含鋁固體推進(jìn)劑燃燒過程中鋁粉團(tuán)聚現(xiàn)象研究進(jìn)展

肖立群，樊學(xué)忠，王　晗，李吉楨，唐秋凡

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

引　言

為了提高固體推進(jìn)劑的能量性能，常使用高熱值的輕金屬(Mg、Al、Be、B等)作為推進(jìn)劑中的高能燃料，其中鋁粉的使用最為廣泛[1]。推進(jìn)劑中加入鋁粉能夠改善火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)彈道性能，如提高推進(jìn)劑的密度、燃燒溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)比沖等[2-4]，另外鋁粉燃燒形成的具有特定粒度分布的惰性氧化鋁凝聚顆粒也有助于推進(jìn)劑的穩(wěn)定燃燒[5-6]。

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，鋁粉用量很難達(dá)到理論最佳水平。國(guó)內(nèi)研究的一種微煙高能CMDB推進(jìn)劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%～5%的鋁粉后可使推進(jìn)劑實(shí)測(cè)比沖提高到250s以上，但進(jìn)一步提高鋁粉用量卻使推進(jìn)劑實(shí)測(cè)比沖降低，并在燃燒產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)大量未完全燃燒的含鋁顆粒。這說明在推進(jìn)劑實(shí)際燃燒過程中，隨著鋁粉含量的進(jìn)一步增加，其燃燒效率大幅降低。國(guó)內(nèi)外研究表明，推進(jìn)劑中的鋁粉在燃燒過程中經(jīng)歷了一系列物理化學(xué)變化，產(chǎn)生了不同尺寸和形狀的凝聚相燃燒產(chǎn)物(CCPs)，主要包括團(tuán)聚物和細(xì)顆粒氧化物兩類，其中鋁團(tuán)聚物的影響最為關(guān)鍵。一方面由于推進(jìn)劑燃燒時(shí)鋁粉的團(tuán)聚過程使得部分金屬被包裹在團(tuán)聚物中，造成金屬鋁的不完全燃燒，研究表明[7]未燃燒鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加10%，比沖損失約為1%。另一方面，噴管中液相含鋁凝團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度低于氣流流動(dòng)速度，不能將熱量向氣流完全傳導(dǎo)，使得噴管氣流速度低于理論流速，造成兩相流損失[8]。此外，鋁粉在推進(jìn)劑中燃燒形成的團(tuán)聚物會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)噴喉表面出現(xiàn)熔渣沉積，造成燃燒室壓強(qiáng)升高，加劇對(duì)絕熱層和噴管材料的沖刷與燒蝕，甚至使發(fā)動(dòng)機(jī)不能工作[9-10]。因此，開展含鋁推進(jìn)劑凝聚相燃燒產(chǎn)物研究，尤其是揭示鋁團(tuán)聚物的形成過程機(jī)理，深入研究鋁粉團(tuán)聚現(xiàn)象的影響因素，具有重要的意義。

本文主要介紹微米鋁粉在推進(jìn)劑中的凝聚相燃燒產(chǎn)物、推進(jìn)劑燃燒過程中鋁粉的團(tuán)聚歷程、團(tuán)聚主要影響因素以及鋁團(tuán)聚現(xiàn)象的抑制方法。

1　推進(jìn)劑中鋁的凝聚相燃燒產(chǎn)物

研究表明[11-12]，鋁粉在推進(jìn)劑中的反應(yīng)歷程主要包括兩個(gè)階段，首先是鋁的凝聚相燃燒產(chǎn)物在燃面處的形成過程，這一過程與推進(jìn)劑的燃燒性能直接相關(guān)，對(duì)鋁團(tuán)聚物的形成最為關(guān)鍵；其次是凝聚相燃燒產(chǎn)物隨氣流離開燃面，在兩相流中的運(yùn)動(dòng)和燃燒過程。為了揭示鋁團(tuán)聚物的形成機(jī)理，有必要對(duì)推進(jìn)劑凝聚相燃燒產(chǎn)物進(jìn)行收集并表征以獲得可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于含鋁液滴在氣相反應(yīng)區(qū)中的燃燒以及顆粒間的融合及破裂等現(xiàn)象會(huì)造成凝聚相燃燒產(chǎn)物粒徑、形貌及成分的變化，因此推進(jìn)劑燃面附近的凝聚相燃燒產(chǎn)物更具研究?jī)r(jià)值。

目前獲得鋁粉在燃面處形成的凝聚相燃燒產(chǎn)物粒徑及形貌的方法主要有兩種：一種是利用燃燒粒子淬滅收集裝置來收集凝聚相燃燒產(chǎn)物，該裝置是一種密閉燃燒室，在推進(jìn)劑試樣的燃面附近放置粒子收集器，收集器中置有淬熄介質(zhì)(如惰性氣體、冰或非反應(yīng)性液體等)，在推進(jìn)劑燃燒時(shí)利用收集器淬熄并收集從燃面直接噴出的凝聚相燃燒產(chǎn)物[13]。此方法可直接對(duì)收集到的熄火粒子進(jìn)行粒徑及理化性質(zhì)分析，但離開燃面的燃燒產(chǎn)物會(huì)在被淬熄滅之前繼續(xù)燃燒，因此從燃面到淬熄介質(zhì)間的距離會(huì)對(duì)所收集到的熄火顆粒性質(zhì)產(chǎn)生一定影響。如Liu等[14]發(fā)現(xiàn)收集到的鋁團(tuán)聚物粒徑在接近燃面處隨淬熄距離有明顯變化，而淬熄距離在大于17～27mm后，鋁團(tuán)聚物粒徑基本保持不變。另一種方法是利用高速顯微攝影裝置，以慢鏡頭捕捉燃面上凝聚相燃燒產(chǎn)物的形貌及行為，該方法對(duì)樣品幾乎不施加外界干擾，可以獲得燃面處團(tuán)聚物的粒徑及形成歷程，但在高壓下由于煙霧過大難以獲得清晰的觀測(cè)結(jié)果，并且以照片中光斑大小來判斷團(tuán)聚物粒徑通常會(huì)使結(jié)果偏大[15]。

