装填密度对高能推进剂燃烧转爆轰特性的影响

建立燃烧转爆轰（ＤＤＴ）实验系统，对高能推进剂多孔床ＤＤＴ过程的宏观参数进行了测量，得到了其速度增长规律，诱导爆轰距离，爆轰速度和爆轰压力，实验表明，在一定范围内，装填密度与诱导爆轰距离呈“Ｕ”型曲线关系，装填密度与爆速呈线性增长关系，从理论上对实验结果作了定性分析。     

高能固体推进剂燃烧转爆轰数值模拟

建立了一维反应两相流模型，对高能固体推进剂多孔床燃烧转爆轰（ＤＤＴ）过程进行了数值模拟。当装填密度为８３．５％ＴＭＤ时，计算表明，药床着火后燃烧阵面前形成一致密波，使阵面前药床受到压缩，并逐渐形成完全压实区。压实区前沿压力达１．８ＧＰａ时，将引起药床第二次点火，且很快过渡到稳态爆轰。     

AP/HMX丁羟复合推进剂燃烧转爆轰研究

详细地研究了ＡＰ／ＨＭＸ丁羟复合推进剂的燃烧转爆轰过程。分析了推进剂颗粒尺寸和形状，装药的氧平衡和渗透性对ＤＤＴ的影响；讨论了由冲击波诱起爆轰和由燃烧导致爆轰的特点，并且分析了火箭发动机中实际使用的ＡＰ／ＨＭＸ丁羟复合推进剂装药能否产生ＤＤＴ的可能性。     

含 AP 的叠氮类复合推进剂的平台燃烧特性

本文研究了高压下氧化铁催化剂对推进剂催化作用的位置和机理，催化剂如何提高推进剂燃烧速度和产生平台燃烧特性，利用等温热重分析法（ＴＧＡ）、差示扫描量热法（ＤＳＣ）和快速扫描ＦＴＩＲ分光光度法等技术研究了推进剂凝聚相区化学过程。在相对较低压力区内未催化的含高氯酸铵（ＡＰ）叠氮类复合推进剂表现出不稳定燃烧，在此压力范围内燃烧表面的热平衡也不稳定，因此氧化铁改变了推进剂的燃烧特性并提高了燃烧速度，伴随着平台－麦撒燃烧特性。燃烧速度对压力的不敏感性表明，在催化作用机理上分析，推进剂凝聚相化学在ＡＰ粒子的外表面，阻止了更多的ＡＰ的分解，但并没有影响推进剂的平台燃烧。Ｆｅ２Ｏ３对推进剂燃速提高的影响比Ｆｅ３Ｏ４的大。研究中所用的推进剂使用Ｆｅ３Ｏ４时，它的催化作用对降低压力指数更为有利。     

JB9014炸药冲击起爆阈值的测定

利用一级轻气炮对ＪＢ９０１４炸药进行了冲击实验，实验中使用Ｆ４／２０３Ａ锰铜压力计测量样品碰撞界面的压力剖面，得到了ＪＢ９０１４炸药从受冲击到爆燃，从爆燃到爆轰转变（ＳＤＤＴ）的特性曲线，根据曲线上的特征拐点，确定了这种炸药的爆燃阈值（Ｐｂ）和爆轰阈值（ｐｄ）。     

高能推进剂燃烧转爆轰的实验和数值研究

为研究高能固体推进剂的安全性能,进行了燃烧转爆轰的实验。同时,用两相流模型进行数值模拟。结果明显,数值模拟和实验测得的火焰阵面传播曲线有较好的一致性。这种实验和数值的配合研究加深了对其燃烧转爆轰机理的认识。     

