HTPB复合固体推进剂老化研究进展

综述了HTPB推进剂在老化试验和表征方法、老化机理、模型构建和寿命预测方面的国内外研究现状,通过对国内外的HTPB推进剂研究历程进行对比,分析了与国外研究整体趋势的差异。从检索文献来看,与国外研究进展相比,国内研究整体上具有起步晚、发展快的特点。在此基础上,展望了今后的研究方向,包括多因素耦合的老化机理探究、老化快速评价、先进监测手段、寿命预测模型优化以及防老化等方面,以期为HTPB推进剂的老化研究提供更多参考。     

环境温度对复合固体推进剂贮存老化微观损伤作用机制研究

目的研究复合固体推进剂在环境温度作用下的微观损伤机制。方法开展复合固体推进剂实验室高温加速老化试验,分析不同损伤程度下的化学官能团和损耗因子的变化规律,综合推断环境温度作用下的微观损伤机制。结果复合固体推进剂在环境温度作用下,氧化剂AP一直不断地分解释放出活性成分,攻击HTPB粘合剂主链,使粘合剂主链初期主要发生交联反应,生成多种氧化产物如过氧化物、醛基、酯基。在老化后期,粘合剂主链开始断链,断链位置应该为R—CO—NH或C=C处,使得R—CO—NH、C=C含量随着老化时间的增加而逐渐降低。结论在环境温度的作用下,复合固体推进剂同时发生氧化交联和分解断链两种反应,但老化初期氧化交联占主导,老化后期主要发生分解断链。     

HTPB药柱老化对SRM内弹道性能的影响及偏差分析

为了定性和定量的描述药柱燃面、密度、燃速等因素对固体火箭发动机（SRM）内弹道性能的影响,在HTPB复合固体推进剂老化研究和SRM内弹道性能预估研究的基础上,分析了HTPB推进剂因贮存老化引起的SRM内弹道性能偏差,建立了性能偏差计算模型。结果表明,老化引起的药柱燃面、密度、燃速变化以及侵蚀燃烧引起的喷喉烧蚀是SRM贮存过程中影响内弹道性能偏差的直接因素,老化引起它们微小的波动都会引起发动机内弹道性能较大的偏离。在发动机寿命预估和进行可靠性分析时必须考虑老化对内弹道性能的影响。     

HTPB类推进剂热安定性的共性规律研究

为了了解不同配方的HTPB推进剂是否具有热安定性的共性规律,采用热减量法,通过不同温度的热老化试验,研究了4种不同配方的HTPB推进剂的热安定性的变化规律,得出了不同配方的HTPB推进剂具有相似的特征分解规律和热安定性规律的结论.该结论对预估HTPB推进剂的库房贮存性能具有重要的参考价值.     

HTPB推进剂自然环境加速老化试验方法研究

目的建立一种HTPB推进剂自然环境加速老化试验方法。方法研发一套户外热循环自然环境加速试验装置,可以模拟和强化太阳辐射对HTPB推进剂的热效应和昼夜温差冲击效应,并保持环境温度日夜温差循环、季节温差循环的特点。利用该装置,在海南万宁试验站户外暴露场开展HTPB推进剂自然环境加速老化试验及其验证试验,设定试验最高温度不超过70℃,并同期开展HTPB推进剂库房贮存试验。从模拟性、加速性、重现性评价自然环境加速老化试验方法的可信度。结果随着老化时间的延长,最大拉伸强度保留率波动下降,可作为HTPB推进剂敏感力学参数。与该推进剂在库房贮存不同时间的最大拉伸强度保留率相比,在置信度为99%,两种试验方法的Spearman秩相关系数为0.93时,自然环境加速老化试验方法对于库房贮存试验方法的加速倍率为5倍,自然环境加速老化试验重现性良好。结论建立了一种适用于HTPB推进剂的简单易行、模拟性强、加速倍率高的自然环境加速老化试验方法,能再现HTPB推进剂在实际库房贮存的力学性能变化规律。     