研究者應(yīng)用以上兩種方法廣泛研究了不同種類推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的凝聚相燃燒產(chǎn)物[6,12-13,16-20]。結(jié)果表明，根據(jù)粒徑大小可將鋁粉在燃面處形成的凝聚相燃燒產(chǎn)物分為團(tuán)聚物和細(xì)顆粒氧化物兩類。其中團(tuán)聚物為球形熔融鋁液滴，其粒徑通常為幾十到數(shù)百微米，由金屬鋁、氧化鋁及其他雜質(zhì)構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋁團(tuán)聚物部分存在氣孔，主要包括兩種類型[11]：一種為“Matrix”型團(tuán)聚物[16-17]，它是一類球形的氧化鋁顆粒，在其上含有相互分離的鋁滴(見圖1)，大部分鋁滴存在于氧化鋁和氣相的界面處，但也存在鋁滴完全被氧化鋁包裹的情況；另一類團(tuán)聚物則為一側(cè)帶有氧化鋁帽狀結(jié)構(gòu)的球體[17-18](見圖2)，其粒徑通常比“Matrix”型團(tuán)聚物小。這兩種團(tuán)聚物的產(chǎn)生與推進(jìn)劑種類和燃燒環(huán)境有關(guān)[21]。

細(xì)氧化物顆粒主要包括兩類：一類是粒徑小于1～2μm的氧化鋁煙霧顆粒(SOPs)[11]或高分散氧化物(HDO)[12]，主要由未參與團(tuán)聚的鋁顆粒燃燒產(chǎn)物和團(tuán)聚物表面鋁蒸汽氧化后凝結(jié)形成的小尺寸氧化物構(gòu)成；另一類是粒徑在2～10μm的微米氧化物顆粒(MOPs)，Glotov[22]和Price[23]等認(rèn)為MOPs主要由鋁團(tuán)聚物表面的氧化鋁轉(zhuǎn)化而來，而Jeenu[16]和Ao[18]等研究發(fā)現(xiàn)部分MOPs是小顆粒SOPs的聚集體。

研究表明[24]，推進(jìn)劑燃燒時(shí)產(chǎn)生的凝聚相燃燒產(chǎn)物大部分為細(xì)顆粒氧化物，但鑒于鋁團(tuán)聚物對(duì)推進(jìn)劑能量性能和發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全性產(chǎn)生主要影響，因此研究人員著重開展了鋁在推進(jìn)劑燃面的團(tuán)聚機(jī)理、團(tuán)聚影響因素以及鋁團(tuán)聚抑制方法的研究。

2　鋁粉在推進(jìn)劑燃面的團(tuán)聚及點(diǎn)火

目前，在推進(jìn)劑中實(shí)際應(yīng)用的主要為表面包裹有Al2O3層的微米級(jí)鋁粉，平均粒徑為6～100μm，常用鋁粉的平均粒徑為15～30μm[25]。燃面處鋁粉的狀態(tài)變化與金屬鋁自身特性和固體推進(jìn)劑的燃燒特性有關(guān)。首先，鋁粉表面的Al2O3層是一種致密的氧化物殼體，緊緊地包裹著鋁顆粒，文獻(xiàn)[25]認(rèn)為，只有尺寸小于O2分子的氧化活性物質(zhì)(如-O、-OH、HF等)才能滲入氧化層中進(jìn)一步氧化金屬鋁，而這些活性物質(zhì)在推進(jìn)劑燃燒時(shí)的嘶嘶區(qū)并不存在，因此氧化層的存在可以防止鋁粉的進(jìn)一步氧化。其次，固體推進(jìn)劑燃燒表面溫度(約900K)并不能達(dá)到鋁粉及其氧化物的沸點(diǎn)(Al約為2750K，Al2O3約為3253K)，而鋁粉的點(diǎn)火溫度盡管與鋁粉粒徑和升溫速率有關(guān)，但也遠(yuǎn)高于推進(jìn)劑燃面溫度[26]，因此在推進(jìn)劑燃燒表面上的微米級(jí)鋁粉及其氧化物不會(huì)立即點(diǎn)火或分解。另外，研究發(fā)現(xiàn)[12,27]，復(fù)合固體推進(jìn)劑在燃面處會(huì)形成一層由黏合劑分解形成的碳骨架、金屬和金屬氧化物構(gòu)成的骨架層，骨架層是一種透氣的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與熔融的黏合劑一起作用使金屬粒子及其氧化物滯留其中，并為粒子間接觸提供了條件。綜合以上因素，燃面處的鋁粉不會(huì)立刻點(diǎn)火或氣化，由于骨架層的存在也不會(huì)立刻隨推進(jìn)劑分解產(chǎn)生的氣流脫離燃面，因此首先發(fā)生金屬鋁在燃面處的熔融過程。

由于Al的熔點(diǎn)(933K)遠(yuǎn)低于Al2O3(2345K)，并且固體鋁相對(duì)于液體鋁的體積膨脹率相差約為6%，因此隨著溫度升高，鋁粉內(nèi)部熔融的金屬鋁會(huì)撐破氧化層，滯留在燃面處的鋁粉相互接觸，使它們發(fā)生融聯(lián)，形成不規(guī)則形狀的聯(lián)結(jié)體[28]。隨著燃面退移，聯(lián)結(jié)體在燃面上進(jìn)一步堆積并向更熱的氣相區(qū)延伸，形成珊瑚狀結(jié)構(gòu)的聚集體(見圖3(a))。聚集體溫度進(jìn)一步升高使得熔融部分完全融合，坍縮成為球形液滴，而熔融的氧化鋁則由于張力作用在液滴一側(cè)聚集形成氧化物帽(見圖3(b)～(d))，構(gòu)成了尺寸在50～500μm左右的團(tuán)聚物結(jié)構(gòu)。同時(shí)，部分團(tuán)聚物液滴在燃面附近點(diǎn)火燃燒，點(diǎn)火意味著鋁粉團(tuán)聚過程的結(jié)束，因此點(diǎn)火延遲時(shí)間越短，鋁粉的團(tuán)聚程度將越小，其燃燒效率就越高[29]。

鋁粉所受的熱流密度越大，其點(diǎn)火延遲時(shí)間就越短[31]，因此推進(jìn)劑燃燒時(shí)向燃面反饋的熱量越多越有利于表面鋁粉及鋁凝團(tuán)點(diǎn)火。Price等[32]對(duì)AP-黏合劑“三明治”模型推進(jìn)劑的研究表明，在AP-黏合劑界面上方的分解氣體相互摻混，并在動(dòng)力學(xué)控制前沿火焰(LEF)上方形成微元擴(kuò)散火焰(見圖4)，而前沿火焰距離燃面的位置與燃燒壓強(qiáng)和氧化劑粒徑有關(guān)。氧化劑粒徑越大、壓強(qiáng)越高，越有利于微元火焰的形成，使得火焰前沿靠近燃面區(qū)域，從而加強(qiáng)氣相反應(yīng)區(qū)對(duì)推進(jìn)劑凝相的熱反饋。Mullen等[33]對(duì)含鋁“三明治”推進(jìn)劑燃燒觀測(cè)結(jié)果表明，鋁團(tuán)聚物只有到達(dá)擴(kuò)散火焰前沿區(qū)域時(shí)才有足夠溫度使其點(diǎn)火燃燒。此外，Beckstead[34]認(rèn)為高壓下推進(jìn)劑燃面分解加快，氧化性氣體產(chǎn)物富集，也有利于鋁團(tuán)聚物的點(diǎn)火。

