高燃速丁羟推进剂燃速可调节性研究

在一维气相稳态反应流模型的基础上,分析了催化剂对丁羟推进剂热分解的影响,采用归纳和假说相结合的方法建立了丁羟推进剂催化燃烧模型,定量研究了细粒度AP质量分数和催化剂质量分数对高燃速丁羟推进剂燃速及压力指数的影响.结果表明,在7～12 MPa实验务件下,不同细粒度AP质量分数下的燃速理论预示结果和不同质量分数催化剂下的燃速模拟计算结果都能与实验结果吻合较好,误差在7.0%以内,为配方研究人员提供了定量化调节燃速的预示方法.     

复合燃速催化剂对丁羟推进剂燃速压强指数的影响

用测定药条燃速的方法,在２．９４￣８．８２ＭＰａ压强范围内,研究了复合燃速催化剂对丁羟推进剂（ＨＴＰＢ）压强指数的影响。结果表明：三氧化二铁、二茂铁衍生物、铜铬催化剂、草酸盐均能降低推进剂的压强指数,其中铜铬催化剂降低压强指数效果最好,降低幅度达２０％以上;草酸盐降低压强指数的效果与其加入量有关;一些复合催化剂部存在降低压强指数的叠加效应和择优性。     

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。     

铝形貌对丁羟推进剂燃速特性的影响

基于丁羟四组元推进剂配方,考察了不同表面形貌的铝(Al)粉对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂燃速特性的影响,通过扫描电镜(SEM)、激光粒度分布仪分别观察了两种粒度范围在5~10μm的Al粉表面形貌,采用水下声发射法测试了含不同Al粉的HTPB推进剂的燃速,并计算了燃速压强指数。结果表明,Al粉表面形貌可区分为表面附着铝斑粒和表面光滑两种,两种形貌都对HTPB推进剂的燃速特性具有一定的影响。低压段(3~5 MPa),Al粉表面附着铝斑粒时,HTPB推进剂的燃速增幅为1.33 mm·s~(-1),压强指数为0.36;Al粉表面光滑时,HTPB推进剂的燃速增幅为1.29 mm·s~(-1),压强指数为0.34。高压段(12~20 M Pa),Al粉表面附着铝斑粒时,HTPB推进剂的燃速增幅为4.47 mm·s~(-1),压强指数为0.67;Al粉表面光滑时,HTPB推进剂的燃速增幅为2.48 mm·s~(-1),压强指数为0.40。     

降低丁羟高燃速推进剂机械感度研究

为了降低丁羟高燃速推进剂机械感度,考察了液体二茂铁燃速催化剂(EMT)含量、氧化剂高氯酸铵(AP)粒径及配比等对丁羟高燃速推进剂机械感度的影响,并通过差示扫描-热重(DSC-TG)热分析研究了AP/EMT体系热分解特性与机械感度的相关性。结果表明,细AP含量增加或细AP粒径减小时,推进剂药浆的摩擦感度和撞击感度均呈增加趋势;EMT提高了AP的高温分解反应速率常数和分解热,是含EMT的高燃速推进剂机械感度升高的微观原因,降低EMT含量,可以降低推进剂的机械感度;胺盐类降感剂GZJ-01和导电态聚苯胺降感剂DBJ-01对降低丁羟高燃速推进剂的机械感度无协同效应;细AP包覆和采用铜盐燃速催化剂(GRCJ)取代EMT均可以降低丁羟高燃速推进剂的机械感度。     

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。     

一种燃速可调的光控固体推进剂燃烧特性

为了研究光控固体推进剂在激光辐照下的可控燃烧特性以及推力性能,采用高速摄影、高精度压力传感器、R型热电偶以及微推力测试平台等装置分别获取了不同激光功率密度下,光控固体推进剂的燃速、点火延迟时间、燃烧室压强、燃烧火焰温度以及微推力等性能参数.结果表明:光控固体推进剂的燃速与燃烧室压强均随激光功率密度的增加而线性升高,与之相反,其点火延迟时间随激光功率密度的增加呈下降趋势.结合热电偶测温曲线,发现光控固体推进剂的燃烧过程主要分为五个区域:预热区、凝聚相区、三相区、气相区以及火焰区,与此同时,在1.343 W·mm-2的激光功率密度下,推进剂的燃烧火焰温度为1202.3℃.光控固体推进剂燃烧状态对于激光功率密度的依赖性对于实现推力的精确控制具有重要意义,通过改变激光功率密度的大小,成功实现了光控固体推进剂的推力控制;随着激光功率密度由0.344 W·mm-2增加到1.343 W·mm-2,光控固体推进剂的推力由1.58 mN上升至2.28 mN.     

