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.     

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。     

甲基紫试验中改性双基推进剂的热分解机制研究

目的 研究甲基紫试验中含Al改性双基推进剂以及含RDX改性双基推进剂2种典型改性双基推进剂的热分解机理。方法 将这2种典型改性双基推进剂与普通双基推进剂进行对比试验,采用TG-DSC-FTIR-MS联用技术,通过对分解温度、放热量、分解产物等特征参数进行分析,明确3种推进剂的非等温热分解行为。采用微热量热法,在与甲基紫试验相同温度下对3种推进剂进行等温热分解行为研究。结果 含Al改性双基推进剂在程序升温条件下的热质量损失和热分解行为与普通双基推进剂的基本一致。含RDX改性双基推进剂中的NG较其他2种推进剂更易挥发,相应分解反应初期NG分解释放的NO2较少,且在整个热分解反应历程中分2个阶段,含硝酸酯基团的NC/NG体系先分解,再引起硝铵炸药RDX的热分解。在等温条件下,3种推进剂在40 min对应的反应深度均不超过0.4%,5 h对应的反应深度均不超过3%。但在分解反应初期,含Al改性双基推进剂分解反应的速率更快。结论 对比不同推进剂甲基紫安定性试验结果,并不是甲基紫试纸完全变色时间越长的热安定越好,说明甲基紫安定性试验方法存在一定的局限性。采用分解反应深度作为量气和量热方法转换的纽带,有望采用微热量热作为甲基紫试验的替代技术实现安定性的定量评价。     

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,...     

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。     

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...     

X射线光电子能谱在HTPB推进剂老化机理研究中的应用

采用X射线光电子能谱（XPS）法研究了HTPB推进剂在80℃热空气烘箱内分别老化0周、13周和24周的元素组成、化学价态及含量变化。通过拟合C,O,N,Cl等元素的XPS谱图,推测该推进剂在常温（25℃）贮存老化初期应是氧化交联,后期则出现降解断链,并认为NH4ClO4缓慢分解,攻击C C不饱和双键,使得C C双键含量降低是HTPB推进剂老化失效的主要原因。Al粉被包裹在推进剂粘合剂内部,XPS法未能检出Al粉。由于Al粉比较稳定,不参与推进剂老化过程,故XPS仍可用于HTPB推进剂老化机理研究。     

CL-20/HTPB热分解机理的ReaxFF/lg反应分子动力学模拟

目的 揭示CL-20和HTPB复合体系的热分解机理,同时为CL-20/HTPB复合推进剂配方设计与应用提供理论依据。方法 采用反应分子动力学方法(ReaxFF/lg),研究CL-20/HTPB混合体系在2 500~3 500 K中5个温度下的热分解机理。结果 混合体系中的CL-20分子间反应路径仍为脱硝基和开环等反应。HTPB为混合体系引入大量的H原子与OH基团,这些自由基会与CL-20及CL-20的分解产物发生反应,例如与HNO2的大量化学反应促进了CL-20的热分解。相比CL-20单质体系,混合体系下,HNO2生成反应数量均有不同程度的增加。通过与单组分产物数量的比较可以发现,H2O的含量大大增加,且曲线到达峰值的时间更短,体系分解反应速率更快,同时CO2的含量也大幅度地减少。除此之外,所计算的混合体系的活化能(Ea)与指前因子的自然对数lnA分别为114.684 kJ/mol与25.896。对比CL-20单质体系,混合体系的活化能较小。结论 HTPB会对CL-20的热分解起到促进的作用,降低了系统对热刺激的不敏感程度。     

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。     

PBT基推进剂热分解特性与慢烤行为关系研究

目的 研究PBT(3,3–二叠氮甲基氧丁环–四氢呋喃共聚醚)基推进剂慢速烤燃响应情况与热分解特性之间的关系。方法 采用差示量热扫描仪和慢速烤燃试验,研究推进剂在不同固含量(通过改变高氯酸铵含量来调整)和不同铝粉含量下的热分解温度变化情况,计算不同组分含量下推进剂的热分解动力学参数,对比分析PBT基推进剂固、铝粉含量变化对热分解特性及慢速烤燃行为影响。结果 固含量从78%下降至75%时,配方中AP(高氯酸铵)的高、低温热分解温度和热分解活化能均会下降。铝粉质量分数从18%下降至5%时,配方中AP的高、低温热分解温度和热分解活化能均会下降。当采用78%的固含量时,配方无法通过慢烤试验,而采用75%的固含量,铝粉质量分数为18%、5%时,均能通过慢烤试验。结论 根据热分析及慢烤试验结果可认为,固含量变化对慢烤响应程度变化有较大影响,Al粉含量变化对配方慢烤响应程度的影响较小。影响配方慢烤响应程度主要由AP高温分解控制,AP高温分解活化能越低,越有利于推进剂通过慢速烤燃测试。     

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。     

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.     

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。     

发射药贮存寿命预测技术研究进展

简述了发射药贮存寿命试验所用的自然环境长期贮存试验监测法和加速寿命试验方法的现状,对发射药寿命评价与预测所用的人工神经网络技术和计算机模拟技术进行了分析,阐明了现有技术的优缺点,论述了发射药贮存寿命试验与评价技术的发展趋势.     

可燃固废复合燃料的燃烧性能试验研究

焚烧法具有显著的减容、资源化和能量回收等优点,是生活垃圾处理的有效途径。原生垃圾成分复杂、含水率高、热值低,直接焚烧处理的热稳定性差。将生活垃圾、市政污泥及适量的辅料,采用正交表配料制备可燃固废复合燃料。通过燃烧热稳定性、热值试验的极差分析和方差分析检验燃料的燃烧性能,得出原料配比、园林残余及固硫剂对燃料燃烧特性有显著的影响;运用数量化理论分析,得到热稳定性、热值指标的预测方程,置信度>90%;最后采用综合评分法筛选出燃烧性能最优的燃料制备配方为:垃圾、市政污泥、煤粉以2:1:1比例混合,助燃剂MnO2添加量为0.19%,固硫剂CaO添加量为0.6%时,制备的燃料燃烧热值为18.702kJ/g,燃烧热稳定性(TS+6)达74.79%。     

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.