燃燒的團(tuán)聚物在熔融的燃面上運(yùn)動(dòng)，并隨著推進(jìn)劑分解產(chǎn)物氣流脫離燃面，進(jìn)入燃燒室繼續(xù)燃燒，在此期間存在團(tuán)聚物間的融合現(xiàn)象。劉佩進(jìn)等[35-36]在5MPa下，利用高速顯微攝影裝置觀測(cè)了NEPE推進(jìn)劑燃面處鋁粉的團(tuán)聚過程，結(jié)果表明鋁粉顆粒在20ms內(nèi)經(jīng)歷堆積、聚集和團(tuán)聚3個(gè)階段形成團(tuán)聚體液滴。此外，該研究還詳細(xì)論述了團(tuán)聚體液滴間的“二次融合”現(xiàn)象(見圖5)，當(dāng)燃燒的團(tuán)聚物在燃面以及燃面上方隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)，團(tuán)聚物液滴會(huì)在水平和垂直方向上相互接觸，并立刻融合為一個(gè)大粒徑團(tuán)聚物。

3　推進(jìn)劑燃燒時(shí)鋁團(tuán)聚的影響因素

推進(jìn)劑燃燒時(shí)鋁粉團(tuán)聚過程主要經(jīng)歷了熔融、堆積、團(tuán)聚、點(diǎn)火4個(gè)階段，因此鋁團(tuán)聚物尺寸及性質(zhì)由鋁粉在燃面處的熔融程度、滯留時(shí)間和點(diǎn)火速度等決定。這些性質(zhì)主要與推進(jìn)劑燃燒表面氣相產(chǎn)物種類、含量及推進(jìn)劑燃面溫度場(chǎng)有關(guān)，其中包含了復(fù)雜的反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程，而直接研究這些過程與鋁團(tuán)聚物的關(guān)系存在困難。因此，目前人們主要研究了推進(jìn)劑配方及燃燒性能的表觀因素對(duì)鋁團(tuán)聚物粒徑、粒徑分布和相對(duì)含量的影響，包括氧化劑粒徑及級(jí)配、鋁粉粒徑、燃燒室壓強(qiáng)和燃速等。

3.1　氧化劑的影響

研究認(rèn)為，氧化劑顆粒在推進(jìn)劑中的分布結(jié)構(gòu)對(duì)鋁團(tuán)聚物的初始結(jié)構(gòu)有重要影響，調(diào)節(jié)氧化劑粒徑及級(jí)配是調(diào)節(jié)鋁粉團(tuán)聚程度的有效方法。自20世紀(jì)60年代以來，研究者提出了“口袋模型”[37]來描述推進(jìn)劑中氧化劑空間排布對(duì)鋁粉團(tuán)聚的影響，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述[38]。該模型認(rèn)為粗粒徑氧化劑(如AP)顆粒在推進(jìn)劑中以隨機(jī)方式裝填，相鄰氧化劑顆粒包圍成的間隙可視作“口袋”，其中填充了細(xì)氧化劑顆粒、鋁粉和黏合劑。推進(jìn)劑燃燒時(shí)產(chǎn)生的鋁團(tuán)聚物來自各“口袋”中所包裹的鋁粉。根據(jù)這一模型，通過調(diào)節(jié)氧化劑粒徑及級(jí)配來減小“口袋”體積，可使“口袋”中鋁粉的數(shù)量減少?gòu)亩鴾p小團(tuán)聚物尺寸。然而，依據(jù)“口袋模型”對(duì)團(tuán)聚物粒徑及分布的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果存在偏差，于是Babuk[39]提出了“口袋橋”(Interpocket Bridge)概念來解釋屬于不同“口袋”中鋁團(tuán)聚物的融合現(xiàn)象，以及“亞口袋”(Sub-pocket)概念來解釋一個(gè)“口袋”中形成多個(gè)鋁團(tuán)聚物的現(xiàn)象。此外，Jackson、Maggi、Gallier等[40-42]利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)建了推進(jìn)劑顆粒裝填模型，基于“口袋”概念，該仿真模型可根據(jù)鋁顆粒的分布規(guī)律來確定鋁顆粒的團(tuán)聚范圍，并可計(jì)算出團(tuán)聚物的粒徑及粒徑分布。

Sambamurthi等[43]系統(tǒng)研究了采用粗粒徑AP(390μm)和細(xì)粒徑AP(17.5、49.0、82.5、107.5、137.5、196.0μm)二元級(jí)配配方的AP/Al/PBAN推進(jìn)劑中鋁團(tuán)聚物與氧化劑粒徑間的關(guān)系。結(jié)果表明團(tuán)聚物平均粒徑會(huì)隨著細(xì)AP含量的增加及粒徑的增大而減小。Suzuki等[19]根據(jù)“口袋模型”計(jì)算了不同配方推進(jìn)劑“口袋”中的鋁粉含量及鋁粉與細(xì)粒徑AP的質(zhì)量比，結(jié)果表明“口袋”中細(xì)AP相對(duì)含量越高，鋁團(tuán)聚物粒徑越小。這一方面是由于氧化劑含量增加使推進(jìn)劑燃燒氣相區(qū)域富氧，并且細(xì)AP粒徑的增大使其易于形成AP-燃料微元火焰，火焰距離燃面更近，有利于鋁粉的點(diǎn)火；另一方面，較大的細(xì)AP顆粒也能對(duì)鋁粉形成包裹，使有效“口袋”的體積減小。這兩方面都有利于鋁團(tuán)聚物粒徑的減小。

不同種類氧化劑的理化性質(zhì)存在差異，因此對(duì)鋁粉團(tuán)聚也會(huì)產(chǎn)生影響。如Al/AP/HTPB推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的團(tuán)聚物粒徑通常會(huì)小于Al/AP/RDX/HTPB推進(jìn)劑[44]。Glotov[45]分別以RDX和HMX部分替代推進(jìn)劑中的AP。盡管配方中使用的RDX粒徑(380μm)小于HMX粒徑(490μm)，但結(jié)果表明，含有RDX的推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生更多的鋁團(tuán)聚物，且團(tuán)聚物具有更大的平均粒徑和更高的活性鋁含量。以上結(jié)果說明推進(jìn)劑中加入硝銨類氧化劑會(huì)加重鋁粉團(tuán)聚，而RDX的使用更加重了這一現(xiàn)象。這是由于RDX和HMX的熔融溫度分別為470K和550K，低于AP和一般推進(jìn)劑的燃面溫度(分別為620K和900K)。因此含硝銨推進(jìn)劑的表面易形成熔融層；另外，由于含硝胺的推進(jìn)劑的氣相燃燒產(chǎn)物含氧量稍低，H/HO含量較高[46]，這使鋁粉點(diǎn)火受阻；其次，與HMX不同，RDX會(huì)先熔化再分解[47]，因此燃面熔融的RDX更容易使鋁凝團(tuán)滯留其中。以上因素都將導(dǎo)致鋁團(tuán)聚物的形成。

