1、固体推进剂的发展趋势,主要内容,高性能火炸药研究状况主要发达国家推进剂发展计划固体推进剂发展趋势,一、高性能火炸药研究状况,高性能火炸药的特点与性能要求：能量性能 高能量满足特定武器使用需要射程远高效毁伤安全性能 低易损性（低感度）可承受性 低全寿命周期费用,一、高性能火炸药研究状况,高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展,美国引领世界高能量密度材料研究，研究对象主要涉及笼形硝胺炸药（CL-20）； 八硝基立方烷； 氟氮取代的硝胺； 3,3,1-三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）； 高氮含量杂环分子； 全氮化合物
2、 。当前，在高能量密度材料领域，各国在继续开展CL-20、ADN、TNAZ和FOX-7等高能量密度化合物的新法合成与应用研究的同时，还竞相开发感度更低、能量密度更高、综合性能更好的各种新型高能材料，成功合成出多种新型单质炸药、高能量密度化合物、含能功能材料。美国继续关注多硝基立方烷类高能含能材料研究 八硝基立方烷的密度为 1.979 g/cm3，生成热计算值为594 kJ/mol，分解温度在200以上。最新理论估计其爆速为9900 m/s, 使这一化合物成为迄今以来合成出的威力最高的炸药之一。有资料报道，研究发现，七硝基立方烷的密度(2.028 g/cm3)比八硝基立方烷高，它还容易合成，以致
3、从应用的角度可以证实这一化合物是一种威力比前者更高的炸药。,七硝基立方烷,八硝基立方烷(ONC),美、德等国成功合成出多种新型富氮化合物 美国海军水面武器中心通过酸性三唑并氨基三嗪基四嗪（TATTz）与氮含量高的碱性胺反应制备出一组用作不敏感发射药组分的高能TATTz盐；美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）合成出7-硝基四唑1,5-f呋喃4,5-b-1氧化吡啶；美国伯利维尔大学合成出富氮化合物三氨基胍四唑盐（TAGzT）。,未来高氮炸药目标化合物,氮原子簇研究备受关注氮原子簇化合物（又称全氮化合物）是高能量密度材料研究领域备受关注的研究方向之一。近几年来，除了美国继续发展N5+各项技术之外，
4、包括美国、瑞典、英国、意大利和日本等国在内的世界多家量子化学研究所先后对N4、N6、N8、N10、N12和N60等有前景的氮原子簇也进行了大量的理论计算，并预测了一些氮原子簇存在的可能性。这类化合物具有非常诱人的综合性能和应用前景，它既可以作为推进剂组分应用于防务领域和空间领域，其比冲是肼推进剂的23倍；又可作为炸药，供各种军事和民事用途使用。俄罗斯研制高能离子化合物 俄罗斯联邦研究与生产中心研究了高能离子化合物作为高能炸药的类型与特点，重点研究了含有大量氮原子的一组高能效的离子盐。这些高能离子化合物是基于1,2,3-和1,2,4-三唑，氨基三唑和四唑的衍生物成功地合成出来的，大多采用的阳离子
5、有三叠氮、四叠氮、氨基和二氨基的四叠氮和三叠氮，常用的阴离子则有NO3、CIO4、N3、N(NO2)2 等。这类“高氮化合物”是一类新型能效材料，热量储存于大量有效的N-N和C-N键中，其能量来自高生成热，而不是全部燃烧热。高能离子化合物有多种存在方式，其中有一种是离子液体，其熔点通常低于100，并具有热稳定性高、密度高、毒性低等优点，高能离子材料优于非离子的同类物质。,一、高性能火炸药研究状况,高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展,美国合成的LLM-105炸药 2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧
6、化物 LLM-105 炸药的能量性能比 TNT 高 30%，比TATB高25%，约为HMX的81%，可应用于不敏感传爆管、雷管和深井射孔器材中。美国新合成出新型不敏感炸药2,4-二硝基咪唑（DNI），其能量比TATB约高15%20%；美、韩等国研制出取代TNT的新型含能化合物1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑，具有良好的摩擦感度和静电感度，冲击感度类似于B炸药；其理想爆速为8175m /s，计算爆压为281.7kbar，计算能量输出略优于B炸药，预期这是一种非常接近B炸药的替代炸药； 英国在美国研究的基础上合成的2,5-二氨基-3,6-二硝基吡嗪 (ANPZ-I) 及其二氧化衍生物2,5-二氨基
