科技兴安打造国内一流的安全与贮存评估中心——中国航天科技集团公司四院四十二所

中国航天科技集团公司四院四十二所固体推进剂安全与贮存评估中心，为专业从事固体推进剂、火箭发动机、导弹武器及危险化学品安全与贮存性能研究、测试及评估、评价的研究机构。研究领域主要包括固体推进剂危险等级分类、工艺安全性评估、爆炸破坏效应评价、加速老化、寿命预估及延寿等。先后完成了多项总装备部、航天科技集团公司及四院重点研究项目。     

NEPE推进剂力学性能的统计特性及贮存老化的影响

固体推进剂力学性能是决定固体推进剂药柱可靠性的关键性能。为准确评估贮存寿命和可靠性,需要掌握固体推进剂力学性能的分布规律以及贮存老化的影响。研究了NEPE推进剂老化过程中抗拉强度、初始模量、最大伸长率和断裂伸长率等力学性能参量的统计分布特性,以及加速老化过程中统计参数的变化规律。研究结果表明:同一老化状态和测试条件下,NEPE推进剂单向拉伸力学性能参量测试值呈正态分布;不同老化状态的力学性能变异系数与老化时间、温度无关,呈正态分布。将不同老化温度、老化时间的力学性能变异系数作为来自同一总体样本的随机变量,求出了NEPE推进剂抗拉强度、最大伸长率、初始模量和脱湿因子的变异系数的99%置信上限,作为固体推进剂药柱贮存可靠性评估的基础数据。     

固体推进剂装药低温应力等效加速试验方法研究

为评估持久应变载荷下固体推进剂装药在贮存过程中的结构完整性,采用定应变断裂和热力耦合加速老化相结合的试验方法,获得了宽应变区域内固体推进剂松弛破坏时间模型,联合装药在长期贮存/低温应力加速状态下危险部位的最大持久应变,计算出装药的低温应力加速系数和等效加速试验时间,确定了其在长期贮存和低温应力加速状态的等效关系,在此基础上建立了固体推进剂装药低温应力等效加速试验方法。采用此方法,开展了NEPE推进剂■200 mm圆管发动机装药的低温应力等效加速试验,试验温度为-48℃,试验时间分别为365 d和517 d,试验后装药均保持结构完整。结果表明,仅考虑机械应力情况下装药贮存12 a和17 a后结构完整,已应用于某型号固体推进剂发动机装药寿命评估、定寿和延寿。     

国外固体推进剂及其粘结界面贮存老化研究进展

对国外固体推进剂及其粘结界面贮存老化性能的研究进展和最新研究成果进行了综述。介绍了国外在固体推进剂及其粘结界面老化与监测的情况,展望了该研究领域未来的发展趋势,认为以光谱学和埋入微型传感器等方法为代表的固体推进剂的无损评估技术将是今后研究的重点。     

固体发动机贮存试验方法及贮存性能分析

固体发动机的贮存试验研究近年来受到广泛关注。本文阐述了固体发动机贮存试验的方法，并对贮存性能分析中的技术难点进行了讨论，内容包括推进剂老化的规律性与发动机装药老化的相关性，加速贮存与自然长期贮存的相关性，小尺寸试验发动机与全尺寸发动机性能的相关性，环境湿度对推进剂性能的影响，定应变对装药贮存性能的影响。     

某固体推进剂湿热老化模型

通过对常用失效物理模型的分析和总结,结合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,以推进剂力学性能参数为研究对象,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。该模型可作为湿热环境下固体火箭推进剂贮存使用寿命预估的理论依据,也可作为固体火箭发动机剩余寿命计算的参考模型。     