拉伸加载下老化复合固体推进剂的损伤演化定量分析

目的 定量分析老化对拉伸加载下复合固体推进剂细观损伤演化的影响规律。方法 开展不同老化时间（0、32、74、98 d）下三组元端羟基聚丁二烯（HTPB）复合固体推进剂的热加速老化试验,以及老化后推进剂的微型哑铃形试验件在不同拉伸应变水平（0、5%、10%、20%、40%、50%）下的微CT扫描观测试验,并对扫描重构图像进行定量分析,获得老化对推进剂细观损伤演化的影响规律。结果 随拉伸应变增加,老化前后推进剂微CT图像的灰度均方差、平均孔隙率和图像的分形维数均呈非线性增加趋势,图像的灰度均值呈非线性减小趋势。在较低应变水平（<10%）下,上述参数受老化时间的影响不显著,但随拉伸应变增加（≥10%）和老化时间增长,灰度均方差、平均孔隙率、孔隙率增量和分形维数的数值整体增高,而灰度均值随老化时间的增长而降低,且不同老化时间下,分形维数与平均孔隙率之间存在正线性关系。结论 重构得到微CT图像的灰度均值、平均孔隙率和分形维数可作为表征参数,用于定量分析老化复合固体推进剂在拉伸载荷下的细观损伤和损伤的动态演化规律,推进剂的初始损伤和小应变下的损伤程度受老化的影响较弱,而老化时间对推进剂细观损...     

HTPB推进剂老化性能湿热影响分析

目的 掌握HTPB推进剂老化过程中,温度和湿度对其力学性能的影响及贡献程度.方法 对HTPB推进剂进行不同湿热条件下的加速老化试验,并测量不同老化时间推进剂的质量损失分数和力学性能,结合推进剂在温度和湿度下的作用机理,对质量损失分数随老化时间的变化规律进行分析,以最大拉伸强度作为性能指标,对HTPB推进剂湿热老化过程进行湿热双因素方差分析.结果 湿度对HTPB推进剂质量损失分数的影响起主导作用,在75％～85％有一个湿度拐点值,大于或小于这个拐点值,推进剂遵循不同的质量损失分数变化规律.温度和湿度对推进剂最大抗拉强度方差分析的F值均大于其临界值,影响显著.相比而言,湿度的影响更加显著,整个老化过程中,温度和湿度的影响作用表现出先增加、后下降的趋势.温湿交互作用在试验前期和后期对推进剂的影响不显著,而在试验中期较为显著,同样呈现出先增大、后减小的规律.结论 湿度对推进剂最大拉伸强度影响的贡献率最大,温度次之,交互作用最小.从时间轴上看,湿度的贡献率表现为单调递增趋势,温度为单调递减趋势,交互作用呈现抛物线趋势.     

固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展

基于固体推进剂的贮存老化,以NEPE推进剂和以HTPB推进剂为代表,综述了近年来固体推进剂老化进程中所受的各种影响因素、作用机制及化学反应机理研究进展。总结了温湿度、应力和环境气氛为代表的外部环境因素,配方性质、组分变化和添加剂等内部影响因素对推进剂老化及贮存失效期限的影响。分别从微观和宏观角度出发,分析了内外部各种影响因素加速或减缓固体推进剂老化进程的作用机制。此外,针对黏合剂、氧化剂、防老剂等化学组分,总结了固体推进剂贮存老化期间发生的氧化交联、分解、降解断链等主要化学反应,并分析了各个反应发生的机理及原因。最后,展望了未来固体推进剂老化影响因素研究的发展趋势,并为今后固体推进剂老化机理及失效模式研究提供了研究思路。     

