烤燃环境下引信及其包装材料的热防护涂层性能

为提高引信及其包装箱的隔热或防火性能,避免在遇热或火焰时导致安全隐患,研究开发兼备防火及隔热性能的复合防护涂料。结合慢速与快速烤燃模拟试验,分析涂层结构设计对引信外壳及包装材料热防护行为和火安全行为的影响。结果表明：在慢速烤燃测试中,对钢板单独使用防火涂料时,不能起到隔热作用;在防火涂料上涂覆隔热涂料形成复合涂层后,防护效果有显著提升;在慢速和快速烤燃测试中,钢板背面温度分别降低了32 ℃和157 ℃. 进一步将复合涂层应用于引信壳体和引信包装箱板材,背面温度在慢速烤燃测试中分别降低33 ℃和21 ℃,在快速烤燃测试中分别降低105 ℃和117 ℃,起到了有效隔热或防火作用。     

基于外隔热法的固发烤燃安全性综述

针对海军固体战术战役导弹高能推进剂在突发性火灾等情况带来的安全性问题,对隔热涂料包括合成树 脂以及气凝胶涂料进行探讨。分别对环氧树脂材料、聚氨酯材料和气凝胶材料进行介绍,总结慢速和快速烤燃实验 的研究进展,对烤燃实验的数值模拟仿真进行分析,并对未来可用于固体发动机防火隔热的涂料进行展望。该研究 对未来该领域的科研生产具有一定的指导意义。     

某型高能固体火箭发动机烤燃性能研究

为研究某型高能固体发动机的热安全性,建立了发动机在火烧环境下的有限元计算模型,数值模拟了发动机及装药在不同烤燃工况下的温度分布和爆炸延迟期。研究表明,大型发动机烤燃特性与小型发动机呈现相同规律,热扩散速率在快速烤燃工况下较大,温度梯度在慢速烤燃工况下较大,烤燃速率对推进剂起始反应位置有一定影响。发动机尺寸和快烤环境温度对其热安全性影响较大,发动机尺寸减小和温度升高均导致推进剂点火延迟时间明显降低。     

HTPE推进剂烤燃试验尺寸效应及数值模拟

以端羟基聚醚(HTPE)推进剂为研究对象,对不同尺寸的试验件开展了慢速烤燃和快速烤燃试验。利用Fluent软件对上述慢烤和快烤试验进行了模拟,分析了试验件响应时内部温度的分布情况。结果表明,各试验件慢烤试验响应温度无显著差异,但响应剧烈程度明显不同。小、中、大型试验件的响应温度分别为134.9,136.4,140.1℃,响应等级分别为燃烧、爆炸和爆轰。快烤试验均呈现出较为温和的响应结果,小、中、大型试验件的响应等级分别为燃烧、燃烧和爆燃。数值模拟表明,三种尺寸试验件慢烤试验的着火点位置略有差异,小型试验件着火点位于药柱中心点处,中型和大型试验件着火点分别位于其内孔壁喇叭孔上方和翼形孔上方。小型和中型试验件快烤试验的着火点位于其药柱和端盖夹角的环形区域,而大型试验件快烤试验在其壳体中段多处同时发生点火。固体发动机烤燃特性的试验研究中,对小型模拟试验件的合理化设计必须充分考虑药柱结构及尺寸大小对传热机制的影响。     

不同结构尺寸丁羟发动机慢速烤燃特性

慢速烤燃试验是固体火箭发动机低易损性评估试验考核的重点之一.为研究丁羟复合固体推进剂发动机尺寸对慢速烤燃特性的影响规律,采用慢速烤燃试验结合数值模拟,对比分析了Ф100 mm×200 mm、Ф160 mm×400 mm中小型试验件和Ф522 mm×887 mm大尺寸固体火箭发动机慢速烤燃点火增长规律,确定了点火温度、点...     

