基于分段老化模型的HTPB推进剂贮存寿命

针对常用老化模型不能准确描述端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂贮存老化不同阶段特点的问题,提出了一种分段老化模型。对HTPB推进剂进行了高温加速寿命试验,以最大延伸率作为性能变化表征参数,将HTPB推进剂的老化机理分三个阶段进行了分析,并根据老化不同阶段的相关性分析结果,建立了分段老化模型。利用时温等效原理,得到了高温(60℃)加速老化和常温(25℃)有效贮存的时间转换关系,结合分段老化模型,预估HTPB推进剂在常温(25℃)条件下贮存寿命为11.60年。该模型的相关系数R0.95,标准差R_(std)0.015。     

HTPB推进剂填料/基体界面粘结性能老化特性研究

采用扫描电镜观察和测试探测液在填料AP、粘合剂基体上接触角的方法,并通过计算填料与基体的粘附功和界面张力,研究了15%定应变和无应变贮存条件下HTPB推进剂填料/基体界面的粘结性能.结果表明,定应变和无应变贮存条件下HTPB推进剂填料与粘合剂基体的粘附功Wa随老化时间的延长而减小,界面张力γsl随老化时间的延长而增大,填料/基体界面粘结变差,HTPB推进剂填料/基体界面粘结性能可由填料与粘合剂基体的粘附功、界面张力来表征.定应变作用下推进剂老化后粘附功的值远低于无应变的值,界面张力的值远高于无应变的值,定应变的存在加剧了推进剂填料/基体界面粘结的劣化.     

基于老化修正模型的HTPB推进剂寿命预估

针对Arrhenius方程在端羟基聚丁二烯(Hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)推进剂寿命预估方面的局限性,提出了一种老化修正模型。根据高温加速寿命试验数据,对模型参数进行了回归求解,外推出常温25℃条件下HTPB推进剂的贮存寿命为12.79年,与常温外推试验结果的相对误差为9.29%,且预估结果小于常温外推寿命,从安全性的角度上满足实际使用需求。与指数模型、对数模型和线性模型的相关性分析结果表明,老化修正模型的相关系数R0.97,标准差Rstd0.015,回归结果要优于常用的三种老化模型,该模型适用于HTPB推进剂贮存寿命的预估研究。     

定应变下HTPB推进剂延伸率二元回归模型

为研究自然条件下HTPB推进剂最大延伸率变化和寿命评估的模型,基于定应变下高温加速老化对推进剂延伸率的影响,考虑力-热耦合作用,综合线性和指数模型的特点,建立了二元回归模型。将该模型应用到自然贮存延伸率预测和寿命评估中去,该模型具有很好的相关性。在该模型下某自然贮存HTPB推进剂10年后延伸率满足要求的概率为0.9。该模型可以用来预测HTPB推进剂的使用寿命。     

硬质聚氨酯泡沫塑料室内贮存老化机理研究

采用室内贮存试验、人工加速湿热老化试验和红外光谱法研究了硬质聚氨酯泡沫塑料在室内贮存条件下的老化机理。结果表明:随着老化时间的增加,10%定应变压缩应力和氨基甲酸酯指数不断下降,二者之间具有显著的相关性,室内贮存过程中,酯基水解是导致硬质聚氨酯泡沫塑料压缩性能下降的主要原因。     

Kooij方法预估固体火箭发动机中丁羟包覆层老化寿命

为了准确地预估固体火箭发动机中丁羟包覆层的贮存寿命,开展了50,60,70℃和80℃时的加速老化试验,用对数模型、幂函数模型和指数模型研究了丁羟包覆层的最大延伸率随贮存时间的变化。选取Kooij方程作为丁羟包覆层的老化模型,预估了试样的常温贮存寿命。结果表明,α=0.4时的幂函数模型能描述最大延伸率随时间的变化规律。所得老化反应的表观活化能约为29 kJ·mol~(-1),远小于60 kJ·mol~(-1),表示在50~80℃下进行的老化反应易于发生。以最大延伸率下降50%为失效准则,预估丁羟包覆层的常温贮存寿命为15.62年,能满足包覆层的老化性能要求。     