7、-3,6-二硝基吡嗪-1,4-二氧化物（PZDO）；印度报道过的四硝基丙烷双脲（TNPDU）、TEX炸药。,一、高性能火炸药研究状况,高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展,美国开展先进火炮概念用不敏感高能发射药美国实施先进火炮概念用不敏感高能发射药（IHEP）计划，开展了含CL-20等高能组分的高能不敏感发射药研究，开发出的TPE基LOVA发射药的火药力1300J/g，在不增加身管烧蚀的情况下可使炮口动能增加25%。,美国高能ETPE层状发射药及装药研究为电热化学炮的发展提供了有力支持 从上世纪末开始，美
8、国就在为未来武器系统（电热化学炮）研制采用无溶剂法制造的高能量、高性能拼合式夹层（co-layered）ETPE发射药。该新型发射药采用高密度含能热塑性弹性体（ETPE）粘合剂，已制成含BAMO-NMMO、增塑剂（BDNPA/F）和RDX的4种快燃配方（密度为1.6675g/cm3，火药力为1267.17J/g,火焰温度为3252K）以及含RDX、NQ和BAMO-NMMO的3种慢燃配方（密度在1.59231.6159g/cm3之间，火药力为1022.45或1050.92J/g,火焰温度为2473K或2543K）。,此外，美国陆军研制的ETPE层状高能发射药引入纳米含能材料，具有高能量（火药力约
9、为1300J/g）、低毒和不敏感等优势；法国成功研制出NENA基高能层状发射药；荷兰采用计算机软件控制，扩大层状发射药的同步挤出规模。,德国-瑞士联合开展与未来需求相适应的先进发射药研究，包括采用无毒低感度增塑剂代替二硝基甲苯（DNT）的“绿色”、“低感度”单基药等新型火炮用发射药；表面包覆双基药（SCDB）及N- SCDB（下一代表面包覆双基药）等新型LOVA坦克炮用发射药；EI和EI+（下一代）等新型中口径发射药；以及新型小口径发射药等。德国2007年又新推出了综合性能优于现有EI发射药、不含NG的新型高能不敏感发射药挤出复合不敏感发射药（ECL）。其主要成分是NC，并含有一种含能组分和一
10、种以上的惰性组分，但配方中不含致癌物质（如DNT），也不含安定剂或中定剂，不含NG，是一种无毒的绿色发射药。该发射药的性能范围很广，通过组分的调节，火药力可以从900J/g（火焰温度2400K）提高到1080 J/g（火焰温度3050K），几乎涵盖了M1发射药（低能）到M17/M30发射药（高能）的所有性能。,德国低温感（LTC）发射药研究获得多项新成果德国ICT研究院等对低温感（LTC）发射药的研究非常重视，并将“低温感发射装药技术”研究作为21世纪研究的一个重点。近年来，ICT研究院成功推出了航弹用的一种新型LTC发射药，并对一系列新型半硝胺LTC发射药配方进行了不敏感性能研究。该发射药由
11、RDX、NC粘合剂和三元含能增塑剂构成，与常规发射药相比，该发射药具有能量密度高、火药力高、点火温度高（210240）、化学安定性好、身管烧蚀性低和温感系数低等特性，尤其适合航炮、坦克炮炮弹使用。,一、高性能火炸药研究状况,高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展,继法国火炸药集团公司采用专有重结晶工艺成功合成出I-RDX之后，澳大利亚（A级RDX）、英国皇家军械公司（I型RDX）、戴诺诺贝尔公司（RS-RDX）也都能生产不敏感RDX，美国也成功制备出I-RDX并开展了不敏感RDX的感度研究；德国研究新结晶方
12、法获得不敏感HMX；TATB的合成与生产在多个国家得到重视和发展；瑞典率先推出的FOX-7已经在多个国家得到继续研究和应用，例如：英国推出了以FOX-7为基的压装PBX炸药配方并完成各种试验欧洲含能材料公司将GUDN用于不敏感炸药，开发了一种TNT/GUDN配方（后者含量可高达60%），被认为是一种优良的浇铸炸药，其性能和感度都比TNT有很大改善。经装药测试显示，当大口径炮弹战斗部装药中使用45%的GUDN，其破片杀伤效应比单装TNT提高了15%20%。如果需要更高的能量性能，那么GUDN可以与RDX、HMX混合，制成压装炸药使用。,美、英两国联合进行了取代B炸药的研究，并研制出了两个新配方P
