基于老化实验的某型双基推进剂安定性能研究

为研究某型双基推进剂的安定性能,采用热老化加速寿命实验、气相色谱实验、质量损失实验和爆热实验对某型双基推进剂在不同老化温度(65、75、85、95℃)下的安定性和安定剂的作用机理以及爆热进行了研究,并对3种失效模式下的双基推进剂进行了安全贮存寿命预估。结果表明:随着老化时间的增加,某型双基推进剂的安定剂含量逐渐下降,质量损失增加,爆热值下降。对于某型双基推进剂的安全贮存寿命宜采用以爆热值下降进行预估。     

考虑NEPE推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析

为研究NEPE推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响,构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型,提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法,并对轴向和横向联合过载作用下NEPE推进剂药柱进行了结构完整性分析。结果表明：在轴向和横向联合过载作用下,NEPE推进剂药柱处于拉压共存状态,且药柱的拉伸和压缩区域与推进剂本构模型无关;推进剂的拉压不对称性对其力学响应有一定的影响,考虑拉压不对称性的最大等效应变为1.54,介于分别由拉伸本构计算得到的应变0.193和压缩本构计算得到的应变0.100之间。考虑拉压不对称性的安全系数为5.68,大于未考虑时的安全系数1.73和4.98,传统的结构完整性评估方法较为保守。     

丁羟（HTPB）推进剂老化研究（IV）——过氯酸铵（AP）粒度对老化性能的影响

本文研究了HTPB/AP推进剂中AP粒度对推进剂老化性能的影响。实验是在90℃的空气中进行的。老化性能以推进剂的拉伸性能、邵氏硬度,失重%和燃烧速度等参数为判据,并以DSC图谱作参考。实验结果表明:HTPB/AP推进剂中AP粒度的减小,有助于推进剂贮存老化性能的提高。各种粒度AP的DSC图谱,也进一步证实了这一结论。     

NEPE类推进剂燃烧模拟

在分析、研究硝胺和AP CMDB推进剂燃烧模型的基础上,结合NEPE类推进剂的配方和燃烧性能特点,建立了NEPE类推进剂燃烧的物理模型,并进行了燃速和压强指数的理论计算。结果表明,几乎100%的计算结果都在实验值的±10%范围内。这说明所建立的模型基本合理,编制的NEPE类推进剂燃速计算程序基本可行。     

含内聚空洞固体发动机药柱的寿命预估

为了对含内聚空洞固体导弹发动机的贮存寿命进行预估,采用加速老化试验,得到该推进剂最大延伸率随贮存时间的变化规律;应用三维粘弹性有限元分析方法,对含内聚空洞的发动机贮存一定时间后直接点火发射过程进行数值仿真,从中获得发动机药柱在点火增压和轴向过载联合作用下的最大Von Mises应变.将不同贮存期药柱的最大Von Mises应变值与推进剂的最大延伸率进行对比,利用结构完整性评估准则,给出了某发动机药柱不同贮存期间内聚空洞大小的允许值.该方法可为含内聚空洞固体发动机的判废提供定量参考.     

围压下固体推进剂的破坏机理分析

贴壁浇筑的固体发动机推进剂药柱在点火状态下处于三向围压状态,而环向承受拉应变,亟待对围压下推进剂的破坏机理展开研究。基于自研的围压加载试验系统,通过开展推进剂在不同围压、温度和应变率下的单轴拉伸试验来研究围压、温度和应变率的耦合作用对推进剂力学行为的影响。针对围压下推进剂的力学响应特征,通过细观力学仿真进一步研究围压下推进剂的破坏形式,同时借助电镜扫描试验分析推进剂试样断面的形貌特征,通过试验和仿真相结合的手段分析了围压下推进剂的破坏机理。研究结果表明,围压下推进剂的损伤界面显著减少,且随着围压载荷的逐渐增加,推进剂的损伤形式从以颗粒脱湿为主转变为以颗粒破碎为主。     

复合固体推进剂颗粒填充模型及其统计特性分析

复合固体推进剂属于高填充比颗粒类复合材料,氧化剂和金属颗粒在基体中的随机分布使其在细观尺度具有非均质的特点。从细观尺度研究固体推进剂燃烧及力学性能时,必须考虑颗粒级配、空间分布和种类等因素的影响。采用分子动力学方法,以硝酸酯增塑聚醚高能复合固体推进剂为研究对象,将固体颗粒模型化为球形,生成其在基体内随机分布的颗粒填充模型。利用Monte-Carlo算法模拟计算颗粒填充模型细观结构的两点概率函数,并研究了颗粒填充体积分数、尺寸与级配等参数对其的影响规律。从统计意义上给出具有各态历经性、统计均匀性和各向同性特点的颗粒填充构型最小周期性代表体元尺寸,可有效减小后续研究的计算量,节约计算成本。所构建的推进剂细观几何构型及对最小周期性代表体元尺寸的计算为后续开展复合固体推进剂细观尺度燃烧、燃面处铝团聚及力学性能数值研究奠定了基础。     

