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。     

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。     

复合固体推进剂定应变‒温度循环加速试验方法研究

目的 建立复合固体定应变–温度循环加速试验方法。方法 采用MSC.PATRAN有限元分析软件,仿真计算某型贴壁浇铸固体火箭发动机从零应力温度(68 ℃)固化降温至常温(20 ℃)的极值点von Mises应变最大值,利用自制应变加载装置对复合固体推进剂施加定应变。分析固体火箭发动机长期库房贮存的温度变化规律,在兼顾模拟性和加速性的基础上,设计并开展复合固体推进剂在4组不同应力水平下的温度循环加速试验。选用合适的性能退化模型和加速寿命模型,评估复合固体推进剂的可靠库房贮存寿命。结果 某型固体火箭发动机从零应力温度固化降温至常温的极值点von Mises应变最大值为9.4%,复合固体推进剂4组温度循环加速试验的最高试验温度分别为75、75、60、60 ℃,温差分别为5、10、15 ℃,单个循环时长均为24 h。复合固体推进剂在4组温度循环加速试验条件下的老化性能参数均为最大抗拉强度保留率,且在置信度为0.9时,其退化规律均符合指数型性能老化数学模型。结合失效临界值,计算出置信度0.9时的最低加速寿命分别为59、100、203、342 d。基于修正Coffin-Manson模型,利用多元回归分析方法,计算得到复合固体推进剂在长期库房贮存环境(最高温度298 K,年平均温差15 K)下,置信度0.9时的最低贮存寿命为20 a。结论 在兼顾模拟性和加速性的基础上,建立了复合固体推进剂定应变?温度循环加速试验方法,并利用指数型性能退化模型和修正Coffin-Manson加速寿命模型,快速获得复合固体推进剂的最低库房贮存寿命,为下一步开展固体火箭发动机装药贮存寿命预估奠定基础。     

基于状态监测和老化试验的火箭发动机寿命评估方法研究

通过分析某型固体火箭发动机的结构,对发动机状态监测系统的微型传感器进行了合理布局,从而得到危险区域的最大应变值。采用加速老化试验,得到推进剂在不同老化温度下延伸率随老化时间的变化曲线。通过化学反应速率,建立不同老化温度下力学性能参数和老化时间的关系,从而确定某贮存温度下推进剂延伸率与贮存时间的关系。将发动机危险点处最大应变与贮存时间的变化关系进行比较,得到推进剂的贮存寿命。     

环境温度对某固体推进剂贮存寿命影响研究

为了分析环境温度对固体推进剂贮存寿命的影响程度,根据某固体推进剂加速老化试验结果,采用传统阿伦尼乌斯法、线性活化能法、整体预测法和两步回归法,预测了该推进剂在20℃和25℃下的贮存寿命。通过对比分析,认为不同寿命预估方法的预测结果不尽相同,但推进剂贮存环境温度的小范围改变对贮存寿命的影响是显著的。     

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...     

新型脱模剂在生产中的安全性研究

目的 分析新型脱模剂(B脱模剂)在生产过程中应用的安全性能。方法 从新型脱模剂的成分、稳定性与安全方面入手,借助红外检测、DSC热分析、溶解度测试等测试方法,从理论上验证新型脱模剂的安全性能。在不同型号上应用聚氨酯脱模剂(A脱模剂)与B脱模剂,对比分析2种脱模剂在生产过程中的脱模力及固体发动机的燃速,探究其工艺性能及其对发动机燃速的影响,从实际应用方面验证新型脱模剂在固体发动机生产中的可靠性。结果 通过对比分析2种脱模剂的红外谱图、DSC谱图及溶解度,发现B脱模剂的有效成分与A脱模剂相同,且B脱模剂具有良好的热稳定性。B脱模剂的工艺性能结果显示,它具有良好的成模性。使用2种脱模剂测试其脱模力及燃速,发现B脱模剂能大幅度降低生产过程中的脱模力,并且对燃速没有影响。结论 B脱模剂在固体发动机生产过程中具有良好的安全性能,可以推广使用。     

固体发动机装药热安全性数值分析

目的研究固体火箭发动机遭受火烤时的安全性。方法建立发动机有限元模型,计算推进剂在慢速烤燃和快速烤燃工况下的温度分布和爆炸延迟时间。结果推进剂慢烤47 h后达到临界温度,其值为352℃;快烤推进剂加热697 s后达到临界温度,临界温度为355℃。结论推进剂在快速烤燃模式下的热扩散速率大于慢速烤燃工况下,但是温度梯度则相反。两种工况下推进剂达到临界温度后开始反应的位置不同,推进剂厚度决定了其储热能力。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

装药结构试验器设计和低温老化试验研究

目的探索固体火箭发动机装药低温老化试验方法和机理,为固体发动机寿命预测和延寿提供支撑。方法设计方便取样测试的结构试验器,通过仿真计算确定具有一定应变水平的装药内孔尺寸,开展-10℃和-35℃低温老化试验。老化后首先对结构试验器进行无损检测,再取出药柱制取推进剂标准试样,进行常温和低温快速拉伸力学性能测试。结果设计完成三段连接式结构试验器,既不破坏药柱所承受的应力载荷,又保证取样方便、安全。无损探伤表明,经过低温长期贮存的结构试验器药柱没有产生裂纹和脱粘现象。推进剂的常温力学性能无明显变化,低温的最大抗拉强度有所升高,最大伸长率降低明显,-10℃和-35℃低温老化试验后,最大伸长率分别降低了24%和40%。结论推进剂内部产生了微损伤,承受低温快速应变(对应低温点火冲击状态)能力下降明显,应引起高度关注。     

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.