13、AX-34和OSX-8。 PAX-34是 含DNAN/HMX/NTO/TATB的混合炸药，能量高于TNT且具有良好的不敏感弹药特性；OSX-8的组成为DNAN、HMX和NTO，能量与B炸药相当，但冲击波感度低，不敏感弹药性好；二者均不需要改动现有的生产设备即可完成生产，批产量为1200lb（544.8kg）。 美、德发展HMX基压装高性能炸药 美国研制的PAX-3是一种以HMX为基的压装炸药，已完成该炸药的不敏感弹药和战斗部性能测试试验。德国Diehl弹药系统公司采用聚硅氧烷溶液包覆HMX或RDX也成功研制出一种不敏感压装炸药。美国ATK公司研制出含CL-20的高性能浇铸炸药DLE-C038,
14、 并进行了性能研究和试验。法国研制出了CL-20含量高达90%以上的浇铸PBX炸药，据称是法国能量水平最高的炸药，安全性也较好。,一、高性能火炸药研究状况,高能量密度材料研究的进展 不敏感含能化合物和添加剂的发展 高性能发射药研究的进展 高性能炸药研究的进展 高性能推进剂研究的进展,到目前为止，国外已应用的高能推进剂产品有端羟基聚丁二烯（HTPB）复合推进剂、改性双基推进剂和NEPE推进剂等，主要用在美国民兵、北极星、三叉戟、MX和俄罗斯SS-24、SS-25、SS-27等型号战略导弹中，并已逐渐推广应用于多种战术武器。例如，在双基和复合推进剂基础上发展而来的高能NEPE推进剂，除了应用战略导
15、弹外也在战术导弹中得到了应用，如“小檞树”地空导弹和“陶”反坦克导弹。此外，部分贫氧推进剂品种业已装备应用，如前苏联首先研制成功的SAM-6防空导弹于1967年开始服役；美国研制成功的AAAM先进空对空导弹已开始服役。装备有新一代贫氧推进剂的俄罗斯的X-15C超高速空对舰导弹，最大射程150km，飞行速度5马赫，现有的防空系统几乎无法防御。,美国推出多种不敏感推进剂包括： 端羟基聚醚（HTPE）复合推进剂钝感NEPE推进剂钝感低特征信号XLDB推进剂这些推进剂明显改善钝感特性，能量水平和其他性能无显著下降。美国研制了HTCE/聚醚推进剂和ARC-9131推进剂（5%Al、65%硝胺、PEG、混
16、合硝酸酯），它们也具有良好的不敏感特性法国火炸药集团公司含能材料部以能量高、密度大、危险等级低、排气烟雾小的GAP作为研发重点，推出了一系列固体填料为RDX、HMX 或者CL-20的 GAP 无烟推进剂；固体填料为HMX/AP或CL-20/AP的 GAP 有烟推进剂英国、智利联合开发的端羟基聚醚（HTPE）复合固体推进剂是具有良好低温力学性能的一种钝感复合推进剂；,美、加、德等国竞相发展ADN基高能低特征信号复合推进剂；德、法、俄、意联合研制含 AlH3 固体推进剂 AlH3是一种储氢材料。这些国家在对AlH3的物理特性、安定性和相容性研究的基础上，进一步考察了AlH3取代HTPB/Al/AP
17、推进剂中的Al后，对推进剂燃速、压力指数、燃烧火焰结构的影响。法国开发出HydroxanaleTM的新型推进剂SNPE含能材料部利用可保证固体推进剂药柱力学性能一致的弹性体粘合剂冷却固化新技术，开发出一种主要组分为过氧化氢、聚合物以及一种金属或金属氢化物的HydroxanaleTM的新型推进剂。该推进剂是在接近0的凝固温度下配制成的，其能量水平可以与液体推进剂相媲美，同时又具备固体推进剂的使用简便性。其真空理论比冲在355s和375s之间，而用于“阿丽亚娜5”运载火箭的HTPB/AP/Al推进剂配方的比冲才为315s。从中远期看，该推进剂尤其是在航天推进领域，为提高固体推进剂能量性能提供了重大
18、机遇。美、德注重发展凝胶推进剂 美国CFD公司发明了一种高能低温双组元凝胶推进剂，该推进剂是以凝胶状丙烷（GLP）为燃料、凝胶状MON-30（70% N2O4+30%NO）为氧化剂配制而成的一种双组元推进剂。德国开展ADN/水凝胶推进剂的研究,二、主要发达国家推进剂发展计划,国外高性能、钝感和低特征信号推进剂的研制首先是从双基推进剂入手，随着对能量和综合性能的进一步要求，又着手研制改性双基、NEPE等低特征信号推进剂，为进一步减少特征信号，达到高能、钝感的目标，目前正在研制含有GAP、CL-20 和ADN 等高性能固体推进剂配方。,美国在高性能固体推进剂采用新型含能材料研制方面居世界领先地位。