推进剂“脱湿”损伤研究的内聚力单元方法

内聚力单元是进行推进剂“脱湿”损伤研究的重要手段。通过分子动力学方法构建推进剂高填充比几何模型,结合周期几何和周期边界处理方法,构建推进剂细观有限元分析模型。采用内聚力单元结合PPR内聚力模型开展颗粒和基体黏接界面“脱湿”行为模拟。在单轴拉伸和纯剪试验下分析推进剂细观结构的力学响应,开展推进剂“脱湿”损伤机理研究。针对不同的体分比、应变速率以及内聚强度,开展了“脱湿”损伤影响规律分析。研究方法和研究结论可以为新一代高性能推进剂配方的研制提供有利的参考。     

聚氨酯型复合推进剂的性能研究

本文研究聚氨酯型复合推进剂的力学性能和燃烧性能,给出了提高推进剂力学性能的有效途径,测试了推进剂燃烧性能的基本特征参数,采用光电子能谱(ESCA)对这种复合推进剂的界面作用机理进行了微观探讨.     

长贮过程中发动机HTPB推进剂老化机理分析

为揭示固体推进剂在长期贮存过程中的老化机理,解剖了自然贮存19年贴壁浇注的端羟基聚丁二烯橡胶推进剂装药发动机,沿着药柱径向不同位置进行了取样,并采用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪、红外吸收光谱、交联密度等多种手段对这些样品进行了测试分析。研究发现：贴壁浇注发动机药柱不同位置推进剂的老化程度不尽相同,越靠近非金属壳体位置,推进剂的老化程度越严重。进一步深入分析表明：除了丁羟胶中双键的氧化断链和端羟基的缩合等影响推进剂老化,铝粉氧化产生的铝离子会催化丁羟胶双键与氯气或水发生加成反应生成■双键和仲醇,而铝离子迁移和分布的不均匀会引起药柱老化的不均匀性。研究结果对推进剂配方设计和防老化措施的研究具有重要意义。     

Research on the influences of confining pressure and strain rate on NEPE propellant: Experimental assessment and constitutive model

In order to study the influences of confining pressure and strain rate on the mechanical properties of the Nitrate Ester Plasticized Polyether (NEPE) propellant, uniaxial tensile tests were conducted using the self-made confining pressure system and material testing machine. The stress-strain responses of the NEPE propellant under different confining pressure conditions and strain rates were obtained and analyzed. The results show that confining pressure and strain rate have a remarkably influence on the mechanical responses of the NEPE propellant. As confining pressure increases (from 0 to 5.4 MPa), the maximum tensile stress and ultimate strain increase gradually. With the coupled effects of confining pressure and strain rate, the value of the maximum tensile stress and ultimate strain at 5.4 MPa and 0.0667 s⁻¹ is 2.03 times and 2.19 times of their values under 0 MPa and 0.00333 s⁻¹, respectively. Afterwards, the influence mechanism of confining pressure on the NEPE propellant was analyzed. Finally, based on the viscoelastic theory and continuous damage theory, a nonlinear constitutive model considering confining pressure and strain rate was developed. The damage was considered to be rate-dependent and pressure-dependent. The constitutive model was validated by comparing experimental data with predictions of the constitutive model. The whole maximum stress errors of the model predictions are lower than 4% and the corresponding strain errors are lower than 7%. The results show that confining pressure can suppress the damage initiation and evolution of the NEPE propellant and the nonlinear constitutive model can describe the mechanical responses of the NEPE propellant under various confining pressure conditions and strain rates. This research can lay a theoretical foundation for analyzing the structural integrity of propellant grain accurately under working pressure loading.     

发射药的分解机理及其安定性研究

在研究发射药中硝酸酯的分解机理及其与发射药安定性关系的基础上,分析了热分解,水解和自动催化作用对发射药安定性的影响,以色谱法和粘度法等实验手段探索发射药安定性的变化规律,通过不同温度下发射药老化过程的动力学研究,提出了确定发射药安全使用寿命的可靠方法。     

两种单基发射药灌注成型为凝胶炸药研究

对14／7和22／1两种单基发射药灌注成型为凝胶炸药进行了初步的试验研究,并对生成的凝胶炸药进行了威力和猛度测试。结果表明,可以利用高分子含水材料与氧化剂将废弃的发射药转化为凝胶民用炸药,通过调整装药直径,可获得一定的威力和猛度。     

提高聚氨酯推进剂基体粘结强度的途径探索

聚氨酯的水解稳定性较差,粘结强度偏低。将端羟基聚丁二烯与聚氨酯进行共混改性,提高了聚氨酯基体的表观交联度及推进剂的拉伸强度。采用示差扫描量热法和红外光谱法分析基体共混物的微观结构,表明这是提高聚氨酯基体粘结强度的一条有效途径。     

空间推进系统工作过程故障仿真

以凝胶推进剂空间推进系统为研究对象,对该系统异常工作的动态性能进行了分析和研究.为了获得空间推进系统故障模式,把空间推进系统工作过程的故障特性方程与其正常数学模型相结合,采用Visual C 编程工具对导管泄漏故障、过滤网阻塞故障、电磁阀故障和喷管烧蚀故障进行了模拟,从而为空间推进系统智能化故障诊断奠定了基础.