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复合固体推进剂溶胀实验研究

比较了7种纯溶剂和5种混合溶剂对HTPB复合固体推进剂的溶胀效果,得到并分析了推进剂经各溶剂溶胀后的质量损失情况;利用扫描电子显微镜(SEM)对溶胀后的推进剂表面形貌进行观测,并利用傅里叶漫反射红外光谱(DRIFT)仪对纯AP以及经水/乙醚、水/丙酮溶胀回收的AP进行表征。实验结果显示:纯溶剂溶胀实验中,二氯甲烷、三氯甲烷的溶胀效果最明显,溶胀增长比达44.6%、50%,但质量损失比较小,仅为26.5%、28.8%;混合溶剂溶胀实验中,水/乙醚、水/丙酮的溶胀效果最显著,溶胀增长比分别为100.2%、41.2%,质量损失比分别为65.98%、66.34%;DRIFT检测结果显示,经水/乙醚、水/丙酮溶胀回收得到的AP的特征峰均没有发生变化,证明水/乙醚、水/丙酮体系均可用于废弃HTPB复合固体推进剂中AP组分的回收。     

结构试验器固体推进剂装药低温加速老化试验研究

采用低温加速老化试验的方法,依据GJB770B-2005火药试验方法,测试了6%、9%、12%和15%四种不同应变水平的结构试验器在单轴拉伸条件下的最大拉伸强度σm和最大伸长率εm,考察了四种结构试验器中装药推进剂在低温(-28℃)下贮存性能随老化时间的变化趋势。结果表明:在低温应力应变情况下结构试验器中推进剂老化的主要原因是应力损伤。动态力学分析(DMA)试验(频率1 Hz,振幅20μm,测试温度范围-100~80℃,升温速率为3℃·min-1)证实推进剂确已发生损伤。常温拉伸(拉伸速度100 mm·min-1,测试温度(23±2)℃)情况下,推进剂σm逐渐升高,15%应变的结构试验器经过19周低温老化后,σm(0.96 MPa)与初始值(0.74 MPa)相比增加了近30%,εm基本在初始值附近波动;低温快速拉伸(拉伸速度500 mm·min-1,测试温度(-55±2)℃情况下老化后期推进剂σm升高,εm明显下降,15%应变的结构试验器经过19周低温老化后,σm(4.18 MPa)与初始值(3.77 MPa)相比增加了约11%,εm(26.8%)与初始值(37.6%)相比降低近29%。根据试验现象初步分析推进剂在低温应力情况下的老化机理可能是应力/应变作用下的物理损伤,包括网络内聚损伤和固体颗粒与粘合剂界面"脱湿"。     

HTPB推进剂热力耦合加速老化细观损伤机理分析

为了深入探究端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在热力耦合作用下的细观损伤机理，采用了试验表征和理论分析相结合的方法。具体而言，对在不同环境温度（50，70 ℃和90 ℃）及不同加载次数下的HTPB推进剂进行了细观层面分析。在50 ℃下，分别进行了约3000次和10800次加载；在70 ℃下，分别进行了约1800，3600次和7030次加载；而在90 ℃下，则进行了约1800次加载。研究发现：在热力耦合加速老化作用下，HTPB推进剂的细观损伤比单一因素老化更为显著。其细观损伤机理主要涉及两方面：一是由于基体热降解，基体自身的承载性能及其与颗粒间的粘接强度均有所下降，进而导致颗粒“脱湿”；二是颗粒的“脱湿”现象反过来进一步加剧了基体的热降解。这种相互作用使得细观损伤更加严重。研究还发现，随着老化温度的增加，细观损伤的程度会加剧，但温度过高将改变老化过程的细观损伤机理。此外，研究指出，在其他条件不变的前提下，合理选择终止加载次数对于判断HTPB推进剂是否发生显著细观损伤至关重要。本研究中，当50 ℃和70 ℃下的加载次数比（）分别超过0.281和0.330时，HTPB推进剂会产生显著的细观损伤。     

高能固体推进剂贮存寿命可靠性评估

研究了推进剂贮存老化寿命计算及可靠性评定问题。首先由反应论模型计算得到不同评定参数下的寿命数据;然后采用三参数威布尔分布估计方法对寿命数据进行了概率拟合;最后讨论了利用混合威布尔分布参数估计方法研究寿命数据概率分布拟合方法的问题。     

基于加速寿命试验的导弹寿命预估方法

针对导弹常规寿命试验复杂、寿命评定不准确的情况,通过分析导弹服役环境,确定主要环境应力,设计相应的加速寿命试验,提出了基于加速寿命试验的导弹寿命预估方法的技术途径,从而在较短时间内得到导弹正常应力水平下寿命的解决方案,为以后进行全弹的加速寿命试验、估计导弹寿命提供了一种思路。     

HTPB推进剂交变温度加速老化与自然贮存相关性

为研究与自然贮存环境相关性较好的推进剂加速老化方法,设计了 HTPB复合推进剂交变温度加速老化试验,在-10～60℃温度范围内,以3种温度变化速率(10 ℃/12 h,20 ℃/12 h,30 ℃/12 h),分别老化3S d,56 d,91 d后对推进剂进行力学性能测试,基于最大伸长率进行了HTPB推进剂加速老化与自...     