19、美国合成了含能粘合剂GAP 和高能氧化剂CL-20等新材料，按美国的方法(前苏联首次合成了ADN)制备了新型氧化剂ADN。20世纪90年代末期，美国进一步改进了ADN、CL-20和GAP等材料的制备工艺，提高了性能，降低了价格，成功地进行了CL-20推进剂和GAP推进剂的火箭发动机试验。目前，美国正在集中开发二氟化物、高氮化合物以及含金属的钠米材料等具有更高能量的推进剂新组份。合理地利用这些新材料可使固体推进剂性能取得突破性的进展。,（1）美国发展计划, 提供新型含能材料，如NENA 、ADN 、DNDA 、叠氮化合物等； 借助新工艺制备新型材料并制定自己的技术标准，提供具有稳定、成熟的工艺条
20、件的工业生产方式；通过改变参数，如粒子尺寸、粒子形状、密度和分子形状，调节已制备的材料的性能； 运用现代化的检测手段和特殊的分析方法确定组份和配方的性能。ICT计划在近期内进一步研究ADN的性能，完善加工ADN颗粒的工艺，建成公斤级ADN生产线；另外还将加强特殊用途的不敏感HMX，超细TATB 或HNS的生产，在固体推进剂配方研究中采取平衡和优选措施，限定固体推进剂中HMX和硝酸酯加入量，选择合适的新型增塑剂、新型催化剂和先进的工艺方法，进一步提高固体推进剂的综合性能。,（2）德国发展计划,法国的SNPE公司研制的H E D M 主要有:HNIW (CL- 20 ) 、ADN和GAP等，此外还
21、有其他高能物质如TNO等。其中CL-20 年产量达1t，GAP年产量为13t。法国特别重视少烟、微烟(或低特征信号)推进剂的研制，这类推进剂已在多种战术导弹中使用，推进剂品种有：CDBEDB推进剂、HTPB少烟推进剂、XLDB(高能微烟)推进剂及HEDM 低特征信号推进剂等。为了满足高能低特征信号推进剂的要求，SNPE 公司研制了高能微烟推进剂，称之为Nitramites。配方为：NEPE 、RDX 或HMX等，也可含一定量的AP，但推进剂冲击感度大， 临界爆轰直径小(10mm)，难于满足钝感弹药(IM)的标准。为了满足IM 的标准，他们又开发了新的钝感推进剂，采用的技术为：降低硝胺(RDX
22、或HMX)含量；用低敏感性的硝酸酯取代NG。,（3）法国发展计划,日本为提高推进剂的燃速，试制了11 种复合推进剂试样，评价了其基本点火燃烧特性与压缩强度。以硝酸三铵基胍(TAGN)为氧化剂、氢化硼化合物为燃料和燃烧催化剂，并在粘合剂中添加高分子量聚己内酰铵为组分的试样在密闭弹式容 器中进行燃烧试验。结果在压力49MPa 时取得54m/s 的燃速，在压力为98MPa 时取得92m/s的燃速。以该值为标准与典型的M30 三基发射药燃速比较约提高1100倍。而且在该压力范围的同组分其压力指数为1。另外根据克鲁普(Krupp)着 火点试验结果明确了该组份与M30 相比，热感度较低，具有使用安全性能。
23、,（4）日本发展计划,20世纪80年代末, 世界局势发生了深刻变化, 随着苏联解体及冷战结束, 世界出现了多元化格局, 和平与发展已成为世界主流。因而, 导致各国在武器装备研究上着重于性能精良、使用安全、可靠性高、成本低等方面。同时充分利用军事技术进行和平利用。历史表明, 固体推进剂技术的发展多半靠的是“需求牵引”, 当需求增加时, 固体推进剂技术得到迅速发展, 而在相对和平的年代, 则发展较为缓慢一些。当然专业技术的基础研究工作也起到重要的推动作用。因此在和平年代, 除了极特殊的用途外, 固体推进剂今后强调的主要问题将是成本, 这意味着研究方法会发生重大变革, 将要引入价值分析方法和计算机辅
24、助设计等手段, 来降低其制造成本, 提高质量。,三、固体推进剂的发展趋势,从导弹武器推进剂系统及航天推进剂系统的发展趋势以及固体推进剂发展现状, 可得出固体推进剂技术发展趋势有如下几个方面: 1）在完成高能量密度材料的探索研究后，将加快新材料的应用研究，使固体推进剂配方能量进一步提高，燃速和力学性能拓宽，满足新一代武器系统的要求； 2）进一步致力于低特征信号推进剂、低易损推进剂、“洁净”推进剂以及其他特种用途推进剂的研究； 3）发展胶凝推进剂技术，实现固体发动机的多次启动，达到能量的优化管理； 4）可靠性、安全性及低成本将是今后一段时间固体推进剂研究的重要内容； 5）相关高新技术（纳米技术、生物技术等）发展及其在推进剂领域的应用将极大地促进推进剂技术的进步 6）充分利用固体推进剂技术，促进军事技术的和平利用。,谢 谢 ！,
