氧化铁/聚四氟乙烯对铝水推进剂燃烧性能影响

doi:10.7527/S1000-6893.2025.33343

金属燃料推进剂技术专栏

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氧化铁/聚四氟乙烯对铝水推进剂燃烧性能影响

舒瑶¹, 张毅铭², 吴秋², 刘佩进¹, 敖文¹()

^1.西北工业大学固体推进全国重点实验室，西安 710072
^2.西安航天动力技术研究所，西安 710025

收稿日期:2026-01-07 修回日期:2026-02-02 接受日期:2026-03-30 出版日期:2026-04-27 发布日期:2026-04-27
通讯作者: 敖文 E-mail:aw@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U2441284);国家自然科学基金(22375164)

Effect of iron oxide/polytetrafluoroethylene on combustion performance of aluminum-water propellant

Yao SHU¹, Yiming ZHANG², Qiu WU², Peijin LIU¹, Wen AO¹()

^1.State Key Laboratory of Solid Propulsion，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 　710072，China
^2.Institute of Xi’an Aerospace Propulsion Technology，Xi’an 　710025，China

Received:2026-01-07 Revised:2026-02-02 Accepted:2026-03-30 Online:2026-04-27 Published:2026-04-27
Contact: Wen AO E-mail:aw@nwpu.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U2441284)

摘要/Abstract

摘要：

相比常规固体推进剂，铝水推进剂具有成本低、产物环境友好等优点，被视为新一代绿色推进剂。铝水推进剂在实际应用中存在燃烧效率低、产物残留多等问题。通过引入金属氧化物氧化铁、氟聚物聚四氟乙烯（PTFE）对原料铝粉进行改性，系统研究了添加剂对铝水推进剂热分解行为、燃烧特性、铝颗粒团聚的影响规律。研究结果表明，氧化铁、PTFE均能显著提升推进剂的升温速率、燃烧强度、质量燃速、燃烧效率，并有效抑制铝颗粒团聚。其中，Fe₂O₃对燃速的促进效果最佳可提升82%，燃烧产物平均粒径最大减小53.2%，燃烧效率提高9.6%。PTFE使燃速最大提高63%，燃烧产物平均粒径最大减小46%。研究为先进铝水推进剂的配方优化提供了新思路、实验依据。

关键词: 铝水推进剂, 燃烧性能, 铝团聚, 燃烧产物, 热氧化特性

Abstract:

Compared with conventional solid propellants， aluminum-water propellant offers advantages such as low cost and environmentally friendly combustion products， positioning it as a new-generation green propellant. However， in practical applications， aluminum-water propellant suffers from a series of issues including low combustion efficiency and excessive product residues. The raw aluminum powder was modified by introducing iron （Ⅲ） oxide （Fe₂O₃） and the fluoropolymer Polytetrafluoroethylene （PTFE） as additives. The effects of these additives on the thermal decomposition behavior， combustion characteristics， and aluminum particle agglomeration of aluminum-water propellant were systematically investigated. The results demonstrate that both Fe₂O₃ and PTFE significantly enhance the heating rate， combustion intensity， burning rate， and combustion efficiency of the propellant， while effectively inhibiting aluminum particle agglomeration. Specifically， Fe₂O₃ exhibits the most pronounced promoting effect on burning rate， achieving an increase of up to 82%， along with a maximum reduction of 53.2% in the average diameter of combustion products and a 9.6% improvement in combustion efficiency. PTFE increases the burning rate by up to 63% and reduces the average combustion product diameter by a maximum of 46%. This study provides new insights and experimental evidence for the formulation optimization of advanced aluminum-water propellants.

Key words: aluminum water propellant, combustion performance, aluminum agglomeration, combustion products, thermal oxidation characteristic

中图分类号:

V435

舒瑶, 张毅铭, 吴秋, 刘佩进, 敖文. 氧化铁/聚四氟乙烯对铝水推进剂燃烧性能影响[J]. 航空学报, 2026, 47(17): 633343.

Yao SHU, Yiming ZHANG, Qiu WU, Peijin LIU, Wen AO. Effect of iron oxide/polytetrafluoroethylene on combustion performance of aluminum-water propellant[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(17): 633343.

图/表 23

图 1

图 2

表1

图 3

图 4

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表2

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图 11

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

样品名称	铝粉质量分数/%	添加物	添加物质量分数/%	混合铝粉中添加物质量分数/%	水质量分数/%	AP质量分数/%
对照组	45.000 0	无	0	0	50	5
TFE 1.25	44.437 5	Fe₂O₃	0.562 5	1.25	50	5
TFE 2.5	43.875 0	Fe₂O₃	1.125 0	2.50	50	5
TFE 3.75	43.312 5	Fe₂O₃	1.687 5	3.75	50	5
TFE 5	42.750 0	Fe₂O₃	3.750 0	5.00	50	5
TPT 1.25	44.437 5	PTFE	0.562 5	1.25	50	5
TPT 2.5	43.875 0	PTFE	1.125 0	2.50	50	5
TPT 3.75	43.312 5	PTFE	1.687 5	3.75	50	5
TPT 5	42.750 0	PTFE	3.750 0	5.00	50	5

样品	第1阶段		第2阶段
样品	起始温度/℃	增重率/%	起始温度/℃	总增重率/%
对照组	500.00	32.56	712.92	80.44
TFE 1.25	432.08	28.53	698.40	72.28
TFE 2.5	430.51	26.77	697.57	68.08
TFE 3.75	418.69	26.44	696.97	67.67
TFE 5	429.16	27.79	697.69	70.87
TPT 0	500.00	32.56	712.92	80.44
TPT 1.25	500.00	38.46	706.87	72.34
TPT 2.5	419.59	40.70	713.89	68.68
TPT 3.75	489.62	43.45	774.28	67.33
TPT 5	479.58	40.58	753.40	63.98

氧化铁/聚四氟乙烯对铝水推进剂燃烧性能影响

Effect of iron oxide/polytetrafluoroethylene on combustion performance of aluminum-water propellant

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