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.     

虚拟仪器技术在高压强及高燃速固体推进剂燃速测试中的应用

描述了将虚拟仪器技术用于高压强、高燃速固体推进剂燃速测试系统的具体研究过程和结果.研究表明,该测试系统具有硬件配置简单、软件操作简便灵活、功能完善等优点.该研究成果对虚拟仪器技术在航天推进技术领域的应用和开发具有一定的参考价值.     

纳米氧化铁对HTPB推进剂性能影响

制备了四种不同形貌的纳米氧化铁Ⅰ-Ⅳ和5种9～14/65～70/17/3/1-粘合剂/AP/Al/二茂铁/普通氧化铁或纳米氧化铁Ⅰ-Ⅳ推进剂(HTPB推进剂).研究了纳米氧化铁对HTPB推进剂力学性能、燃烧特性、安全性能的影响.结果表明,纳米氧化铁Ⅱ是四种纳米氧化铁中效果最好的催化剂,含纳米氧化铁Ⅱ配方推进剂,在25℃条件下,最大抗拉强度为0.83 MPa,最大伸长率60.0％,-40 ℃条件下,最大抗拉强度为2.00 MPa,最大伸长率45.0％;6.86 MPa压强下,燃速为43.24 mm·s-1,压强指数为0.27;药浆50％爆炸的临界撞击能大于14J,摩擦感度小于80％,安全性能与含普通氧化铁配方相当.     

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。     

动态加载下HTPB复合固体推进剂双轴压缩试验件设计

为研究固体推进剂的动态双轴压缩力学性能,需确定与试验机、试验夹具相适配且满足双轴变形特性要求的推进剂试验件最优构型.基于有限元数值仿真计算,获得了双轴压缩加载下八种不同构型的三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂试验件变形的应力云图,并通过开展动态加载下对应推进剂试验件的力学性能试验对最优构型进行了验证.结果表明:小变形条件下(应变10％以内)所有试验件的应力云图均呈现整体均匀分布的特性,但长宽比大于1的试验件变形时不再满足平面应力状态的要求.选取平面应力平均值、平面应力离散度、整体应力稳定系数和应力集中系数作为推进剂试验件构型优化指标,对比分析得出边长为25 mm的正方体推进剂试验件为最优构型.最后,通过分析动态加载下双轴压缩试验获得的应力-应变曲线特性,验证了最优试验件构型设计的有效性.     

AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响

为了解复合底排推进剂中AP氧化剂的含量及AP颗粒的大小对推进剂表观燃速的影响,利用一种综合燃烧模型,通过对燃烧过程的简化,计算了AP氧化剂不同粒径尺寸对底排推进剂燃速的影响,并和实验结果进行了比较.在此基础上,对不同AP含量的底排推进剂燃速进行了预测计算.结果表明,AP含量越高,底排推进剂的燃速越大;AP颗粒尺寸与底排推进剂燃速是非线性、非单调变化的关系.当AP粒径小于150μm时,AP颗粒尺寸越大,推进剂燃速越低;但AP粒径等于200μm时的推进剂燃速略高于150μm时的燃速.     

含硼富燃料推进剂各组分对其低压燃速的影响

采用推进剂静态燃速测试仪和氧弹式量热器的试验方法,研究了各组分对含硼富燃料推进剂低压燃速和爆热的影响。结果表明：增加高氯酸铵(AP)含量、添加燃速催化剂、增加超细AP的含量,可以提高该推进剂的低压燃速;硼含量的增加可以提高推进剂的爆热,但燃速略有降低。热分析的结果表明：增加含硼富燃料推进剂的凝相放热是提高其低压燃速的主要原因。     

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。     

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。     

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和NEPE固体推进剂枪击低易损性实验研究

为了解HTPB和NEPE固体火箭发动机的冲击安全性,设计了模拟实验发动机,对不同的壳体材料、推进剂和沿受冲击方向的厚度开展了枪击低易损性试验研究.结果表明,两种推进剂在钢壳体条件下的低易损性能均较差;冲击导致的装药破碎情况与推进剂的力学性能有关;装药沿受冲击方向的厚度对着火后的燃烧强度影响较大.研究结果为使用该类推进剂的发动机枪击低易损性评估和设计提供了实验依据.     

含RDX改性双基推进剂基础配方及其燃速探索

通过调节含RDX改性双基推进剂基本配方组分NC、NG、RDX百分含量的试验,系统地测试了基本配方组分变化对燃速的影响.加入铝粉、铅-铅复合催化剂试验进一步考察了燃速范围;分析了燃速特性;对降速原因进行了探讨.