贮存老化条件下固体火箭发动机内弹道性能变化

研究了某型固体火箭发动机在贮存期间内弹道性能受推进剂药柱老化影响的变化规律。通过热加速老化试验．研究了HTPB推进荆的燃烧速度受老化影响情况：基于药柱材料的粘弹性本构关系,并考虑贮存环境温度波动、内压载荷和自重效应。对复合固体推进剂药柱完全固化后贮存老化条件下的变形进行了三维有限元分析。基于加速老化试验数据和数值仿真分析结果．对老化后固体火箭发动机的内弹道性能进行了分析。     

某型固体云爆剂加速老化试验与贮存寿命预测研究

对某型云爆剂老化前后的结构形貌、元素质量分数、热分解性能变化进行了研究,结果表明,固体云爆剂老化后结构并未被破坏;C,F元素质量分数升高,N,O元素质量分数下降;老化前后热分解曲线变化不大,但在100～200℃之间有一定变化.根据所测数据的变化,采用贝瑟洛特法和火工品71℃法预测了样品在20℃下的贮存寿命.     

丁羟推进剂贮存老化的动态力学性能

采用动态热分析(DMA)方法研究了某丁羟推进剂贮存老化的动态力学性能,借助时间一温度叠加原理,获得时间位移与频率对数的关系曲线及WLF方程的常数,并计算得到固体火箭发动机点火瞬间的推进剂药柱的临界温度tc,并用tc数据预估了发动机点火瞬间推进剂药柱不会由高弹态向玻璃态转变,不会发生断裂与结构完整性破坏.     

两种老化温度对某型双基推进剂的热分解性能的影响

目的探索某型双基推进剂在85℃和95℃条件下的热分解性能随老化时间的变化趋势。方法采用恒温加速老化试验,并对老化不同时间的样品进行热重分析(TG)和差示扫描(DSC)试验。结果计算了其两种老化温度条件下的动力学参数。结论某型双基推进剂性能良好,与老化时间相比,老化温度对其性能影响较大。     

丁羟推进剂库房贮存与加速老化规律研究

采用库房贮存与加速试验的方法,研究了丁羟推进剂在库房贮存与加速老化环境下的规律,得到了丁羟推进剂加速老化与库房贮存的试验数据.利用秩相关系数检验方法对2组试验数据进行了相关性分析,并分析了推进剂老化失效模式和贮存环境对推进剂贮存寿命的影响.     

AP/HTPB底排推进剂降压熄火试样的热分解研究

为了掌握AP/HTPB底排推进剂降压熄火后的热分解特性,采用半密闭爆发器制备AP/HTPB底排推进剂降压熄火的试样,利用DSC方法进行微量样品在3种升温速率下的热分解试验,并与AP/HTPB原样测试结果进行对比分析.结果表明,在相同升温速率下,降压熄火后的AP/HTPB底排推进剂的DSC曲线中,放热峰的形状发生了变化,...     

基于等转化率原理的固体推进剂贮存寿命评估

目的快速、准确地评估固体推进剂贮存寿命。方法在4个不同升温速率下获得固体推进剂的热流信号,根据等转化率原理,利用AKTS热反应动力学软件获得相应的动力学参数及动力学模型,同时开展60℃热老化试验,选用适当的数学模型评价固体推进剂贮存寿命。结果固体推进剂在25℃的贮存寿命为16年。结论利用等转化率原理可准确获得固体推进剂反应速率常数,再利用单个温度点加速老化试验能快速得到固体推进剂的贮存寿命。     

圆孔装药固体火箭发动机的慢速烤燃特性研究

目的 研究圆孔装药固体火箭发动机的慢速烤燃特性.方法 针对装填高能推进剂的固体火箭发动机,建立了二维瞬态慢速烤燃模型.其中AP/HTPB推进剂的化学动力学模型为两步总包反应模型.在升温速率分别为3.6、7.2、10.8 K/h的工况下,进行固体火箭发动机的烤燃数值模拟,并具体分析慢速烤燃工况下固体火箭发动机的传热特性和...