NEPE型推进剂述评

一、前言随着战略及战术武器的发展,对固体推进剂的要求越来越高,不仅要求能量高(大于250秒)、力学性能好,而且使用温度范围要宽、安全贮存性能要好。要满足以上要求,单纯地在复合推进剂和改性双基推进剂的原有基础上改进是比较困难的。目前固体推进剂发展的主要趋势是:发挥复合推进剂和改性双基推进剂各自的优点,突破这两类推进剂的界限而发展成为高能交联推进剂。从美国 K.Klager 提出的固体推进剂发展历程(表1)中可以清楚地看到这种趋势。     

某固体发动机推进剂加速老化及自然贮存解剖试验研究

针对机载战术导弹发动机的长寿命使用要求,开展了固体推进剂高温加速老化试验和发动机自然贮存解剖试验,并分别测试了固体推进剂在不同环境温度下的力学性能,对比了高温加速老化和发动机自然贮存老化之间的差异。结果表明,该固体推进剂在高温加速老化和长期自然贮存后,最大延伸率均明显下降,发动机自然贮存13 a后,推进剂的延伸率略优于高温加速等效老化13 a的试验结果。此外,发现采用常规拉伸速率下测试固体推进剂老化后的性能存在一定的局限性,建议增加固体推进剂围压力学性能测试,有利于推进剂老化后性能的评判。     

考虑泊松比的固体发动机装药贮存寿命预估

以含单个小孔隙的立方体为代表性体积单元,结合弹性力学公式,推导了固体推进剂空穴率与瞬时泊松比的关系,得到泊松比随推进剂老化的变化规律.通过固体推进剂加速老化试验,得到固体推进剂瞬时模量及最大延伸率随贮存时间的变化规律.以固体推进剂瞬时模量和瞬时泊松比为老化参数,结合三维粘弹性有限元计算方法,计算了某发动机装药结构不同贮...     

Bu-NENA/PBT推进剂安全性能

开展了增塑剂品种、固体填料含量对Bu-NENA/PBT推进剂安全性能影响研究,炸药HMX和增塑剂Bu-NENA含量对Bu-NENA/PBT推进剂危险等级影响研究及钝感Bu-NENA/PBT推进剂综合性能评价。研究结果表明,Bu-NENA可显著降低PBT推进剂的机械感度,HMX含量控制在13%以下,Bu-NENA含量控制在12%以下,Bu-NENA/PBT推进剂危险等级评定为1.3级,Bu-NENA/PBT推进剂理论比冲大于267 s,玻璃化温度Tg为-65℃,-60～70℃宽温力学性能优良。     

固体火箭发动机卧式贮存状态界面应力数值分析

根据推进剂的材料特性及受载,用线粘弹性理论在ANSYS有限元软件中建立了某长期无翻转卧式贮存固体火箭发动机燃烧室筒段的有限元模型。计算了实际贮存、真空和高压三种典型状态下危险部位的界面应力。该方法对发动机的免维修和寿命预估有一定的参考价值。     

含CL-20固体推进剂研究现状

综述了含CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)固体推进剂,包括改性双基推进剂、高能低特征信号推进剂、NEPE推进剂以及其他类型固体推进剂的研究现状;主要涉及引入CL-20后固体推进剂的热分解特性、能量特性、燃烧性能、力学性能及安全性能等方面的内容;最后,总结了目前CL-20及含CL-20固体推进剂在实际的工程化应用过程中依然存在的一些尚未解决的难题,并指出了CL-20及含CL-20固体推进剂今后的研究方向及重点。     

美国固体推进剂的检验与鉴定规程

美国建立了测定固体推进剂的化学、物理和界面等各项性能的标准检验规程。对推进剂来说,所产生的整套数据,必须是充分的,而且足以确保其安全、工艺参数,并满足质量鉴定指标。固体推进剂的安全、化学、物理、力学等各项性能的检验,是与特定的发动机指标相联系的。测试项目的选择取决于推进剂的类型(如单基或双基,复合或复合改性双基),发动机使用条件(如密闭或不密闭的发动机壳体、相对应的溫度及高度的点火条件),以及要求的贮存寿命。目前,美国对推进剂的检验和鉴定大约进行六十种测试。本文提出了检验与鉴定准则的概要,讨论了各项或各类测试的细节与目的。     

固体推进剂承载热老化的实验研究

要正确预测出固体火箭发动机的贮存寿命,必须要研究材料在实际承载条件下的老化性能.本文通过承载热老化实验,研究了承载对一种典型复合固体推进剂老化性能的影响.所用方法亦可用于实际固体发动机贮存寿命的预估研究,所得结果可供有关人员参考.     