3.2　壓強(qiáng)的影響

通常認(rèn)為提高燃燒壓強(qiáng)可使鋁團(tuán)聚物粒徑減小。Takahashi等[48]分別在壓強(qiáng)為0.1、0.5和0.9MPa下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著壓強(qiáng)升高，推進(jìn)劑燃速增大，鋁團(tuán)聚物粒徑減小。并通過計(jì)算得出隨著壓強(qiáng)升高，推進(jìn)劑中參與團(tuán)聚的鋁粉顆粒數(shù)量減少。Liu等[14]利用淬火粒子收集彈收集了不同壓強(qiáng)下Al/AP/RDX/HTPB推進(jìn)劑的凝聚相燃燒產(chǎn)物，結(jié)果表明6.9MPa下的團(tuán)聚物粒徑小于2.1MPa下。Sambamurthi等[43]也報(bào)道了類似結(jié)果。這是由于高壓下推進(jìn)劑燃燒火焰更接近燃面，氣相向燃面的熱反饋增大，這一方面能提高推進(jìn)劑燃速，減少鋁粉在燃面的停留時(shí)間；另一方面使鋁粉點(diǎn)火加速，減少了鋁粉顆粒間的熔融凝聚時(shí)間，最終使團(tuán)聚產(chǎn)物粒徑減小。另外，提高燃燒壓強(qiáng)也會(huì)提高鋁粉的燃燒效率。Babuk等[49]對(duì)Al/HMX/含能黏合劑復(fù)合推進(jìn)劑在不同壓強(qiáng)下的燃燒團(tuán)聚物組分進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在低壓段(約1MPa)收集的團(tuán)聚物中的鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)在33%～46%，而在高壓段(4～6MPa)收集到的是小粒徑的煙灰顆粒，鋁含量幾乎可以忽略。

盡管大部分研究結(jié)果表明壓強(qiáng)與團(tuán)聚物粒徑呈負(fù)相關(guān)，但Babuk等[11-39]認(rèn)為壓強(qiáng)對(duì)團(tuán)聚物粒徑的影響并不明確。他認(rèn)為不同種類的推進(jìn)劑具有不同的“骨架層”結(jié)構(gòu)，這使得鋁粉在不同壓強(qiáng)下根據(jù)不同的機(jī)理發(fā)生團(tuán)聚，并產(chǎn)生不同種類的團(tuán)聚物。如，鋁粉在“B型”推進(jìn)劑燃燒時(shí)的團(tuán)聚過程中，存在“口袋”中的鋁粉提前離開燃面的“亞口袋”作用，該作用在壓強(qiáng)升高時(shí)造成參與團(tuán)聚的鋁粉量減少。另外也存在相鄰“口袋”中鋁粉相互熔聯(lián)的“口袋橋”作用，該作用在壓強(qiáng)升高時(shí)會(huì)造成團(tuán)聚物增大。因此兩種作用相互競(jìng)爭(zhēng)，使壓強(qiáng)對(duì)團(tuán)聚物的影響變得復(fù)雜[12]。

3.3　鋁粉粒徑的影響

鋁粉粒徑變化對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能作用明顯[50]，因此對(duì)鋁團(tuán)聚也有一定影響。盡管加入納米鋁粉后推進(jìn)劑的燃速更高，點(diǎn)火速率更快使得團(tuán)聚物粒徑更小，但納米鋁粉存在活性鋁含量低、老化速度快、危險(xiǎn)性大等缺點(diǎn)[51-54]，因此微米鋁粉依舊被廣泛使用。Liu等[14]收集了含有鋁粉粒徑分別為7、17、31μm的推進(jìn)劑的凝聚相燃燒產(chǎn)物，結(jié)果表明，團(tuán)聚物粒徑隨著鋁粉粒徑的升高而降低。此外他還使用圖像分析技術(shù)研究了團(tuán)聚物的平均粒徑及分布，并得到類似結(jié)果[7]。Anand等[55]分別將粒徑為15、34和85μm的鋁粉用于HTPB推進(jìn)劑中，結(jié)果表明粒徑為15μm鋁粉的團(tuán)聚程度最大，而粒徑為85μm鋁粉幾乎未發(fā)生團(tuán)聚。Sambamurthi等[43]研究表明，隨著鋁顆粒尺寸的增加(5、15、30μm)，團(tuán)聚物粒徑呈先增大后減小的趨勢(shì)。通常認(rèn)為，當(dāng)鋁粉粒徑較小時(shí)(小于10μm)，由于小體積效應(yīng)，存在加速點(diǎn)火的情況，這時(shí)鋁的團(tuán)聚程度較小；鋁粉為中等粒徑時(shí)，顆粒間距較小，易于相互融聯(lián)，團(tuán)聚程度較大；當(dāng)鋁粉顆粒尺寸進(jìn)一步增大，其加熱后熔融程度小，相互聚集程度小，另外大粒徑鋁粉在燃面處距離火焰更近，更易于點(diǎn)火，這些因素都使得大粒徑鋁粉傾向于單顆粒燃燒而非團(tuán)聚。

此外，Babuk等[56]收集了聚異戊二烯復(fù)合推進(jìn)劑的鋁團(tuán)聚物，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于粒徑為22μm的鋁粉，使用粒徑為10.5μm的鋁粉可加快推進(jìn)劑點(diǎn)火，團(tuán)聚物中氧化鋁含量較高；在高壓下，由于粒徑為22μm的鋁粉熔聯(lián)程度大，易形成“口袋”間的橋聯(lián)，使團(tuán)聚物粒徑出現(xiàn)雙峰分布。Gany認(rèn)為[57]，在復(fù)合推進(jìn)劑燃面上存在熔融反應(yīng)層，由于張力的作用，鋁粉隨著反應(yīng)層的推移而向下方運(yùn)動(dòng)并相互聚集，鋁粉粒徑與該反應(yīng)層厚度間的關(guān)系決定了團(tuán)聚物的粒徑。當(dāng)鋁粉粒徑較小時(shí)(約1μm)，反應(yīng)層中的鋁顆粒會(huì)快速點(diǎn)火；當(dāng)鋁粉粒徑小于反應(yīng)層厚度時(shí)，鋁顆粒會(huì)隨著反應(yīng)層下降相互聚集，直到反應(yīng)層中聚集飽和的鋁粉突出反應(yīng)層表面并發(fā)生點(diǎn)火，這時(shí)鋁粉熔融團(tuán)聚為較大顆粒；當(dāng)鋁粉粒徑略大于反應(yīng)層厚度時(shí)，暴露在燃面的鋁粉點(diǎn)火時(shí)間快速下降，并傾向于單顆粒點(diǎn)火，不發(fā)生鋁顆粒間的聚集，因此團(tuán)聚物粒徑較?。讳X粉粒徑進(jìn)一步增大，反應(yīng)層對(duì)鋁粉的影響很小，鋁顆粒不發(fā)生團(tuán)聚并傾向隨著強(qiáng)氣流離開燃面并在燃面上方點(diǎn)火。