等离子体射流点火对燃烧转爆轰影响的二维数值计算

采用二维粘性CE/SE方法对等离子射流点火的多相爆轰进行了数值计算,分别以N-S方程和Euler方程为控制方程,对比了等离子体射流条件下粘性对爆轰流场的影响。分析了不同射流温度、时间及初始液滴半径对燃烧转爆轰过程的影响。计算结果表明：粘性作用对爆轰波的传播过程影响甚小,对爆轰参数数值大小有一定影响。提高初始射流点火的温度和时间,可以显著地缩短形成稳定爆轰的燃烧转爆轰距离（DDT）;当等离子体射流已经充分点燃可爆混合物,继续增加射流时间对缩短DDT影响较小。当液滴半径小于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而增加;当液滴半径大于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而减小。计算结果对脉冲爆轰发动机（PDE）的设计与实验具有一定的指导作用。     

几种典型固体推进剂的危险性能实验研究

为进行固体推进剂的危险性能(感度特性)研究,对NEPE推进剂、粒铸CMDB推进剂、螺压CMDB推进剂三种典型的固体推进剂分别进行了雷管感度实验、冲击波感度实验(隔板实验)和燃烧转爆轰实验。结果显示:NEPE推进剂对雷管引爆较敏感;三种推进剂对冲击波刺激较敏感;颗粒状的粒铸CMDB、螺压CMDB推进剂和内部有孔洞的NEPE推进剂在燃烧转爆轰实验中发生爆轰。实验表明,推进剂的危险性能(感度)与推进剂的组成(有无敏感物质)、装药形态(颗粒或药柱)及外界约束条件(强或弱)有密切关系。实验证实,固体推进剂在一定条件下也能发生燃烧转爆轰。     

硝胺推进剂燃烧性能的实验研究

主要探讨了ＲＤＸ丁羟推进剂燃烧性能的规律。研究结果表明：有胺配方（硝胺炸药含量不小于４０％）中使用过多的细粒度高氯酸铵（ＡＰ）。导致压强指数（ｎ）增国；低硝胺配方中（硝胺炸药含量小于３０％），增加４０－６０目的粗ＡＰ，对燃速（ｒ）、压强指数无改善作用，使用细的ＲＤＸ对降低ｎ值有利。还研究了硝胺炸药（ＮＡ）含量以及不同的粘合剂对ｎ值的影响，并给出了平台推进剂配方的ｒ、ｎ结果。     

高密实含能颗粒床燃烧转爆轰的实验与理论研究

给出了高密实含能颗粒床燃烧转爆轰现象的实验研究结果。根据实验观察到的现象，建立了描述燃烧转爆轰的两相流数学物理模型，并对模型中的某些本构关系作了改进。用MacCormack差分格式和自适应网格技术，对伴有强冲击波形成的物理过程进行了数值求解。数值预测的火焰传播、诱导爆轰长度和稳态爆轰速度与实验结果基本吻合，其结果与作者已发表的燃烧转爆轰的机理分析相一致[1]。     

含能材料燃烧转爆轰研究进展

介绍了国内外在含能材料燃烧转爆轰(DDT)的研究方法、影响因素、机理成因等方面的主要研究成果,目前,DDT的研究方法主要有实验和数值模拟;DDT的影响因素主要有装填密度、约束条件、点火方法和强度、材料自身的物理化学特性等,DDT机理研究主要有"冲击波成长说"和"局部热爆炸说"。今后,应结合新型高能火炸药的安全性研究,开展其DDT规律研究,在DDT数值模拟方面,应建立全面考虑含能材料反应引起的边界问题、含能材料理化特性、几何效应等的三维数学模型。     

