AMMOは他のアジ化ポリマー(例えばGlycidyl Azide Polymer:GAP)等と同様に分子中の酸素の量は少なく生成熱が正の値を示し、酸化剤がなくてもそれ単体で燃焼する。AMMOの燃焼速度はGAPの燃焼速度の2分の1程度を示す。理論計算上では断熱火炎温度は1000〜1300Kの値を示す。AMMOの熱分解特性を検討した結果、2段階の熱分解過程の内、第1段階反応がアジド基から窒素ガスを放出する発熱反応であった。また、燃焼波構造を測定した結果、燃焼表面近傍の凝縮相における反応熱の燃焼表面へのフィードバックが気相から燃焼表面への熱のフィードバックより大きく、燃焼を律速していることが確認され、これはアジド基の分解による発熱反応によるものと推定された。また、燃焼表面温度および燃焼表面近傍の反応熱は圧力の上昇とともに減少する傾向を示した。測定に使用したAMMOは架橋をしていない液体状のものを使用したため、燃焼表面でAMMOの燃焼と同時にアジド基が結合したままの炭化水素鎖が小さなフラグメントにきれて気相中に放出することによると推定された。

　AP系コンポジット推進薬の燃焼速度に及ぼすバインダー成分の効果を検討した結果、燃焼速度特性はバインダー成分により異なっており、バインダー成分によっては測定圧力範囲においてプラトー燃焼を示すことが得られた。また、それぞれの推進薬の燃焼機構を粒状拡散火炎モデル(Glanular Diffusion Flame Model:GDF)を適用して検討した結果、Fig.1に示すように燃焼表面で融解が確認されたものはGDF理論が適用できなかった。しかしながら、燃焼表面で融解が確認されたAMMOをバインダーとする推進薬についてはGDF理論が適用でき、AP/HTPB推進薬と比較した結果、AP/AMMO推進薬は化学反応時間に関するパラメータが、AP/HTPB推進薬より小さくなっており、化学反応速度が促進されていることが推定された。これはAMMO自身が発熱分解をすることによるものと推定された。

　推進薬の温度感度に及ぼすバインダー成分の効果を温度感度を測定することで確認した。AP/AMMO推進薬は、AP/HTPB推進薬より燃焼速度の温度感度が大きいことが確認された。燃焼速度の温度感度に対する気相および凝縮相反応の温度感度を求めた結果、全ての推進薬において燃焼表面における凝縮相反応が燃焼を律速していることが得られた。しかしながら、気相反応の温度感度が圧力の上昇にともない上昇する傾向を示しており、推進薬の温度感度と同じ傾向を示していることから、気相反応の温度感度も重要な役割を果たしていることがわかった。

Fig.1 GDF crrelation of buming rate of AP composite propellants with:P/r＝a+b/P^2/3

　AP系コンポジット推進薬中におけるAMMOバインダー含有量の影響を検討した結果、バインダー中のAMMOの量が多くなるほど燃焼速度は大きくなる傾向を示した。AP系コンポジット推進薬の爆発熱を測定した結果、バインダー中のAMMOの比率が高くなるほど爆発熱も高くなる傾向を示した。爆発熱と燃焼速度の関係を検討した結果、Fig.2に示すように爆発熱が増加するに従い燃焼速度も大きくなる傾向を示しており、前項の結果と併せて考えると気相から燃焼表面への熱流束が燃焼の律速段階に影響を与えているものと推定された。

Fig.2 The relationship between buming rate and heat of explosion

　AP系コンポジット推進薬への燃焼触媒の効果を種々のバインダーを用いて検討し、AMMOへの効果を考察した。燃焼触媒として使用した酸化鉄(Fe₂O₃)を添加するとバインダーの種類によらず熱分解は促進されることがわかった。特にPPGやAMMOは分解が促進されており、AMMOと酸化鉄の反応性を検討した結果、酸化鉄はAMMOの熱分解を促進していることが確認された。

　各バインダーを使用したAP系コンポジット推進薬の燃焼速度を測定した結果、いずれの推進薬も酸化鉄を添加することにより燃焼速度も増大しており、AMMOは低圧領域で最も触媒効率が高くなった。燃焼速度の温度感度への酸化鉄の影響を検討した結果、酸化鉄を添加することによりバインダーの種類によらず燃焼が試験温度範囲内で安定することが確認された。温度感度はAMMOをバインダーとする推進薬が最も大きくなり、燃焼速度の温度感度へ影響を与えていることが得られた。温度感度への気相および凝縮相反応の影響を検討した結果、律速段階は凝縮相反応であるが、気相から燃焼表面への熱流束も燃焼速度の温度感度へ影響を及ぼしていることが確認された。

　以上の結果は次のようにまとめられる。

　(1)AMMOはアジド基の分解により発熱を示し、窒素ガスを放出する。また、酸化剤がなくても燃焼し、燃焼波構造の解析の結果、燃焼表面近傍におけるアジド基の分解による発熱反応が燃焼を律速している。AP系コンポジット推進薬の中ではAMMOは燃焼表面で融解相を形成するが、GDF理論が適用でき、AP/AMMO推進薬は化学反応速度がAP/HTPB推進薬より促進されていると推定される。また、燃焼表面近傍でAMMOは発熱分解をするために、凝縮相反応だけでなく気相反応も燃焼の律速段階に影響を及ぼしていると考えられる。

　(2)AP系コンポジット推進薬中のAMMOの含有量が増加すると燃焼速度が増大する。また、AMMOは燃焼表面で融解相を形成するため、AMMOの含有量が増加するとプラトー燃焼がみられ、圧力によっては燃焼表面でのAMMOの融解相の厚みが増加するため、燃焼表面へ十分に熱がフィードバックせず、又APの分解ガスの発生が阻害されていることにより燃焼中断が生じると考えられる。

　(3)酸化鉄はAPの分解を促進して燃焼速度を増大させるが、APだけではなくAMMOの分解も促進する。AMMOをバインダーとするAP系コンポジット推進薬は酸化鉄の添加により化学反応時間が大きくなり、酸化鉄がAMMOの分解に対して影響を与えていると考えられる。又、酸化鉄を含有しない推進薬と同様に燃焼表面近傍の気相あるいは凝縮相におけるAMMOの発熱反応が影響を及ぼしていると考えられる。