本发明涉及富燃料推进剂领域，具体涉及一种含硼基复合金属粉的富燃料推进剂。
背景技术
固体火箭冲压发动机有机地结合了固体火箭发动机和吸气式发动机的优点。与固体火箭发动机相比，由于利用空气中的氧气作氧化剂，大幅度提高了推进剂的能量，比冲为固体火箭发动机的2～4倍；与吸气式发动机相比，由于采用内型面压缩进气原理，省略了旋转部件等复杂结构，发动机结构得到简化。因此，以固冲发动机为动力的导弹具有体积小、重量轻、射程远的特点，可以实现全程有动力飞行，增强导弹的突防能力和末段攻击能力。
固体火箭冲压发动机使用固体富燃料推进剂作为动力源，其中燃料含量达到30～50％，因此燃料性能是决定固体火箭冲压发动机潜在优异性能能否充分发挥的关键因素之一，含硼富燃料推进剂具有很高的热值，是固冲发动机的首选推进剂。但是，由于硼粉本身的点火温度较高(1900k)，且硼粉燃烧过程中产生粘性很强的硼氧化物(b2o3)覆盖在硼粉表面，使得硼粉点火困难、难以充分燃烧，影响其在富燃料推进剂中的实际应用。
技术实现要素：
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于冲压发动机的含硼基复合金属粉的富燃料推进剂，该推进剂组合物以硼基复合金属粉替代部分金属燃料，解决了硼粉点火温度高，燃烧效率低的问题，可以满足先进冲压导弹对高性能富燃料推进剂的需求，在不影响推进剂综合性能的前提下提高了推进剂的工艺性能和燃烧性能。
本发明涉及如下技术方案：
一种含硼基复合金属粉的富燃料推进剂，包括如下质量配比的组分：
燃料：30％～50％；
氧化剂：25％～40％；
粘合剂：15％～25％；
性能调节剂：3％～10％，
所述燃料包括硼基复合金属粉，所述硼基复合金属粉的复合方式是以硼为核心，以熔点低于硼的金属为表层，低熔点金属覆盖于硼的表面，形成核壳型结构的硼基复合金属粉。
优选地，所述硼基复合金属粉的粒径为0.2～1μm、1～4μm、4～10μm中的一种或组合。
优选地，所述硼基复合金属粉中硼的含量不低于70％(wt％)。
优选地，所述熔点低于硼的金属为铝粉、镁粉、钛粉中的一种或组合。
优选地，所述熔点低于硼的金属熔点为600～1800℃，且在燃烧过程中不会形成粘稠状氧化物的低熔点金属，使得硼粉点火容易、充分燃烧。
优选地，所述燃料还包括硼、镁、铝、钛、碳化硼(b4c)中的一种或组合。
优选地，所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸铵、硝酸钾、奥克托今、黑索金、三氨基胍硝酸盐中的一种或组合。
优选地，所述性能调节剂为三苯基铋、硬脂酸甲酯、卵磷脂、壬酸异癸酯、己二酸二辛脂、柠檬酸酯、癸二酸二异辛酯、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦、三氟化硼三乙醇胺、氧化铁、辛基二茂铁、卡托辛、n,n-二苯基对苯二胺、n-苯基-2-萘胺、n-苯基-n-环己烷基对苯二胺、氟化锂中的一种或组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、以硼为核心，以熔点低于硼粉的金属为表层，低熔点金属覆盖于硼粉表面，形成核壳型硼基金属复合粉，在保持硼粉高热值的同时解决了硼粉点火困难，燃烧效率低的问题。
2、以硼基复合金属粉取代富燃料推进剂中的相关组分，不但能提高燃烧性能和能量性能，还能改善工艺性能，可解决冲压发动机对高性能富燃料推进剂需求问题。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例对本发明的技术方案进行以下详细说明，本发明未描述的技术手段按本领域内常规方式进行，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种含硼基复合金属粉的富燃料推进剂，包括如下质量配比的组分：
燃料：30％～50％；
氧化剂：25％～40％；
粘合剂：15％～25％；
性能调节剂：3％～10％。
上述各组分含量中的端值为该组分的极限含量，在推进剂设计过程中，某种组分的含量不能低于其最低值，也不能高于其最高值，否则会严重影响推进剂性能。当各组分含量低于其最低值时，正常情况下都无法正常点火，推进剂也无法自持燃烧；当各组分含量高于其最高值时，燃烧性能很好，但是燃料含量必定降低，能量性能无法满足冲压发动机使用要求；即使当各组分含量等于其最低值或最高值时，推进剂正常点火并且实现自持燃烧的最低用量或最高用量时，在这个条件下推进剂的其他性能同样很差，无法满足使用要求。
所述燃料包括硼基复合金属粉，所述硼基复合金属粉的复合方式是以硼为核心，以熔点低于硼的金属为表层，低熔点金属覆盖于硼的表面，形成核壳型结构的硼基复合金属粉。硼基复合金属粉综合了b的高热值，表层的金属易于燃烧等诸多特性，相比目前高能富燃料推进剂中常用的无定形硼粉，该粉体材料具有更低的点火温度，更高的氧化活性，更高的燃烧效率以及与丁羟粘合剂良好的相容性。
