混合物的 HTPB/AP/Al 复合推进剂，并对各配方的燃烧性能进行了系统评估。研究发现，这些添加剂均能不同程度地降低 HTPB/AP/Al 推进剂的燃烧速率和燃烧速率压力指数。同时，石墨和有机氟化物都能有效减轻铝团聚现象，提高铝的燃烧效率。在含有这些添加剂的推进剂燃烧表面，还观察到了独特的 “絮凝” 结构。这一研究成果发表在《Fuel》上，为推进剂的优化设计提供了重要的理论依据和实践指导，有助于提升固体火箭发动机的整体性能。
研究人员开展研究时用到了以下几个主要关键技术方法：通过制备不同成分的 HTPB/AP/Al 复合推进剂，来对比不同添加剂对推进剂性能的影响；采用燃烧速率测试，直接获取推进剂的燃烧速率数据；对凝聚相燃烧产物进行分析，探究添加剂对铝团聚的抑制效果；利用高速成像技术，观察推进剂燃烧过程中的现象。
研究结果
- 燃烧性能测试：燃烧速率测试结果表明，添加石墨、有机氟化物或它们的混合物后，推进剂的燃烧速率和燃烧速率压力指数显著降低。这说明这些添加剂能有效调控推进剂的燃烧速度，在需要低燃烧速率的推进剂系统中具有潜在应用价值。
- 凝聚相燃烧产物分析：对凝聚相燃烧产物的分析显示，石墨和有机氟化物均能有效抑制铝团聚。具体表现为，添加这两种物质后，凝聚相燃烧产物中的铝颗粒尺寸减小，活性铝含量降低，意味着更多的铝参与了燃烧反应，提高了燃烧效率。
- 燃烧过程高速成像：对含有添加剂的推进剂燃烧过程进行高速成像，发现燃烧表面出现独特的 “絮凝” 结构。这是由于粘合剂燃烧形成的碳骨架与铝颗粒之间的界面相互作用减弱，使得铝颗粒在未完全熔化前就从燃烧表面脱离，形成了较小且松散聚集的结构，促进了铝的燃烧。
研究结论和讨论
本研究通过实验证实，石墨、有机氟化物及其混合物可有效降低 HTPB/AP/Al 推进剂的燃烧速率和燃烧速率压力指数，同时抑制铝团聚、提升铝的燃烧效率。“絮凝” 结构的发现为解释添加剂作用机制提供了新视角，即添加剂通过改变碳骨架与铝颗粒间的相互作用，影响铝颗粒在燃烧过程中的行为。这一研究成果对固体火箭发动机推进剂的设计与优化意义重大，有助于开发出燃烧性能更优、能量转换效率更高的推进剂配方，推动航天领域固体火箭发动机技术的发展，满足未来航天任务对高性能推进剂的需求。