3.4　推進(jìn)劑燃速的影響

推進(jìn)劑燃速與氧化劑及鋁粉粒徑[58]、金屬燃料種類[59]、燃燒壓強(qiáng)[32]等因素有關(guān)，因此燃速對(duì)團(tuán)聚物的影響實(shí)際上是多種因素的綜合結(jié)果且影響規(guī)律并不明顯。一方面，燃速能改變鋁粉在燃面處的停留時(shí)間，燃速越大，鋁粉受到氣體的推動(dòng)力越大，停留時(shí)間越短，團(tuán)聚體尺寸就越小[60]。另一方面，高燃速意味著推進(jìn)劑中鋁粉相互聚集的速度更快，若聚集速度的增加大于停留時(shí)間縮短所帶來的影響，也會(huì)導(dǎo)致更大團(tuán)聚物的產(chǎn)生。Takahashi等[61-62]將AP部分替換為硝酸銨(AN)使推進(jìn)劑燃速降低，在不改變?nèi)紵龎簭?qiáng)的情況下，發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚物粒徑隨燃速的升高而降低，這是由于不含AN的組分由于燃速較大，鋁粉易被氣流帶走，在燃面上停留時(shí)間短，因此團(tuán)聚物粒徑較小。Anand等[55]通過提高壓強(qiáng)來提高Al/AP/HTPB推進(jìn)劑的燃速，收集得到的團(tuán)聚物平均粒徑隨燃速的增加而升高，這是鋁粉聚集速度加快的結(jié)果。這也證明了燃燒壓強(qiáng)升高時(shí)，團(tuán)聚物粒徑也存在增大的現(xiàn)象。

4　鋁團(tuán)聚的抑制方法

研究人員曾使用納米鋁粉來抑制推進(jìn)劑燃燒時(shí)的鋁團(tuán)聚[63-65]，但目前認(rèn)為使用改性微米鋁粉對(duì)團(tuán)聚抑制效果較好。 Gany和Caveny[57]認(rèn)為提高鋁粉的點(diǎn)火能力可以降低團(tuán)聚，因此能夠提高鋁粉點(diǎn)火速度的方法往往被用于解決鋁粉團(tuán)聚問題。他們制備了一種用Ni包覆的鋁粉[66]，由于Ni和Al之間存在放熱反應(yīng)，使這種鋁粉可在1000K下點(diǎn)火燃燒，遠(yuǎn)低于普通鋁粉的點(diǎn)火溫度，從而減少點(diǎn)火時(shí)間。他們還將這種鋁粉應(yīng)用到固體推進(jìn)劑配方中，發(fā)現(xiàn)該推進(jìn)劑燃燒后鋁粉的團(tuán)聚物粒徑相對(duì)于對(duì)照組推進(jìn)劑下降了20%～50%[67]。Glotov等[68]使用多種聚合物包覆鋁粉表面，由于含氟聚合物在分解時(shí)放熱，并且對(duì)鋁粉能量擴(kuò)散有阻隔作用[69]，可其使點(diǎn)火時(shí)間縮短，并發(fā)現(xiàn)使用某些含氟聚合物可以減少團(tuán)聚物總量，但團(tuán)聚物粒徑略微增加。Li等[70]則發(fā)現(xiàn)有機(jī)氟化物包覆鋁粉使燃燒產(chǎn)物粒徑降低。Yavor等[71]將自制的多孔鋁粉用于HTPB推進(jìn)劑中，由于該多孔鋁粉比表面積達(dá)12～18m2/g，與高活性納米鋁粉相當(dāng)，因此具有較高的活性和較快的點(diǎn)火速度，由該推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的鋁團(tuán)聚物的中值粒徑僅為一般推進(jìn)劑的70%。

另一種減少鋁粉團(tuán)聚的方法是使鋁粉在燃面處升溫時(shí)發(fā)生破裂，從而防止大粒徑鋁凝聚團(tuán)的產(chǎn)生。為此，Sippel等[72]使用機(jī)械活化法制備了Al/PTFE(聚四氟乙烯)復(fù)合物顆粒，并替代鋁粉將其作為燃料用于推進(jìn)劑中，結(jié)果表明，使用Al/PTFE(質(zhì)量比70∶30)顆粒得到的燃燒產(chǎn)物平均粒徑為25μm，甚至比初始復(fù)合物顆粒的平均粒徑還要小，與普通鋁粉相比，得到的團(tuán)聚物粒徑下降了66%，取得了很好的團(tuán)聚抑制效果。分析認(rèn)為，這一方面是由于Al與PTFE間存在放熱反應(yīng)，加快了鋁粉的點(diǎn)火；另一方面是由于PTFE分解及氟化鋁的升華釋放出氣體，使顆粒破裂，粒徑減小。為了驗(yàn)證復(fù)合金屬顆粒中氣體釋放行為對(duì)降低鋁團(tuán)聚的有效程度，該研究組又制備了Al/LDPE(低密度聚乙烯)復(fù)合顆粒[73]，并將其應(yīng)用于推進(jìn)劑中。研究結(jié)果表明，LDPE分解放熱量低，但分解時(shí)產(chǎn)生的大量氣體使復(fù)合物顆粒分裂，減少了顆粒點(diǎn)火時(shí)間和燃面滯留時(shí)間，并使團(tuán)聚物的粒徑從75.8μm降至29.0μm。該結(jié)果表明向鋁粉中加入易放氣組分是抑制鋁燃燒團(tuán)聚現(xiàn)象的有效方法。

以上方法對(duì)抑制鋁粉的團(tuán)聚都起到了一定效果，但對(duì)鋁粉進(jìn)行物理化學(xué)改性減少了金屬鋁的有效含量，可能造成推進(jìn)劑的能量降低。如Reese等[74]利用Ni/Al金屬間復(fù)合物顆粒替代推進(jìn)劑中的鋁粉，并使推進(jìn)劑燃燒團(tuán)聚物粒徑從235μm降至90μm，但由于Ni的加入，使推進(jìn)劑的理論比沖降低了25s。因此滿足推進(jìn)劑能量要求的鋁團(tuán)聚抑制方法仍有待研究。