其中，所述硼基复合金属粉中以硼为主体，硼的含量不低于70％，在燃烧过程中，外层易燃的金属首先点燃提供热源，点燃部分硼，并为二次燃烧提供热源，所以其含量不需要太高。外层易燃的金属的质量分数不能高于30％是经过大量试验得出的结论，首先，易燃金属粉的热值不高，含量太高会降低推进剂热值，其次，易燃金属粉含量太高燃烧之后的凝聚相就会多，同样会影响推进剂的燃烧性能。发动机试车结果显示，当易燃金属粉含量在28％左右时，燃烧残渣中就会含有未燃烧完全的游离态易燃金属，而易燃金属的作用仅仅是为了提高点火性能和提供热源，在一次燃烧完成后，易燃金属就完成其使命，如果易燃金属没有完全燃烧，进一步参与二次燃烧会大大降低推进剂能量。因此，当表层的金属的质量分数不能高于30％时，可以得知硼基复合金属粉中硼的含量不低于70％。
所述熔点低于硼的金属熔点为600～1800℃，且在燃烧过程中不会形成粘稠状氧化物的低熔点金属，可以为铝粉、镁粉、钛粉中的一种或组合。以镁为代表的表层金属具有优异的点火和燃烧性能，但其热值较低，推进剂配方中引入镁可以改善燃烧性能，但会显著降低推进剂的质量热值。为了改善推进剂的点火性能并提高一次燃温，将具有高热值的硼与具有优异点火燃烧性能的镁、铝和/或钛进行复合，制备出核壳型复合燃料，这种核壳型复合燃料以高热值的硼为核，具有优良点火性能的镁、铝和/或钛覆盖其表面，形成核壳型复合燃料。
所述硼基复合金属粉的粒径为0.2～1μm、1～4μm、4～10μm中的一种或组合。
所述燃料还包括硼、镁、铝、钛、碳化硼中的一种或组合。
所述氧化剂为高氯酸铵(ap)、高氯酸钾(kp)、硝酸铵(an)、硝酸钾(kn)、奥克托今(hmx)、黑索金(rdx)、三氨基胍硝酸盐(tagn)中的一种或组合。
所述性能调节剂为三苯基铋(tpb)、硬脂酸甲酯、卵磷脂、壬酸异癸酯、己二酸二辛脂(doa)、柠檬酸酯、癸二酸二异辛酯(dos)、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(mapo)、三氟化硼三乙醇胺、氧化铁、辛基二茂铁、卡托辛、n,n-二苯基对苯二胺、n-苯基-2-萘胺、n-苯基-n-环己烷基对苯二胺、氟化锂中的一种或组合。
所述粘合剂为htpb+异氰酸酯体系，异氰酸酯为ipdi，tdi，n-100，hmdi等。
实施例1
硼基复合金属粉组成：硼含量95％，镁含量5％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例1可以得知，实测热值＝32.3mj·kg-1，燃烧效率＝90.8％，推进剂性能优良。
实施例2
硼基复合金属粉组成：硼含量90％，镁含量10％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例2可以得知，实测热值＝31.7mj·kg-1，燃烧效率＝90.9％，推进剂性能优良。
实施例3
硼基复合金属粉组成：硼含量85％，镁含量15％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例3可以得知，实测热值＝33.6mj·kg-1，燃烧效率＝90.8％，推进剂性能优良。
实施例4
硼基复合金属粉组成：硼含量80％，铝含量20％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例4可以得知，实测热值＝33.2mj·kg-1，燃烧效率＝91.5％，推进剂性能优良。
实施例5
硼基复合金属粉组成：硼含量75％，铝含量25％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例5可以得知，实测热值＝33.9mj·kg-1，燃烧效率＝91.2％，推进剂性能优良。
实施例6
硼基复合金属粉组成：硼含量70％，钛含量30％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例6可以得知，实测热值＝34.7mj·kg-1，燃烧效率＝91.8％，推进剂性能优良。
实施例7
硼基复合金属粉组成：硼含量90％，镁含量10％。
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
从实施例7可以得知，实测热值＝35.9mj·kg1，燃烧效率＝90.5％，推进剂性能优良。
上述实施例1-7，添加了硼基复合金属粉的推进剂实测热值都较高，燃烧效率都在90％以上，提高燃烧性能和能量性能，改善工艺性能，可解决冲压发动机对高性能富燃料推进剂需求问题。
参比实施例
(1)推进剂配方组成
(2)推进剂性能
不含硼基复合金属粉的配方实测热值较低，燃烧效率都在70％左右，推进剂性能差。
研究发现，硼基复合金属燃料可显著降低硼点火温度，提高硼粉燃烧效率及推进剂燃速，进一步提高含硼推进剂的能量水平，改善含硼富燃料推进剂的综合性能。
以硼基复合金属粉取代富燃料推进剂中的金属燃料，不但能改善燃烧性能，提高能量性能，还能改善工艺性能，可解决先进战术导弹动力装置冲压发动机对高性能富燃料推进剂的需求问题，应用前景广阔。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。