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。     

复合固体推进剂高温加速试验理论与方法（1）——Arrhenius方程的适用性

国内外普遍采用高温加速试验方法,以Arrhenius方程作为动力学模型评估聚合物材料包括复合固体推进剂的老化性能和贮存寿命。近年来,Arrhenius方程在复合固体推进剂老化和寿命评估的适用性受到一些质疑。为探讨Arrhenius方程的适用性问题,本文综述了Arrhenius方程在国内外固体推进剂贮存老化评估中的应用情况,从理论源头梳理了Arrhenius方程的形成过程和相关参数物理意义,指出了目前在Arrhenius方程理论认识和应用上的误区。理论分析表明,在Arrhenius方程形式下,频率因子和活化能两个参数之一是温度的函数;对于固体推进剂,现行标准允许的加速试验温度范围内活化能可视为定值。应用Arrhenius方程应符合下述条件：1）研究所涉及的温度范围内老化机理可视为一致;2）各加速试验温度下,老化程度相当;3）参数k应符合速率常数的物理意义。性能随时间变化的数学模型中参数k不符合速率常数定义,使用应慎重,推荐使用性能对数模型替代。     

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。     

固体发动机贮存条件下内弹道性能研究

通过对影响固体发动机贮存老化内弹道性能的相关参数进行定性和定量分析。得到燃烧室平均压强、质量流量、推力等最大影响因子;应用所建模型进行了参数辨识。基于参数辨识,采用一维非定常模型对高能固体推进剂贮存条件下发动机内弹道性能进行了预示,并与试验结果进行了比较分析,计算表明所建模型合理,方法有效。     

基于神经网络的固体推进剂力学性能模型研究

为有效评估复合固体推进剂的老化失效需要构建其结构状态参数与力学性能参数之间的关系,应用神经网络理论建立了复合固体推进剂结构状态参数与力学性能参数之间的定量关系模型,结合实验数据对模型进行了仿真计算,结果表明,建立的模型适用于固体推进剂结构状态参数与其力学性能关系的研究,能够用来评估复合推进剂的老化失效。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种捷联惯组测温通讯软件的设计与实现

设计的测温通讯软件可实现多点温度数据的实时采集和滤波,保证宽温域的温度测量精度,实现大数据量多路数据通讯,实时性地周期接收GPS定位和导航数据,快速准确接收星历信息.软件设计了一种合适的程序流程,采用算术平均结合滑动平均滤波的方法,实现对温度信号的解算、去噪消抖;使用基于循环队列技术的数据采集模式,实时准确接收串口数据.经应用验证:测温通讯软件测温重复性精度高于0.05℃,能够及时、准确地向火控计算机发送组合导航数据,满足2 s内连续接收处理几千字节星历数据不丢数据的客户需求,为激光捷联惯组进行温度补偿、数据融合和对外信息交互提供途径.     

宽温域宽应变率下丁羟四组元HTPB推进剂单轴压缩力学行为

为研究丁羟四组元端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在宽温域宽应变率下的单轴压缩力学行为,基于万能材料试验机、高速液压伺服试验机、分离式霍普金森压杆,结合可程式恒温恒湿试验机等温控手段,开展了宽温域宽应变率下的推进剂单轴压缩力学性能实验,获取了-40,-25,-10,20,50 ℃ 5个温度下10^-4~10³ s^-1应变率的丁羟四组元HTPB推进剂的应力应变曲线,并建立了HTPB推进剂的分段式单轴压缩率温本构关系。结果表明,HTPB推进剂的力学响应存在显著的率温相关性,在任意应变率下其力学响应都呈阶段性变化,即线弹性阶段-非线性屈服阶段-应变软化阶段或应变硬化阶段;且在高应变率下,非线性屈服行为后的应变软化现象明显弱于低、中应变率。此外,高应变率时,随着温度的降低,应力应变曲线的变化速率逐渐减缓;而低、中应变率却恰恰相反,随着温度的降低,应力应变曲线的变化速率逐渐加快。HTPB推进剂的力学强度随着温度的降低显著增大,温度从50 ℃降低至-40 ℃时,HTPB推进剂试件在宽应变率作用下的最大应力从2.2~8.8 MPa增长至约11~22 MPa。同时基于实验数据构建了分段式率温本构关系,发现其在温度较高时拟合效果更好,能够较好地预测HTPB推进剂的力学行为。     