固体火箭发动机易损性试验研究

为了研究某固体火箭发动机的易损性,提出了适用于发动机的3项易损性试验方案和响应类型判定方法。根据试验方案搭建了试验系统,开展了固体火箭发动机快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击3项易损性试验。通过对试验现象的分析,依据响应类型判定方法得出发动机对于各项试验的响应类型,得到发动机易损性结论。结果表明:易损性试验方案合理可行,对固体火箭发动机以及不敏感弹药的易损性评估具有一定的参考和借鉴意义。     

壳体参数对炸药快速烤燃响应的影响

对不同壳体直径与不同壳体约束的TNT与PBXN-109两种炸药进行了快速烤燃试验。试验结果显示:在固定壳体约束条件下,壳体直径对炸药烤燃响应无影响,炸药烤燃特性仅由炸药自身特性决定;不同壳体约束对炸药的烤燃响应有影响,随着壳体约束增强,炸药的快速烤燃等级增强;炸药的快速烤燃响应特性由炸药自身特性和壳体约束决定。     

星型装药固体火箭发动机烤燃特性

为研究星型装药的固体火箭发动机的热安全性问题,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯（AP/HTPB）推进剂的火箭发动机开展烤燃数值研究。采用两步总包反应描述AP/HTPB的烤燃过程,建立三维烤燃模型对快速、中速和慢速加热速率下火箭发动机的烤燃行为进行数值预测。结果表明：升温速率对着火温度和着火延迟期有一定影响,对着火区域的中心位置、形状和大小有较大影响：在升温速率0.55~1.45 K/s快速烤燃工况下,着火位置紧邻推进剂右侧端面;在升温速率0.005~0.011 K/s中速烤燃工况下,着火区域均呈不连续点状圆环分布,着火点位于翼槽中线上;在升温速率2.4~3.3 K/h慢速烤燃工况下,着火点以翼槽中线呈对称两点分布;随着升温速率升高,着火位置向推进剂右侧端面移动;着火温度T_i与升温速率k呈二次函数关系,即T_i= 516.659 36- 1.267 8k+7.479 4k².     

AP/HTPB推进剂内孔形状对烤燃特性的影响

为了获得固体火箭发动机的推进剂内孔形状对烤燃特性的影响,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的圆形孔、星孔装药的固体火箭发动机,在基于Arrhenius定律的基础上,分别建立了对应的固体火箭发动机二维、三维非稳态烤燃模型。对上述两种装药结构的固体火箭发动机烤燃过程进行了数值模拟,分析了以上两种内孔形状对推进剂烤燃特性的影响。结果表明:固体推进剂的内孔形状在不同热载荷条件下的烤燃响应特性不同。快速烤燃条件下,内孔形状对固体火箭发动机的烤燃响应特征参数影响较小; 在慢速烤燃条件下,推进剂内孔形状对推进剂着火延迟时间影响有限,对着火温度和着火位置则有显著影响。采用圆形孔装药时发生烤燃响应的着火温度较高,而采用星形孔装药时则较低; 圆形孔装药时着火位置在推进剂头部内孔壁面附近,且随升温速率增大着火位置逐渐向端面移动,而星形孔装药时着火位置则位于推进剂中部的内孔壁面附近,且随升温速率的增大着火位置会出现跳跃性变化。     

端羟基聚醚推进剂慢速烤燃尺寸效应

为分析结构尺寸对端羟基聚醚推进剂发动机慢速烤燃响应特性的影响,开展了仿真计算研究。模拟不同直径和长径比发动机在慢速烤燃条件下的响应过程,分析慢速烤燃过程中推进剂的温度分布,以及反应温度、反应时间和反应位置随发动机直径和长径比的变化规律。建立一种基于图像处理的高温推进剂质量分布计算方法,计算慢速烤燃条件下发动机反应前推进剂的温度分布,并将其作为评价发动机慢速烤燃反应剧烈程度的参量。研究发现：直径大小对慢速烤燃响应时间和响应温度影响较大,长度影响较小;二者对反应位置影响都较大,随着尺寸和长径比的增大,反应位置向装药边缘移动,当尺寸较大时反应位置与壳体边缘的距离保持稳定;高温推进剂的质量占比随着长径比改变而发生变化,在装药量分别为5.5 kg、18.0 kg及44.0 kg烤燃件中,当装药直径在150~160 mm时,3种烤燃件发生反应前的高温推进剂占比最小。     

炸药多点测温烤燃实验和数值模拟

为了研究炸药热反应规律,采用多点测温的烤燃实验装置,对PBXC10炸药进行了不同加热速率下的烤燃实验,测量了从炸药边沿到炸药中心不同位置的温度变化.建立了炸药烤燃实验计算模型,对炸药热反应过程进行了数值模拟计算.根据实验测量的炸药温度与时间曲线,标定了PBXC10炸药指前因子和活化能,分析了不同加热速率下炸药热反应特征...     