自然温度环境贮存固体推进剂的老化等效温度研究

采用传统方法评估自然环境贮存固体推进剂的老化,需要详细、长期的环境温度数据,应用受到很大的局限,为了解决这个问题,根据自然温度季节、昼夜变化规律,以及气温的地域分布的特点,基于月均气温数据得到温度季节、昼夜变化模型的各项参数,建立了一个基于月均气温的老化等效温度计算模型,用于评估自然温度贮存固体推进剂的老化效应。应用本模型计算了:端羟基聚丁二烯(HTPB)、硝酸酯增塑聚醚NEPE、复合改性双基(CMDB)三类典型固体推进剂在不同地区的老化等效温度。结果表明,老化等效温度显著大于年均气温,季节温差越大,差异越明显。固体推进剂的老化活化能越大,等效温度越向最大月均气温靠近,与年均气温的差异也越大。     

低场核磁共振技术在火炸药老化性能评估中的应用

低场核磁共振(Low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)技术具有快速、无损、连续、精确等优点,近年来在火炸药基体的交联密度测定、固化过程监测及老化性能评估领域受到了关注。介绍了低场核磁共振的基本原理,归纳了低场核磁共振技术在复合固体推进剂固化监测、复合固体推进剂和浇注PBX炸药交联老化评定、新型云爆剂老化特性评估等方面的应用状况,提出了应进一步深入开展LF-NMR在火炸药老化性能监测方面的研究,解决不同种类~1H弛豫特性的分类监测、弛豫特征参量与力学性能关键参量的相关性方程建立等重点问题,加强低场核磁共振中的弛豫特性关键参量——横向弛豫时间T_2在火炸药老化性能评估中的应用。     

HTPB 推进剂粘结体系的热氧老化及防护研究

针对海军战术导弹固体火箭发动机端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)推进剂老 化问题,对HTPB 推进剂粘结体系的老化及防护进行探讨。对丁羟聚氨酯热氧老化机理及影响因素进行介绍,分别 从物理防护与防老剂的化学防护2 方面概述了HTPB 推进剂粘结体系的防护。从老化实验、仪器分析及分子模拟3 方面对老化及防护的研究方法进行了总结,并对分子模拟技术在HTPB 推进剂老化及防护研究的应用前景进行展望。 该研究对未来HTPB 推进剂的防老化及导弹贮存、使用性能的提高有一定指导意义。     

基于加速老化和实测载荷的立式贮存固体发动机药柱寿命评估

为预估立式贮存固体发动机药柱贮存寿命,综合考虑加速老化和实测载荷的影响,开展推进剂高温加速老化试验,得到推进剂延伸率的变化规律。分别对贮存老化后的发动机在固化降温/静态立式贮存/点火发射和固化降温/动态立式贮存两种载荷历程进行有限元分析,获取药柱危险点von Mises 应变规律,并计算药柱在振动条件下的疲劳损伤。以延伸率和应变随时间的变化规律为依据,预估了发动机寿命。结果表明：推进剂延伸率随时间逐渐减小;药柱在重力载荷的长时间作用下会产生蠕变效应;药柱内部各点在实测振动载荷作用下产生周期性的应力,动态立式贮存半年的损伤值为0.017 12;发动机贮存老化时间与立式贮存次数呈现负指数关系,其可允许的动态立式贮存次数为15次;考虑立式贮存时,总寿命介于8.24~11.75年;忽略立式贮存时,总寿命为17.81年。     

固体推进剂贮存老化研究进展

介绍了双基、NEPE推进剂和丁羟推进剂等固体推进剂国内外贮存老化的研究进展.国外采用光谱学和在推进剂中埋入微型传感器等方法来监测老化,监测技术已达到或接近实用阶段,国内在此方面还有不小的差距.展望了该研究领域未来的发展趋势,定应变或定应力下的老化、界面"脱湿"、寿命监测系统、老化模拟与仿真是该研究领域主要的发展趋势.     