5　結(jié)束語

固體推進(jìn)劑中鋁粉的凝聚相燃燒產(chǎn)物對(duì)推進(jìn)劑的燃燒效率、能量性能和穩(wěn)定燃燒有重要影響，尤其是鋁團(tuán)聚物造成的推進(jìn)劑能量降低、發(fā)動(dòng)機(jī)熔渣沉積和絕熱層燒蝕等問題也有待解決。目前研究結(jié)果表明：

(1)在鋁粉的凝聚相燃燒產(chǎn)物中，鋁團(tuán)聚物對(duì)推進(jìn)劑性能產(chǎn)生主要影響；

(2)鋁團(tuán)聚物形成過程包括熔融、堆積、團(tuán)聚、點(diǎn)火4個(gè)階段；

(3)壓強(qiáng)、燃速、鋁粉粒徑、氧化劑粒徑及級(jí)配是影響鋁團(tuán)聚程度的主要因素，而各因素對(duì)鋁團(tuán)聚的影響主要基于推進(jìn)劑微觀結(jié)構(gòu)以及鋁粉熔融團(tuán)聚過程和鋁凝團(tuán)點(diǎn)火過程的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；

(4)推進(jìn)劑燃燒過程中鋁粉團(tuán)聚的抑制方法目前主要是應(yīng)用新型鋁粉及鋁粉的物理化學(xué)改性。

基于目前研究現(xiàn)狀，建議今后還需在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究：

(1)解決較高壓強(qiáng)下推進(jìn)劑燃燒煙塵造成的推進(jìn)劑燃面觀測(cè)及辨析困難等問題，獲得火箭發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作條件下的鋁團(tuán)聚及燃燒行為；

(2)對(duì)影響鋁粉團(tuán)聚的因素進(jìn)行深入研究，特別是基于推進(jìn)劑燃燒溫度環(huán)境，燃面處凝相和氣相的動(dòng)力學(xué)特征來研究其對(duì)鋁團(tuán)聚的影響；

(3)建立能夠基于推進(jìn)劑燃燒物理過程的鋁粉團(tuán)聚預(yù)測(cè)理論模型，提高推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)水平；

(4)尋找能夠滿足推進(jìn)劑高能量要求的鋁粉團(tuán)聚抑制技術(shù)。

參考文獻(xiàn):

[1]譚惠民.固體推進(jìn)劑化學(xué)與技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2015.

[2]張文, 張偉, 蔚紅建,等. 鋁粉在少煙CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用[C]∥中國(guó)航空學(xué)會(huì)航空動(dòng)力分會(huì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)專業(yè)委員會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì). 北京：中國(guó)宇航學(xué)會(huì)，2006.

[3]鄧重清, 蔚紅建, 張正中. Al粉在高燃速 AP/CMDB 推進(jìn)劑中的應(yīng)用[J].火炸藥學(xué)報(bào),2015，38(3):77-80.

DENG Chong-qing, YU Hong-jian, ZHANG Zheng-zhong. Application of Al powder on high burning-rate AP/CMDB propellants[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants(Huozhayao Xuebao), 2015,38(3):77-80.

[4]李吉禎.CMDB推進(jìn)劑燃燒性能研究[D].北京：中國(guó)兵器科學(xué)研究院，2009.

[5]DeLuca L T, Summerfield M. Nonsteady Burning and Combustion Stability of Solid Propellants[M]. New York: AIAA, 1992.

[6]王寧飛.固體推進(jìn)劑燃燒不穩(wěn)定性研究[J].火炸藥學(xué)報(bào),1995(1):47-50.

WANG Ning-fei. Study on combustion instability of solid propellant[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 1995(1):47-50.

[7]Liu T K. Experimental and model study of agglomeration of burning aluminized propellants[J]. Journal of Propulsion and Power, 2005, 21(5): 797-806.

[8]Dupays J, Fabignon Y, Villedieu P, et al. Some aspects of two-phase flows in solid-propellant rocket motors[J]. Progress in Astronautics and Aeronautics, 2000, 185: 859-884.

[9]李昌植.噴管喉部沉積現(xiàn)象原因分析及解決途徑[J]. 宇航材料工藝,1992(2):47-52.

LI Chang-zhi. Analyzation and solving methods of nozzle throat sedimentation phenomenon[J]. Aerospace Materials and Technology, 1992(2):47-52.

[10] 賈林祥.含鋁推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管沉積的實(shí)驗(yàn)與傳熱分析[J]. 推進(jìn)技術(shù), 1985, 6(1):1-10.

JIA Lin-xiang. Experimental and industrial thermics of nozzle sedimentation in aluminized propellants[J]. Journal of Propulsion Technology, 1985, 6(1):1-10.

[11] Babuk V A, Vassiliev V A, Sviridov V V. Formation of condensed combustion products at the burning surface of solid rocket propellant[M]∥Yang V, Brill T B, Ren W Z. Progress in Astronautics and Aeronautics.New York:AIAA, 2000: 749-776.

[12] Babuk V A, Vasilyev V A, Malakhov M S. Condensed combustion products at the burning surface of aluminized solid propellant[J]. Journal of Propulsion and Power, 1999, 15(6): 783-793.

[13] Gallier S, Kratz J G, Quaglia N, et al. Detailed analysis of a quench bomb for the study of aluminum agglomeration in solid propellants[C]∥Progress in Propulsion Physics. Munich: EDP Sciences, 2016:197-212.

[14] Liu T K, Hsieh C F. Analysis of agglomerate size from burning aluminized AP/RDX/HTPB propellants in quench bomb[J]. Journal of Propulsion and Power, 1996, 12(5): 995-997.

[15] Grigor′Ev V G, Zarko V E, Kutsenogii K P. Experimental investigation of the agglomeration of aluminum particles in burning condensed systems[J]. Combustion Explosion & Shock Waves, 1981, 17(3):245-251.

[16] Jeenu R, Pinumalla K, Deepak D. Size distribution of particles in combustion products of aluminized composite propellant[J]. Journal of Propulsion and Power, 2010, 26(4): 715-723.

[17] Babuk V A, Vasilyev V A, Glebov A A, et al. Combustion mechanisms of AN-based aluminized solid rocket propellants[C]∥Novel Energetic Materials and Application. Proceeding of 9th International Workshop on Combustion and Propulsion.2004：1-20.