环境氧含量和压力对铝镁贫氧推进剂燃烧性能的影响

为研究不同海拔处大气氧含量(氧体积分数)变化对铝镁贫氧推进剂燃烧特性的影响,采用激光辐射点火,使用高速摄影仪记录推进剂的点火与燃烧过程,并利用红外测温仪测量推进剂的表面温度及火焰温度,研究了环境氧含量与压力对推进剂的点火过程、火焰温度和燃速的影响。结果表明,环境气体氧含量高于推进剂热解产物中氧含量时,点火气相化学反应主要发生在推进剂热解产物与环境气体的扩散区,初现焰远离推进剂表面,但随着压力增加,扩散区与推进剂表面之间距离减小;火焰温度与环境氧含量和压力线性正相关;压力与环境氧含量增加时,铝镁贫氧推进剂燃速增加,压力和环境氧含量对铝镁贫氧推进剂燃速的影响符合B数理论,压力是影响推进剂燃速的主要因素,但随着压力增加,压力对燃速的影响相对减小,压力从0.1 MPa增加到1.5 MPa时,压力和环境氧含量的燃速敏感系数比从200下降到40。     

DNTF基炸药燃烧转爆轰影响因素实验研究

为了研究二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基混合炸药燃烧到爆轰转变(DDT)过程的有效调控技术,采用同轴电离探针测量技术研究了点火药量、DDT管壁厚约束、成型方式等对DNTF基混合炸药DDT性能的影响,从DDT管破裂状态、DDT过程不同位置处波阵面速度、诱导爆轰距离等变化对实验结果进行了分析。结果表明,DDT管壁厚约束对DNTF基混合炸药DDT的诱导爆轰距离没有明显影响,都在375 mm左右,但壁厚减小会使爆燃阶段持续时间增加,达到爆轰的初始速度减小到5515 m·s~(-1);点火药量增加对DNTF基混合炸药DDT反应剧烈性没有明显影响,但会减小初始燃烧持续时间和诱导爆轰距离;压制成型试样DDT的初始燃烧持续时间、爆燃持续时间及诱导爆轰距离均大于熔铸成型试样,但反应剧烈性没有差别。     

推进剂重定位数值仿真

间歇式沉底推进剂管理在国外得到广泛应用,其主要难题是推进剂重定位过程的研究.为了验证间歇式沉底推进剂管理的可行性,用VOF方法进行推进剂重定位数值仿真.通过用FLOW-3D软件对各种不同的工况进行仿真计算,分析了重定位过程中各种影响因素.计算结果表明间歇式沉底推进剂管理方法可行,并确定了相关设计参数.     

HTPB推进剂粘聚区本构模型反演识别研究

端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在拉伸过程中裂尖存在一个明显的非线性粘聚区,粘聚区本构模型的精度影响着推进剂装药裂纹起裂和扩展过程的数值仿真结果。为了准确地获得HTPB推进剂的粘聚区本构模型,建立了基于实验的反演识别方法,该方法通过实验获取粘聚区断裂能和断裂强度参数,使用有限元模型更新方法得到粘聚区本构曲线形式参数。将获得的本构模型应用于裂纹起裂和扩展过程仿真,研究结果表明所建立的粘聚区本构参数获取方法简单可行;所获得的粘聚区本构参数可以准确地模拟出HTPB推进剂裂纹起裂和扩展过程。     

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。     

低温下叠氮聚醚推进剂冲击损伤特性与动态力学性能

利用仪器化落锤冲击试验机在-40℃下对叠氮聚醚推进剂进行了冲击加载模拟实验,通过X射线微层析成像技术(X-μCT)表征了推进剂的冲击损伤特性,并采用动态力学分析研究了叠氮聚醚推进剂在不同加载频率下的动态力学性能。结果表明,叠氮聚醚推进剂动态力学参数表现出显著的加载频率依赖性,当加载频率由1 Hz增大至20 Hz时,其玻璃化转变温度由-38.1℃升高至-23.1℃;相应测试条件下,推进剂试样在冲击加载能量不低于2 J时发生断裂,未冲断推进剂无宏观裂纹产生,但其内高氯酸铵(AP)颗粒已部分破碎;被冲断试样冲击曲线中包含不稳定裂纹扩展过程,表明叠氮聚醚推进剂在低温下具有一定的脆性材料特征,推测其损伤模式为含缺陷的AP颗粒首先发生穿晶断裂,初始微裂纹扩展于基体中并相互贯通扩大,最终导致试样断裂。