在航空航天领域,固体推进剂是固体发动机的主要研究内容,为了提高固体推进剂的比冲与能量密度,并改善其燃烧震荡情况,往其中加入金属燃料已经成为提高推进剂性能的重要方式。各种金属燃料中,硼和铝具有相对出色的综合性能,具有最为广阔的应用前景。为充分了解B/Al金属燃料的点火燃烧特性,掌握多种内外部因素对其点火燃烧特性的影响规律,运用了多种实验及分析测试方法开展了B/Al金属燃料的点火燃烧特性研究工作,旨在为固体推进剂的工程应用提供理论依据。本文主要研究内容和结论如下:通过激光点火燃烧实验研究了不同压力及气氛条件下微米铝、微米硼、纳米硼、B-Al复合粉及含B-Al炸药等五种样品的点火燃烧特性。从火焰上看,纳米B与含B-Al炸药燃烧最为剧烈,呈现爆燃。从数据上看,随着压力或氧气浓度的增大,样品的点火延迟时间缩短,自维持燃烧时间缩短,最高燃烧温度增加,点火燃烧特性增强。凝相燃烧产物测试分析结果表明,纳米B比微米B燃烧更充分,且团聚程度更深。B-Al复合粉由于含有多种元素,在高温下形成硼酸铝等化合物,含B-Al炸药与B-Al复合粉组分基本一致。综合来看,含B-Al炸药与纳米B具有最为优越的点火燃烧性能。对微米B与纳米B颗粒的表面氧化层进行了微观层面的深入分析。热分析结果表明,氧化膜的存在严重阻碍了微米B在低温段的氧化进程。利用TEM观察纳米B颗粒氧化层,测得25℃、500℃、800℃下的氧化层厚度分别为2.38nm、3.96nm、8.19nm。对微米B颗粒进行超薄切片后用TEM观察,测得25℃下的微米B颗粒氧化层厚度为99.09nm。运用热天平法建模计算B颗粒氧化层厚度,纳米B计算值与实测值较为符合,微米B在500℃、800℃下的氧化层厚度计算值分别为100.94nm、309.01nm,可见B颗粒氧化层厚度与温度及粒径正相关。运用多种分析测试仪器获得了B/Al包覆物的理化特性数据。对B/Al包覆物的激光点火燃烧试验表明,随着压力或氧气浓度的增大,样品的点火延迟时间缩短,自维持燃烧时间增加,燃尽率升高。微米Al粒径越小点火燃烧特性越好。有效的包覆材料能够显著改善试样的点火燃烧特性,综合各项数据来看,在B的各类包覆物中,B-AP的点火燃烧特性最好,B-GAP次之,最后是B-氟橡胶。通过热重-红外联用技术对退役B/Al含能燃料掺混无烟煤的点火燃烧过程进行了深入研究。结果表明,随着B/Al含能燃料含量的上升,热重曲线向低温区移动,无烟煤着火温度和燃尽温度降低,多峰综合燃烧特性指数上升,表观活化能由165.6 k J·mol^-1降至91.2 k J·mol^-1。得到了混合试样燃烧气体的生成规律,B/Al含能燃料加入后,试样的CO₂与CO波峰向低温区移动,同样表明加快了无烟煤的点火燃烧进程。