[18] Ao W, Liu P, Yang W. Agglomerates, smoke oxide particles, and carbon inclusions in condensed combustion products of an aluminized GAP-based propellant[J]. Acta Astronautica, 2016, 129:147-153.

[19] Suzuki S, Chiba M. Combustion efficiency of aluminized propellants[J]. AIAA Paper, 1989 (89-2309): 1-8.

[20] DeLuca L T, Galfetti L, Maggi F, et al. Burning of metallized composite solid rocket propellants: toward nanometric fuel size[J]. Proceedings of ESA Space Propulsion,2008: 5-8.

[21] Babuk V A. Properties of the surface layer and combustion behavior of metallized solid propellants[J]. Combustion Explosion & Shock Waves, 2009, 45(4):486-494.

[22] Glotov O G. Condensed combustion products of aluminized propellants. II. Evolution of particles with distance from the burning surface[J]. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2000, 36(4): 476-487.

[23] Price E W. Combustion of metalized propellants[J]. Fundamentals of Solid Propellant Combustion, 1984, 90: 479-514.

[24] Lengellé G, Duterque J, Trubert J F. Combustion of solid propellants[R]. Paris: Office National d′etudes et de Recherches Aerospatiales, 2002.

[25] Geisler R L. A global view of the use of aluminum fuel in solid rocket motors[J]. AIAA Paper, 2002, 3748: 2002.

[26] Trunov M A, Schoenitz M, Dreizin E L. Ignition of aluminum powders under different experimental conditions[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2005, 30(1): 36-43.

[27] Rashkovsky S A. Metal agglomeration in solid sropellants sombustion[J]. Combustion Science & Technology, 1998, 136(1-6):125-148.

[28] Crump J E, Prentice J L, Kraeutle K J. Role of the scanning electron microscope in the study of solid propellant combustion: II. behavior of metal additivest[J]. Combustion Science and Technology, 1969, 1(3): 205-223.

[29] Yavor Y, Gany A, Beckstead M W. Modeling of the agglomeration phenomena in combustion of aluminized composite solid propellant[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2014, 39(1): 108-116.

[30] Maggi F, Bandera A, Galfetti L, et al. Efficient solid rocket propulsion for access to space[J]. Acta Astronautica, 2010, 66(11): 1563-1573.

[31] 李鑫,趙鳳起,郝海霞,等.不同類型微/納米鋁粉點(diǎn)火燃燒特性研究[J].兵工學(xué)報(bào), 2014, 35(5):640-647.

LI Xin, ZHAO Feng-qi, HAO Hai-xia, et al. Research on ignition and combustion properties of different micro /nano-aluminum powders[J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(5):640-647.

[32] Price E W. Effect of multidimensional flamelets in composite propellant combustion[J]. Journal of Propulsion and Power, 1995, 11(4): 717-728.

[33] Mullen J C, Brewster M Q. Investigation of aluminum agglomeration in AP/HTPB composite propellants[J]. AIAA Paper, 2006, 280.

[34] Beckstead M W. A summary of aluminum combustion[R]. Provo: Brigham Young University, 2004.

[35] Liu X, Ao W, Liu H, et al. Aluminum agglomeration on burning surface of NEPE propellants at 3-5 MPa[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2017, 42(3): 260-268.

[36] Ao W, Liu X, Rezaiguia H, et al. Aluminum agglomeration involving the second mergence of agglomerates on the solid propellants burning surface: Experiments and modeling[J]. Acta Astronautica, 2017, 136: 219-229.

[37] Crump J E. Aluminum combustion in composite propellants[C]∥Interagency Chemical Rocket Propulsion Group: Combustion Instability Conference. Baltimore: CPIA, 1966.

[38] Cohen N S. A pocket model for aluminum agglomeration in composite propellants[J]. AIAA Journal, 1983, 21(5): 720-725.

[39] Babuk V A, Belov V P, Khodosov V V, et al. Investigation of the agglomeration of aluminum particles during the combustion of metallized composite condensed systems[J]. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 1985, 21(3): 287-292.

[40] Jackson T L, Najjar F, Buckmaster J. New aluminum agglomeration models and their use in solid-propellant-rocket simulations[J]. Journal of Propulsion and Power, 2005, 21(5): 925-936.

[41] Maggi F, DeLuca L T, Bandera A. Pocket model for aluminum agglomeration based on propellant microstructure[J]. AIAA Journal, 2015 53(11):3395-3403.

[42] Gallier S. A stochastic pocket model for aluminum agglomeration in solid propellants[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2009, 34(2): 97-105.

[43] Sambamurthi J K, Price E W, Sigmant R K. Aluminum agglomeration in solid-propellant combustion[J]. AIAA Journal, 1984, 22(8): 1132-1138.

[44] Liu T K, Perng H C, Luh S P, et al. Aluminum agglomeration in AP/RDX/Al/HTPB propellant combustion[C]∥27th Joint Propulsion Conference. New York: AIAA, 1992.

[45] Glotov O G. Condensed combustion products of aluminized propellants. IV. Effect of the nature of nitramines on aluminum agglomeration and combustion efficiency[J]. Combustion, Explosion, and Shock Waves, 2006, 42(4): 436-449.

[46] 劉子如,劉艷,范夕萍,等.RDX和HMX的熱分解Ⅲ.分解機(jī)理[J].火炸藥學(xué)報(bào), 2006, 29(4):14-18.

LIU Zi-ru, LIU Yan, FAN Xi-ping et al. Thermal decomposition of RDX and HMX explosives part III: mechanism of thermal decomposition[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 2006, 29(4):14-18.

[47] 劉子如,劉艷,范夕萍,等. RDX和HMX的熱分解I.熱分析特征量[J].火炸藥學(xué)報(bào), 2004, 27(2):63-66.

LIU Zi-ru, LIU Yan, FAN Xi-ping et al. Thermal decomposition of RDX and HMX explosives part I: characteristic values of thermo analysis[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 2004, 27(2):63-66.

[48] Takahashi K, Oide S, Kuwahara T. Agglomeration characteristics of aluminum particles in AP/AN composite propellants[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2013, 38(4):555-562.

[49] Babuk V A, Dolotkazin I N, Glebov A A. Burning mechanism of aluminized solid rocket propellants based on energetic binders[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2005, 30(4): 281-290.

[50] 吳雄崗,李笑江,宋桂賢,等.鋁粉粒徑對(duì)改性雙基推進(jìn)劑燃燒性能的影響[J].火炸藥學(xué)報(bào),2010,33(3):80-83.

WU Xiong-gang, LI Xiao-jiang, SONG Gui-xian, et al.Effects of aluminum powder diameters on the combustion performance of CMDB Propellant[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 2010,33(3):80-83.