慢速烤燃环境下引信热响应特性测试与仿真

为揭示不敏感弹药用引信在烤燃试验下的热响应特性,掌握其内部热传递途径及规律,提出烤燃环境下隔爆式引信热响应分析方法。针对引信在受热刺激下的钝感化要求,以典型舰载76 mm口径弹头无线电引信为例进行烤燃试验测试与热有限元仿真,开展升温速率为1.17 ℃/min、终极温度为270 ℃慢速烤燃环境下的引信热响应特性研究。结果表明：基于热阻抗等效原则的“模块替换法”,即以具有相近导热系数的热电偶测温系统替代电池组件,实现了增加嵌入式测温系统不会过多影响引信原有的热量传递通道;设计了可嵌入引信内部的慢速烤燃测温微系统及Teflon材质防热保护壳体,通过试验证实了测温微系统在慢速烤燃环境下具有可靠性高、可同步测试等优势;对比引信内部各组件的温度差异证实了烤燃刺激下引信的热传递途径为压螺-安全和解除保险机构-导爆药-传爆药,明确了增加压螺以及安全和解除保险机构的热阻抗可降低导爆药和传爆药的意外发火概率。     

铅、铜盐催化剂对DNTF炸药热分解及烤燃响应特性的影响

为提高3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)炸药热安全性,采用高压差示扫描量热仪(PDSC)、小型烤燃实验考察了水杨酸铅(PbSa)、水杨酸铜(CuSa)、2,4-二羟基苯甲酸铜(β-Cu)、邻苯二甲酸铜(Cu(PA)2)、氧化铜(CuO)等催化剂对DNTF烤燃响应特性以及1 MPa下热分解性能的影响。结果表明,CuSa、β-Cu、Cu(PA)2等有机铜盐催化剂可提高DNTF热分解速率,使其在1 MPa下分解峰温降低13.6℃以上,PbSa使DNTF分解峰温升高了3.1℃,同时二次分解剧烈程度更明显,CuO对DNTF热分解无影响;CuSa可使无约束条件的DNTF在1℃·min^-1下的烤燃响应温度由236.6℃降低为182.3℃,响应剧烈程度由爆炸改善为燃烧;少量CuSa可使强约束条件下的DNTF基混合炸药装药在1℃·min^-1下的烤燃响应温度降低2.4℃,响应剧烈程度由爆炸降低为燃烧,说明选择合适的有机铜盐催化剂可有效改善DNTF基炸药装药烤燃响应特性。     

固体推进剂的慢速烤燃行为与热分解特性的关系研究

利用同步差示扫描-热重联用仪（DSC-TG），扫描电镜（SEM）和慢速烤燃试验，对比分析了NEPE推进剂和HTPB推进剂的热分解特性与慢速烤燃行为的关系。结果表明：高氯酸铵（AP）温热分解过程形成的多孔性形貌是导致HTPB推进剂慢速烤燃响应剧烈的主要因素；由于硝酸酯在较低温度下放出热量，使得NEPE推进剂在AP、HMX分解反应前点火，其慢速烤燃响应较为温和。     

高效隔热材料在战斗部中的热防护性能研究

为提高超声速武器的热防护性能,设计一种高效隔热材料。通过快速烤燃对比试验分析高效隔热材料对 战斗部热防护性能的影响。加入高效隔热材料后,试验件内部的升温速率可大幅度降低;炸药受热后的开始反应时 间从58 s 延长到16 min 2 s,降低了炸药的反应类型。结果表明：该研究应用于超声速武器战斗部中,可显著提高战 斗部的防热安全性。     

HTPB/AP推进剂的慢速烤燃特征

介绍了弹药慢速烤燃试验方法和评判标准,初步分析了影响弹药慢速烤燃响应的因素。对国外在HTPB/AP推进剂慢速烤燃特性方面的研究进行了述评,研究表明,高氯酸铵热分解形成的多孔性形貌是导致AP基推进剂慢速烤燃响应剧烈的重要因素。在此基础上提出了改善HTPB/AP推进剂慢速烤燃响应的技术途径。