实际大气虚温和气压变化对弹丸射程影响程度的灰色关联分析

分析了气象条件下虚温和气压变化对弹丸射程的影响,通过对实际气象条件下虚温和气压变化特性以及弹丸射程变化的研究,得到了虚温偏差量和气压偏差量对弹丸射程变化的影响规律;利用灰色理论分析了虚温变化和气压变化对弹丸射程变化影响程度的强弱关系,同时根据多元非线性回归分析方法,建立了射程变化量与虚温偏差量、气压偏差量等因素的回归方程模型;结果表明:虚温变化对弹丸射程的影响要大于气压变化对弹丸射程的影响,回归计算结果与原射程变化量基本吻合,误差基本在10%以内,为实际弹丸密集度计算提供了一种新的实用方法。     

加速老化时炸药柱内部温度场的数值模拟

通过理论分析和模拟计算考察了加速老化过程中炸药热分解效应对试验炸药柱内部温度场的影响。理论分析表明影响炸药柱内部温度场的因素主要有炸药种类、试验环境温度和炸药柱尺寸。采用有限元分析软件ANSYS分析了5种高能炸药(RDX,TATB,Tetryl,HMX,PETN)在不同条件下的内部温度场。结果显示:炸药种类是决定影响效果的关键因素,试验环境温度为110℃时,Ф20 mm×20 mm的RDX和PETN炸药柱温度偏差分别达到2.59℃和1.19℃。而其余3种炸药温度偏差不明显。PETN,RDX应合理控制试验环境温度和炸药柱尺寸以减小试验过程的温度偏差。     

毫米波辐射温度随表面温度变化的曲线拟合

针对目标表面温度实时变化引起毫米波辐射变化的规律尚未被研究的现状,使用3 mm直流Dicke式辐射计对不同表面温度条件下的目标辐射温度进行了测量,发现使用不同发射率材料的目标的辐射温度随表面温度变化的规律明显不同,材料发射率越高,目标辐射温度受表面温度的影响越大.利用最小二乘法求解涂层金属板等目标的温变系数,并拟合出辐射温度随表面温度变化的规律.误差分析表明,拟合曲线与实测曲线基本吻合,反映了使用不同发射率材料的目标的辐射温度随表面温度变化的规律.     

高低燃温组合推进剂下喷管壁面温度边界层影响规律

为了获得高低燃温组合推进剂下喷管温度边界层的影响规律,建立了四个物理模型,通过使用不同的低燃温推进剂、不同的质量分数来分析低燃温燃气对喷管温度边界层的影响。结果显示,在靠近喷管喉衬位置喷入低燃温燃气时,仅需少量低燃温推进剂就能很好的降低喷管表面边界层的温度;而在远离喷管喉衬部位时,即使使用较大的质量分数,喷管边界层的降温效果也不明显。喷管温度边界层的降低受低燃温燃气温度、质量分数、低燃温燃气进口位置以及进口直径影响。     

宽温度范围纳米多孔硅/高氯酸钠热分解特性

以纳米多孔硅粉(nPS)为燃烧剂,高氯酸钠(NaClO_4)为氧化剂制备nPS/NaClO_4复合含能材料,利用差示扫描量热-热重(DSC-TG)法研究其在宽温度范围(25~1200℃)的热分解特性。为了更全面地了解该复合含能材料的热分解特性,同时研究了nPS、NaClO_4、Si/NaClO_4、nPS/NaCl复合材料热分解特性。结果显示,氧气气氛下硅氢键在400.0℃发生断裂,而其在氩气氛围下的断裂温度为820.0℃。NaClO_4在581.0℃分解放热,总失重量为68.31%。nPS/NaCl复合材料在883.3℃出现最强放热峰,放热量为567.0 J·g~(-1)。硅氢键的存在使nPS/NaClO_4放热量达到359.5 J·g~(-1),与Si/NaClO_4相比,增大了15.3 J·g~(-1)。综合热分析测试结果,推测出nPS/NaClO_4复合含能材料的热分解机理:O_2使硅氢键提前断裂并参与放热反应,800℃后未断裂的硅氢键与NaCl发生反应最终生成Si。固体燃烧产物的XRD图谱证明了该推论的合理性。     

火炮身管报警温度的确定

分别用延迟温度报警法和实时温度报警法计算了厚壁身管火炮的报警温度,并对这两种方法进行了比较。分析了环境温度、射击模式对报警温度数值确定的影响。计算结果表明,采用外壁温度作为报警判据,在不同模式之间存在着很大的误差,为确保某一工况下的安全射击,势必限制火炮其它工况下正常功能的发挥。计算结果同时表明,对于文中型号火炮,距离内壁15 mm是该型火炮的报警测温探头安装的最佳位置。若弹药装填入膛的最大温度允许值为170℃,则该点报警温度为159℃,