低温动态加载下三组元HTPB复合固体推进剂的失效判据

基于三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂在不同热加速老化时间(0,32,74,98 d)和不同加载温度(-50,-40,-30,-20,25℃)以及不同应变率(0.40,4.00,14.29,42.86,63 s~(-1))条件下的单轴和准双轴拉伸力学性能实验以及细观损伤观测实验,分析了加载条件对推进剂初始弹性模量,强度和最大伸长率的影响规律,确定了单轴和准双轴拉伸加载下推进剂的失效判据。结果表明:动态单轴加载下推进剂易因拉伸应力作用而失效,且热老化后推进剂抵抗破坏的能力降低,拉伸时的最大伸长率可选为失效判据。其次,拉压强度比更能反映推进剂的动态单轴拉压差异性,室温和低温条件下,其数值分别接近于0.4和0.2～0.3。动态准双轴拉伸加载下,推进剂的最大伸长率较单轴加载时明显降低,降低的幅度随热老化时间增长而增大,且温度越低,降低越明显。未老化推进剂在准双轴拉伸加载下的最大伸长率约为单轴拉伸条件下数值的60%～85%,而老化后约为40%～60%。低温高应变率条件下,最大伸长率不受应力状态和应变率变化的影响。动态双轴拉伸条件下的最大伸长率可选为相应加载下推进剂的失效判据以及点火建压条件下战术导弹固体火箭发动机(SRM)药柱结构完整性分析的判据,其数值可结合主曲线和老化模型确定。     

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。     

NEPE推进剂无损型贮存寿命预估

为了实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂药柱贮存寿命进行预估时的测量无损性,通过对施加10%定压缩应变的NEPE推进剂进行高温热加速老化实验、气体含量监测实验、单向拉伸力学性能实验,基于相关性分析和寿命预估模型,提出了一种以特征气体含量变化为基础数据的无损型寿命预估模型。结果表明,NEPE推进剂贮存老化过程中,CO气体释放量最大,不同温度条件下的释放量均达到1300 mg以上,且其和NO气体均呈现老化初期释放量增长缓慢,后期迅速增加的规律,HCl气体释放量在老化初期和后期增长较快,老化中期增长较慢;老化初期最大抗拉强度σm和最大延伸率εm小幅增大,老化中期前者小幅震荡,后者逐渐增大,老化后期两者均急剧减小;不同温度条件下CO气体释放量与最大抗拉强度关联度值最大,为0.93～0.95,且两者存在单一相关性;基于传统老化寿命预估模型和改进的老化寿命预估模型,建立了四种NEPE推进剂寿命预估方法,通过相关性系数比较和预估结果分析,得出以CO气体释放量作为预估参数的改进型寿命预估模型的相关性系数最大,寿命预估结果最为有效。     

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。     

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.     

固体推进剂药柱使用寿命的研究

对不同贮存期的固体火箭发动机药柱进行了力学性能试验,得到了推进剂有关力学性能贮存时间的变化规律,分析了固体药柱在生产、运输、贮存和点火燃烧过程的受载状态;对不同贮存期的固体药柱进行了应力、应变状态的分析和计算,结合靶场对贮存十年期以上导弹飞行情况,进行了固体火箭发动机推进剂药柱使用寿命的预示.     

高固体含量丁羟推进剂性能研究

为进一步提高HTPB推进剂的能量水平,从理论和实验两个方面研究了固体组分含量对HTPB推进剂的能量性能、燃烧性能和力学性能的影响。结果表明,随固体含量的增加,推进剂理论比冲增加,当固体含量为90%(高氯酸铵37%、黑索今36.6%、铝粉17.4%)时,其理论比冲可达270.62s;高氯酸铵43%、黑索今30%、铝粉17%时,燃速压力指数约为0.34,-40℃时的最大延伸率为48%。当固体含量为88%(高氯酸铵48%、黑索今23%、铝粉17%)时,调节HTPB推进剂配方填料粒度及级配,燃速可从7.0MPa下的7.0mm·s-1提高至10.9mm·s-1,燃速压力指数相当(约为0.4),20℃时的最大延伸率可达74%。     

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.     

复合固体推进剂交变温度载荷下的老化动力学

为考察复合固体推进剂在交变温度载荷条件下的老化动力学,揭示其老化机理,讨论了传统高温加速老化方法在处理复合固体推进剂交变温度加速老化试验数据时存在的局限性,建立了交变温度加速老化动力学模型,给出了等效温度和等效循环时间的计算方法和交变温度环境下活化能的计算公式,提出了复合固体推进剂交变温度载荷下的老化机理,使预估结果更符合实际贮存环境,相关性更好。