RDX／AP／Al／HTPB推进剂加速老化性能研究

按照复合固体推进剂老化试验方法，通过70℃加速老化试验，研究了防老剂H含量、MAPO含量以及键合剂种类对RDX／AP／Al／HTPB推进剂贮存老化性能的影响，并从理论上进行了分析。     

复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征

复合固体推进剂脱湿涉及导弹武器的贮存和使用情况。针对复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征开展研究。首先为研究复合固体推进剂在外界载荷作用下的细观损伤演化规律,基于随机序列吸附法、热膨胀原理和分步填充的思想,实现了高体积分数颗粒填充,并通过几何合并的方式,加入粘合剂基体和颗粒/基体界面,建立了高体积分数固体推进剂三维细观结构模型。该细观几何模型将固体氧化剂(AP)颗粒与羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂基体的连接界面处设定为内聚力单元,基于双线性损伤内聚力模型,考虑粘合剂基体与时间相关的粘弹特性,开展了不同应变率下固体推进剂的颗粒/基体界面脱湿数值模拟。提取内聚力界面单元高斯积分点的几何体积和刚度衰减率SDEG数据,定义固体推进剂材料内部脱湿面积,对其细观损伤进行了定量表征。结果表明,该三维细观结构模型能有效表征固体推进剂的细观结构。在外界载荷作用下,颗粒/基体界面脱湿容易出现在大颗粒及颗粒比较密集的区域,界面损伤导致颗粒承载能力下降,且应变率越高,推进剂内部越容易出现损伤。     

液体火箭推进剂贮存技术

针对液体火箭推进剂具有的腐蚀性，挥发性，吸湿性及毒性大的特点，提出了液体火箭推进剂的贮存技术及在贮存过程中的注意事项，为部队安全4有效地贮存液体火箭推进剂提供了可借鉴的技术措施，具有一定的应用价值。     

复合固体推进剂老化研究的发展动态

概述了复合固体推进剂抗老化性能和贮存寿命预估方法等研究方面的发展动态，并对进一步开展该领域的研究提出了建议。     

复合固体推进剂静电危险性数值模拟

建立了一维非稳态传热、传质、裂纹扩展方程,对复合固体推进剂在静电激励下的危险性反应过程进行了数值模拟研究。计算了使一种HTPB推进剂发生危险的临界放电能量为0.74 J,与文献报道值0.76 J接近,说明本数值计算模型比较准确。在模型验证的基础上,考察了某推进剂的特征参数,如断裂韧性、裂纹扩展速度、固相分解热、燃速及静电放电时间对该推进剂发生危险时的临界放电能量和功率的影响规律。研究表明,放电时间、断裂韧性、裂纹扩展速度、燃速对推进剂发生危险变化的临界能量影响较大,断裂韧性越大、裂纹扩展速度越低、燃速越高的推进剂越容易在静电激励下发生危险。     

复合材料壳体发动机推进剂药柱立式贮存应力分析

固体火箭发动机(SRM)推进剂药柱在立式贮存时要承受两种主要栽荷联合作用，即固化降温趋于平衡后的长期温差热载荷以及轴向的重力载荷作用。根据推进剂的材料特性以及不同的加载条件，采用线弹性理论，分别进行了SRM药柱在两种载荷作用下的三维有限元应力、应变计算，对药柱及其界面的危险部位重点进行了分析。