基于实测数据的舰载导弹固体火箭发动机环境温度方程的研究

为了有效解决目前舰载导弹固体火箭发动机缺乏适用的环境温度方程问题,从而为舰载导弹固体火箭发动机的应力应变计算、累积损伤分析、寿命评估、可靠性分析、药柱结构完整性分析等提供所需的环境温度数据,文章利用温度测量装置采集了舰载导弹固体火箭发动机舰面值班时的环境温度数据,通过对实测环境温度数据的分析研究,找出了该环境温度的变化规律和特点,并以此为基础提出了一种适合舰载导弹固体火箭发动机的环境温度方程。     

固体推进剂应力和应变与使用寿命关系

以Eying动力学公式为基础，结合推进剂应力-应变关系公式，将应力应变因素引入动力学公式，推导出了应力和应变与动力学公式的关系，并利用定载荷试验和定应变试验验证了上述关系。研究表明在推进剂的老化过程中，应力和应变的作用等效于降低了推进剂老化的表观活化能，从而加速推进剂的老化。应力对活化能作用系数γ的计算结果表明，应力和应变对加速推进剂老化、缩短推进剂寿命的作用是显著的。利用推导出的应力和应变与动力学公式的关系，可以使推进剂寿命预测的结果更接近于发动机中推进剂的实际使用寿命。     

某型固体火箭发动机综合性能试验与寿命评估

对不同贮存期的某型固体火箭发动机进行了零部件的功能试验和燃烧室的解剖试验。根据试验测得的推进剂化学性能和力学性能的变化,对不同贮存期的发动机进行了内弹道和结构完整性计算。比较理论分析和综合性能试验的结果,对该型发动机服役寿命进行了评估,发现决定其寿命的因素是粘接界面的失效。     

定应变下固体火箭发动机药柱概率贮存寿命预估研究

为研究定应变对固体火箭发动机药柱概率贮存寿命的影响,对推进剂高温加速老化力学性能数据进行了统计分析,利用随机有限元法分析了发动机药柱在内压和过载的联合作用下Von Mises应变的均值和标准差,采用应力-强度干涉模型计算了药柱结构可靠性随应变敏感系数的变化趋势,据此分析了定应变对发动机药柱概率贮存寿命的影响。结果显示,定应变对发动机药柱概率贮存寿命影响显著,以0.97为可靠性下限,当应变敏感系数为2.94时,其寿命约为30.98年,应变敏感系数为-2.94时,其寿命约为0.92年,在此范围,药柱概率贮存寿命随应变敏感系数的增大而延长。     

复合推进剂交变温度作用下应力应变数值分析

文章以某导弹发动机使用的复合固体推进剂为研究对象,采用热粘弹性有限元法分析了复合固体推进剂在交变温度载荷作用下的应力应变情况,给出了应力应变场的分布规律,判断了推进剂药柱容易失效的部位,为固体火箭发动机寿命预估新方法的探索提供参考。     

长期贮存固体火箭发动机安全性评估

为评估长期贮存后固体火箭发动机安全性的变化,对贮存时间为18年的某型固体火箭发动机进行了解剖.测试并比较了经过长期贮存后发动机药柱的力学性能和各种感度,而后进行了长期贮存后推进剂和发动机试件的枪击试验,各种试验项目中均利用贮存期为4年的推进剂方坯进行对比.结果表明:长期贮存后推进剂热安全特性变化不明显,但撞击感度和摩擦感度明显增加并且在枪弹高速冲击下破碎严重,长期贮存后发动机在模拟枪击试验中表现出爆炸倾向,使用安全性大大降低.      

旋转对固体火箭发动机的影响

对旋转对固体火箭发动机的影响进行了初步探讨。给出了旋转对推进剂应力应变的影响、产生的热力学方面的影响及旋转引起的气体动力学的影响等的分析计算模型。并在内弹道计算的基础上,对上述影响引起的发动机性能的变化进行了分析比较,得出了有意义的结论。     

摇摆载荷作用下舰载固体火箭发动机药柱疲劳损伤

以某固体火箭发动机为例,建立了摇摆载荷作用下发动机药柱的疲劳损伤评估方法.首先,通过推进剂定应力往复拉伸试验获得了复合固体推进剂的疲劳损伤特性;其次,运用有限元分析方法得到了发动机危险部位的应力谱;最后,运用雨流计数法和Miner线性累积损伤理论对发动机危险部位的损伤进行了评估.结果表明,发动机装药危险部位一年时间由于舰船摇摆载荷所造成的损伤为0.0855.      