考虑泊松比的HTPB推进剂贮存老化反应速率研究

对某型号HTPB推进剂在35℃、50℃、65℃条件下进行了加速寿命试验,并选用最大延伸率表征推进剂性能变化情况;对HTPB推进剂高温加速寿命试验的老化起点进行了修正,并推导出了考虑泊松比条件下的推进剂老化反应速率模型;根据加速老化试验结果,对模型的参数进行了求解,验证得出考虑泊松比变化条件下的某型号丁羟推进剂药柱预估寿命要长于未考虑泊松比的预估值;对含有不同含量防老剂的HTPB推进剂在80℃条件下的加速寿命试验结果表明:少量防老剂的添加可以有效对推进剂进行延寿.     

基于湿热加速老化试验的HTPB固体推进剂寿命预估

借鉴量子力学理论关于电子产品老化反应速率与环境温、湿度的关系,将Eyring和Arrhenius模型相结合,建立了固体推进剂贮存使用寿命的湿热老化模型,并通过试验数据拟合得到具体的经验公式。利用该模型预估出某HTPB固体推剂在室温20℃、相对湿度为50%的贮存寿命,与实际贮存寿命进行了对照。结果表明,采用将温湿因素引入推进剂老化模型的方法,可以使推进剂寿命预测的结果更接近于发动机中推进剂的实际使用寿命。     

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。     

HTPB/IPDI复合固体推进剂细观界面率相关参数的反演识别研究

为研究HTPB/IPDI(hydroxyl-terminated polybutadiene/isophorone diisocyanate)复合固体推进剂细观界面性能随加载速率的变化规律,基于分子动力学算法生成了HTPB/IPDI复合固体推进剂的细观颗粒填充模型。颗粒与基体间粘接作用通过结合粘弹性标准机械单元及指数型率无关内聚本构所构建出的率相关内聚力模型模拟。通过HTPB/IPDI基体胶片的应力松弛试验得到细观模型中基体材料的松弛参数。基于模型对HTPB/IPDI推进剂在不同加载速率下(0.1,5,20 mm·min~(-1))的宏观力学响应进行仿真计算。利用数值仿真结果与HTPB/IPDI推进剂单轴拉伸试验结果曲线,通过Hooke-Jeeves优化算法对率相关内聚力模型参数进行反演分析,得到了优化后的界面参数数值。利用所建立的模型对50,100 mm·min~(-1)加载速率下的HTPB/IPDI复合固体推进剂材料的宏观力学行为进行预测。结果显示,预测结果与实际试验结果较为一致。     

应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能及耗散特性的影响

为揭示机械载荷作用下HTPB推进剂的力学性能变化规律和破坏机理,利用单向拉伸法研究了应变率和加载方式对HTPB推进剂力学性能的影响,并基于耗散能方法分析了其在机械载荷作用下的耗散特性。结果表明,推进剂力学性能有明显的应变率相关性,抗拉强度、伸长率等与应变率的对数成线性增加关系;不同的应变控制也影响推进剂的力学性能;应变率和应变控制对推进剂试件的耗散能有较大的影响,耗散能与应变率的对数也成线性关系。     

镁基储氢材料对AP/Al/HTPB复合固体推进剂性能的影响

用差示扫描量热仪（DSC）研究了镁基储氢材料（Mg2NiH4，Mg2Cu—H和MgH2）对高氯酸铵（AP）及AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解性能的影响。结果表明，含量5％的镁基储氢材料对AP热分解过程具有明显的催化促进作用。含量1．3％的镁基储氢材料可以降低AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解过程的热分解温度，使分解热明显增加，表现出显著的增强促进作用。燃速测定结果表明，在8MPa下，含量1．3％的Mg2 NiH4，Mg2Cu—H和MgH2可以分别使AP／Al／HTPB复合固体推进剂的燃速提高3．5％、14．4％和13．9％。镁基储氢材料对AP和AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解的作用效果与其含氢量有关，MgH2的含氢量大，作用效果好。镁基储氢材料主要通过催化AP／Al／HTPB复合固体推进剂中AP的热分解，表现出对AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解具有较好的催化效果。