本文關鍵詞：肼凝膠推進劑物性的模擬計算研究

  更多相關文章： 肼凝膠劑 助燃劑 分子動力學模擬 物性計算

【摘要】：液態(tài)肼推進劑具有低粘度、高燃燒能等優(yōu)點,添加凝膠劑后可以降低肼推進劑的冰點,改善其儲存和運輸性能。液態(tài)肼形成凝膠體系后,有助于固體助燃劑晶體懸浮于其中,提高推進劑整體的能量值和容量比沖。本文選用綜合性能優(yōu)越的羥乙基纖維(HEC)和具有良好的環(huán)境刺激響應性的羧甲基纖維硝酸酯(CMCN)作為凝膠劑,三氫化鋁作為助燃劑,研究肼-凝膠劑二元體系物性的變化以及肼-凝膠劑-助燃劑三元體系物性的變化。本課題主要利用Material Studio 6.0模擬軟件,采用分子動力學(MD)和介觀動力學(MM)計算方法,計算二元體系和三元體系的物性變化,并從微觀分子間作用力角度探索宏觀體系物性變化的本質。首先搭建了純肼體系以及質量分數(shù)分別為10%、20%、30%的肼-凝膠劑二元混合體系,計算了二元體系的密度、玻璃化溫度(Tg)和結構力學性能,并與純肼的物性做對比。通過分析凝膠劑與肼分子間的徑向分布函數(shù)、自由體積分數(shù),探索凝膠劑質量分數(shù)對肼物性的影響。結果表明純肼體系中存在強的氫鍵作用,添加了凝膠劑后,凝膠劑分子含有羥基,與肼分子之間也會產(chǎn)生氫鍵作用,有助于二元體系網(wǎng)絡結構的穩(wěn)定。隨著凝膠劑含量的增加,肼與凝膠劑之間的相互作用增強,體系中分子鏈排布更加緊密,整個體系的自由體積分數(shù)隨之減小,導致體系密度增大;凝膠劑與肼互溶形成凝膠態(tài)使其結構強度增大,體系抵抗外界干擾能力增強,體系顯出塑性;肼凝膠二元體系分子間的相互作用力減弱了體系分子鏈的運動,導致Tg值的增大,且作用力隨著凝膠劑含量的增加而增強,所以二元體系的Tg也隨著凝膠劑含量的增加而增大。其次,本課題繼續(xù)研究了添加助燃劑后肼凝膠三元體系物性的變化。保持凝膠劑含量不變,在肼凝膠二元體系中添加助燃劑AlH3,計算三元體系的結構彈性系數(shù)和AlH3的密度場分布。三元體系的彈性系數(shù)值相差很大,表明體系顯示各向異性。從介觀模擬的結果可以看出AlH3晶體主要分布在凝膠劑周圍。三元體系組份間的徑向分布函數(shù)圖中AlH3與凝膠劑之間的g(r)值要比肼與凝膠分子間g(r)值的大,破壞了肼與凝膠形成的網(wǎng)絡結構,這也是體系顯示各向異性的原因。從助燃劑和肼凝膠體系之間的結合能的具體數(shù)據(jù)得到AlH3與肼凝膠體系的單位質量結合能數(shù)值很大,AlH3與凝膠劑之間強的結合能導致助燃劑晶體主要分布在凝膠劑周圍。而且當凝膠劑質量分數(shù)為20%時,兩個體系之間的單位質量結合能最大,AlH3晶體在凝膠劑周圍的分布最集中。通過對二元和三元凝膠體系物性的計算和分析,兩種凝膠劑下得到的結果大體一致,說明HEC和CMCN都是合適的凝膠劑選擇。本文研究結果表明分子動力學模擬方法可以為肼凝膠配方的研究提供預測和指導。
【關鍵詞】：肼凝膠劑 助燃劑 分子動力學模擬 物性計算
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V511;O648.17
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 肼推進劑的改進與助燃劑的應用11-13
• 1.2 凝膠劑的發(fā)展與應用13-14
• 1.3 分子模擬技術的發(fā)展與應用14-17
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容及研究意義17-19
• 第2章 分子模擬理論基礎和模擬細節(jié)19-34
• 2.1 分子模擬方法19-22
• 2.1.1 分子動力學(MD)方法19-22
• 2.1.2 介觀動力學(MM)方法22
• 2.2 分子模擬相關參數(shù)22-24
• 2.3 模擬計算性能理論24-28
• 2.3.1 玻璃化溫度(Tg)24-25
• 2.3.2 彈性力學25-26
• 2.3.3 均方位移函數(shù)(MSD)26
• 2.3.4 自由體積分數(shù)(FFV)26-27
• 2.3.5 密度(D)27
• 2.3.6 結合能27
• 2.3.7 徑向分布函數(shù)(g(r))27-28
• 2.4 模型構建和模擬細節(jié)28-34
• 2.4.1 模擬軟件及其模塊介紹28
• 2.4.2 模擬體系的構建28-32
• 2.4.3 模擬操作細節(jié)32-34
• 第3章 肼凝膠二元體系物性計算結果及分析34-53
• 3.1 純肼的物性計算34-36
• 3.2 凝膠劑對肼體系結構和加工性能的影響36-43
• 3.2.1 密度36
• 3.2.2 彈性力學36-39
• 3.2.3 玻璃化溫度39-43
• 3.3 凝膠劑與肼分子間的相互作用力分析43-51
• 3.3.1 徑向分布函數(shù)43-49
• 3.3.2 自由體積49-51
• 3.4 本章小結51-53
• 第4章 三元體系的物性計算結果及分析53-66
• 4.1 三元體系結構的相關計算53-56
• 4.1.1 密度53-54
• 4.1.2 彈性力學54-56
• 4.2 助燃劑與凝膠體系分子間的相互作用56-64
• 4.2.1 結合能56-58
• 4.2.2 徑向分布函數(shù)58-59
• 4.2.3 自由體積59-64
• 4.3 本章小結64-66
• 結論與展望66-68
• 參考文獻68-75
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單75-76
• 致謝76

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本文編號：1017627