[51] 高東磊,張煒,朱慧,等.納米鋁粉在復(fù)合推進(jìn)劑中的應(yīng)用[J].固體火箭技術(shù), 2007, 30(5):420-423.

GAO Dong-lei, ZHANG Wei, ZHU Hui, et al. Application of nano-aluminumin composite propellant[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2007, 30(5):420-423.

[52] DeLuca L T, Galfetti L, Severini F, et al. Burning of nano-aluminized composite rocket propellants[J]. Combustion Explosion & Shock Waves, 2005, 41(6):680-692.

[53] 張偉,謝五喜,樊學(xué)忠，等.納米鋁粉對(duì)少煙NEPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響[J].固體火箭技術(shù), 2014(4):516-520.

ZHANG Wei, XIE Wu-xi, FAN Xue-zhong, et al. Effects of nano-aluminum on combustion characteristic of low smoke NEPE propellants[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2014(4): 516-520.

[54] 曾亮,焦清介,任慧,等.納米鋁粉粒徑對(duì)活性量及氧化層厚度的影響[J].火炸藥學(xué)報(bào),2011,34(4):26-29.

ZENG Liang, JIAO Qing-jie, REN Hui, et al. Effect of particle size of nano-aluminum powder on oxide film thickness and active aluminum content[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 2011,34(4):26-29.

[55] Anand K V, Roy A, Mulla I, et al. Experimental data and model predictions of aluminium agglomeration in ammonium perchlorate-based composite propellants including plateau-burning formulations[J]. Proceedings of the Combustion Institute, 2013, 34(2): 2139-2146.

[56] Babuk V A, Vassiliev V A, Sviridov V V. Propellant formulation factors and metal agglomeration in combustion of aluminized solid rocket propellant[J]. Combustion Science and Technology, 2001, 163(1): 261-289.

[57] Gany A, Caveny L H. Agglomeration and ignition mechanism of aluminum particles in solid propellants[C]∥Symposium (International) on Combustion.Ireland:The Combustion Institute,1979, 17(1): 1453-1461.

[58] 李吉禎, 樊學(xué)忠, 劉小剛. AP和鋁粉對(duì)AP-CMDB推進(jìn)劑燃燒性能的影響[J]. 火炸藥學(xué)報(bào), 2008, 31(4):61-63.

LI Ji-zhen, FAN Xue-zhong, LIU Xiao-gang. Influence of ammonium perchlorate and aluminum powder on the combustion characteristics of AP-CMDB propellant [J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 2008, 31(4):61-63.

[59] 龐維強(qiáng),樊學(xué)忠,胥會(huì)祥，等.硼鎂復(fù)合粉的特性及對(duì)富燃料推進(jìn)劑燃速特性影響[J].固體火箭技術(shù), 2013, 36(3):363-367.

PANG Wei-qiang, FAN Xue-zhong, XU Hui-xiang, et al. Characteristics of B/Mg compounds and the effect on the burning rate properties for fuel-rich propellant[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2013, 36(3):363-367.

[60] 唐泉,龐愛民,汪越.固體推進(jìn)劑鋁粉燃燒特性及機(jī)理研究進(jìn)展分析[J].固體火箭技術(shù), 2015, 38(2): 232-238.

TANG Quan, PANG Ai-min, WANG Yue. Research progress analysis of aluminum combustion property and mechanism of solid propellant[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2015, 38(2): 232-238.

[61] Oide S, Takahashi K, Kuwahara T. Characteristics of aluminum agglomeration at burning surface in AP/AN composite propellants[C]∥48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. New York: AIAA, 2012:3973.

[62] Takahashi K, Oide S, Kuwahara T. Agglomeration characteristics of aluminum particles in AP/AN composite propellants[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2013, 38(4):555-56.

[63] Babuk V, Dolotkazin I, Gamsov A, et al. Nanoaluminum as a solid propellant fuel[J]. Journal of Propulsion and Power, 2009, 25(2): 482.

[64] Jayaraman K, Chakravarthy S R, Sarathi R. Quench collection of nano-aluminium agglomerates from combustion of sandwiches and propellants[J]. Proceedings of the Combustion Institute, 2011, 33(2): 1941-1947.

[65] Galfetti L, DeLuca L T, Severini F, et al. Pre and post-burning analysis of nano-aluminized solid rocket propellants[J]. Aerospace Science and Technology, 2007, 11(1): 26-32.

[66] Rosenband V, Gany A. Agglomeration and ignition of aluminum particles coated by nickel[J]. International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion, 2007, 6(2):143-151.

[67] Yavor Y, Gany A. Effect of nickel coating on aluminum combustion and agglomeration in solid propellants[C]∥44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. New York: AIAA, 2008:5255.

[68] Glotov O G, Yagodnikov D A, Vorob’Ev V S, et al. Ignition, combustion, and agglomeration of encapsulated aluminum particles in a composite solid propellant. II. Experimental studies of agglomeration[J]. Combustion Explosion & Shock Waves, 2007, 43(3):320-333.

[69] 姚二崗,趙鳳起,郝海霞,等.全氟十四酸包覆納米鋁粉的制備及點(diǎn)火燃燒性能[J].火炸藥學(xué)報(bào),2012,35(6):70-75.

YAO Er-gang, ZHAO Feng-qi, HAO Hai-xia, et al. Preparation of aluminum nanopowders coated with perfluorotetradecanoic acid and its ignition and combustion characteristics[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants (Huozhayao Xuebao), 2012,35(6):70-75.

[70] 李藝,郭曉燕,楊榮杰,等.鋁/有機(jī)氟化物復(fù)合物對(duì)含鋁HTPB推進(jìn)劑燃燒性能的影響[J].火炸藥學(xué)報(bào),2016,39(6):74-79.

LI Yi, GUO Xiao-yan, YANG Rong-jie, et al. Effect of aluminum/organic fluoride composite on the combustion properties of aluminized HTPB Propellants[J].Chinese Journal of Explosives & Propellants(Huozhayao Xuebao), 2016,39(6):74-79.

[71] Yavor Y, Rosenband V, Gany A. Reduced agglomeration in solid propellants containing porous aluminum[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2014, 228(10): 1857-1862.

[72] Sippel T R, Son S F, Groven L J. Aluminum agglomeration reduction in a composite propellant using tailored Al/PTFE particles[J]. Combustion & Flame, 2014, 161(1):311-321.

[73] Sippel T R, Son S F, Groven L J, et al. Exploring mechanisms for agglomerate reduction in composite solid propellants with polyethylene inclusion modified aluminum[J]. Combustion & Flame, 2015, 162(3):846-854.

[74] Reese D, Groven L, Son S, et al. Intermetallic compounds as fuels for composite rocket propellants[C]∥47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit. New York: AIAA, 2011:5865.