在现代发展进程中,气体发生剂在在很多方面都发挥着无可取代的作用,在无人机着陆 、航天器推进、巡飞弹翼展等不同领域不断开拓新的重要应用。美国成功地将气体发生剂用于“勇气号”和“机遇号”火星探测器的安全着陆系统中[3],得到了全世界的高度关注[3]。气体发生剂在我国的研究也有许多,相对而言 ,偶氮类气体发生剂在我国的研究和应用领域尚欠缺 ,开发绿色环保、成本便宜、多品种和实用的气体发生剂具有重要意义[4]。
1.2气体发生剂的发展趋势
1.3 本课题研究思路
偶氮化合物分子中含有-N=N-基团,这类化合物常兼有唑类、胍类和偶氮类的结构,其含氮量高,产气量大,在高温下产气体积更大,作功能力强,原材料易得,可以用于航天等要求允许温度较高,气体量大的场合[7]。
而配套的各种氧化剂中,碱式硝酸铜有效氧含量较高,可为气体发生剂中可燃剂ADC的燃烧提高更多的氧,同时能作为高温成渣剂。但是碱式硝酸铜在反应时放出的热量较大,势必会引起燃气的温度升高[8]。
过渡氧化剂如MnO2、CuO燃烧温度低,分解需要吸收大量的热,同时过渡氧化剂存在着正、负离子缺位,可以促进 CO转化为 CO2、NOx转化为 N2,降低气体发生剂燃气中有毒气体CO,NOx含量[9]。
(高)氯酸盐作为氧化剂时,会产生 HCl气体。当需其动力作功时,其产气HCl的酸性会对设备仪器造成腐蚀;作为充气缓冲时,其毒性会危害人体健康。
用硝酸盐作氧化剂,具有热效应低、有效氧含量较高的优点,但固体残渣熔点低、不易结渣的缺点也很明显,若用于动力作功,会堵塞喷嘴喉径发生危险。
因而本毕业设计选以偶氮二甲酰胺为可燃剂,选择四种金属化合物(氧化铜,碱式硝 酸铜(BCN),硝酸钾,高氯酸钾)为氧化剂,设计对比配方,测试性能。
1.4 本课题拟解决的关键问题
本毕业设计的关键在于:
(1)理论上计算分析以偶氮二甲酰胺为可燃剂,选择四种化合物(氧化铜,碱式硝酸铜(BCN),硝酸钾,高氯酸钾)为氧化剂四种配方的热性能,点火性能;
(2)对偶氮二甲酰胺/氧化物气体发生剂的热分析的热性能进行测试,并进一步的进行研究和分析;
(3)对偶氮二甲酰胺/氧化物气体发生剂进行燃烧温度、点火药量上下限,并进一步的进行研究和分析。
2 气体发生剂的理论分析
2.1 基本组分
本论文主要研究新型偶氮类气体发生剂,其基础组分为可燃剂和氧化剂。
2.1.1 可燃剂
可燃剂在气体发生剂燃烧时产生大量的气体,其特点为耗氧量少、氮含量高、适宜的热效应、安定性要好。本论文的可燃剂选用偶氮化合物,偶氮二甲酰胺的热分解温度范围窄 ,大致在200°C分解,发气量240ml/g(标准温度下),气体由氮气 、一氧化碳 、二氧化碳和一些氨气组成 ,[7]产物无毒。偶氮二甲酰胺分子中含有-N=N-基团,其含氮量高,产气量大,在高温下产气体积更大,作功能力强,原材料易得,可以用于航天等要求气体量大,允许温度较高的场合[11]。
图 2.1 偶氮二甲酰胺分子结构式
2.1.2 氧化剂
气体发生剂燃烧产气时不需要外界参与属于自供氧体系,为使可燃剂能够将其能量进行迅速释放故需要氧化剂提供氧。氧化剂为含氧物质,特点为燃烧时易释放、有效氧(直接用于氧化可燃剂的氧量)尽可能高、且与可燃剂组成的气体发生剂机械感度比较低[7]。
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