固体推进剂贮存可靠寿命的Monte Carlo仿真计算

用Monte carlo统计模拟方法对火箭发动机固体推进剂随环境温度变化的力学性能进行了分析,提出了力学性能的可靠寿命仿真计算的方法,并对延伸率的老化可靠寿命进行了计算。     

固体推进剂速度耦合响应函数测量实验方法研究

为获得固体推进剂速度耦合响应特性,基于T型燃烧器测量技术,建立了一种测量含铝复合推进剂速度耦合响应函数的实验方法,并在工作压强为6.5MPa和振荡频率约为175Hz条件下,开展了响应特性实验研究。实验结果表明:速度耦合与压强耦合有明显的不同,压强耦合在整个振荡区域内均表现出增益作用,而速度耦合在不同振荡区域内可表现出增益作用,也可以表现出抑制作用;在本文的工况参数条件下,速度耦合响应函数值远大于压强耦合响应函数值。在固体火箭发动机非线性燃烧不稳定中,速度耦合响应是不可忽略的重要影响因素。本文所建立的实验方法能在测量速度耦合响应函数的同时获得压强耦合响应函数,可更好地分析固体推进剂的燃烧响应特性。因此,该方法为分析固体火箭发动机非线性燃烧不稳定问题提供了重要的实验手段。     

定应力幅值往复拉伸过程中推进剂的损伤扩展

对复合固体推进剂进行不同应力幅值条件下的纯复拉仲试验,找出加载过程中往复拉伸曲线、特征应变以及耗散能的变化规律,以分析定应力幅值往复拉伸过程中推进剂的损伤特性.结果表明:往复拉伸过程中耗散能的变化反映了推进剂在不同拉伸应变下损伤形式不同,往复过程中的耗散能主要由基体的粘性耗散与破坏提供,应力幅值与往复拉伸寿命的对数之间...     

超期贮存发动机固体推进剂能量特性试验研究

固体推进剂的老化,会使其燃速、爆热值下降,势必会影响固体火箭发动机的内弹道性能,从而影响导弹的正常飞行。文中介绍了通过3台超期贮存的某型固体发动机的解剖,并对其推进剂的燃速和爆热进行了试验测定;根据试验数据,对该型超期固体发动机进行了内弹道仿真及相关计算,得到了不同贮存期发动机的比冲和推力,为正确评估该型发动机服役寿命提供了参考数据。     

Service life prediction of AP/Al/HTPB solid rocket propellant with consideration of softening aging behavior

The aging behavior of softening composite solid propellant was investigated by measuring its mechanical and ballistic prosperities during prolonged storage at elevated and room temperatures. Accelerated aging was conducted at 65 °C for 231 days while the normal aging was performed at 25 ± 3 °C and relative humidity less than 50% for 8 years. The mechanical properties were obtained from uniaxial tensile tests for the aged propellant specimens while the ballistic properties were determined from static firing tests of subscale motors aged for 112 days at 65 °C. The mechanical results show that the maximum tensile strength and Young's modulus initially increase and subsequently decrease with increasing aging time, while the maximum tensile strain generally increases with increasing aging time. The ballistic properties like burning rate show a small change which cannot affect the ballistic performance. The experimental results show that the changes in the mechanical properties are significant during the aging period, but the burning rate does not undergo significant changes. From this study, it is observed that the propellant ages through a combination of reactions like post-cure, oxidative cross-linking, chain scission, and hydrolysis. The chain scission and the hydrolysis effect are the most significant process, which makes the propellant soft and extendible. The observed aging mechanism has been modeled using an exponential function with two terms which can describe the complex behavior of the aging. By applying Arrhenius equation,the activation energy values were obtained based on the propellant mechanical properties. The shelf life of this propellant formulation at 25 °C is predicted to be 13 years using the modulus as failure criteria and control parameter.     

固体火箭发动机装药寿命预示方法试验研究

研究了固体火箭发动机装药硬度和ＨＴＰＢ推进剂方坯硬度、强度及延伸率在贮试期内的变化规律，建立了装药硬度－强度、延伸率－贮存期相关联的数学模型和回归方程组。用其预估固体发动机装药寿命。     

考虑界面损伤的立式贮存药柱结构完整性研究

为了进一步结合实际分析固体火箭发动机药柱在立式贮存条件下的结构完整性，考虑推进剂/衬层界面损伤模式在复杂应力条件下具有多样性。以某型固体火箭发动机为例，与常规将衬层设置为粘接单元相比，模型在推进剂与绝热层之间设置粘接接触。对固体火箭发动机在立式贮存环境时经历固化降温、充气内压和重力载荷联合作用下有无界面损伤时的发动机进行仿真分析。结果表明:界面损伤的存在导致推进剂/绝热层界面这个薄弱环节更危险；该型固体火箭发动机药柱在充气内压增大过程中在人工脱粘层根部部位应力呈先增大后减小趋势；在充气内压达到0.085MPa之前，推进剂与绝热层之间考虑界面损伤时，推进剂在垂直于轴向的靠近人工脱粘层根部部分更容易损伤，之后则推进剂垂直于轴向的初始点更容易损伤。该结论可以为固体火箭发动机结构完整性精确仿真提供一定的指导。     

Structural assessment of a solid propellant rocket motor: Effects of aging and damage

The aim of this study is to perform structural analysis of a solid propellant rocket motor using the finite element method and to determine the effects of aging on the analysis results. Thermal and pressure loadings occurring during the shipping, storing and firing are considered to be the most critical in determining long-term behavior of the motor. Stress and strain distribution in the rocket motor under these loading conditions are determined. Maximum hoop strain at the surface of the propellant and bond stresses at the interface between the liner and the insulator are evaluated as indicators of cracking in the propellant grain and debonding at the liner–insulator interface. The analyses are performed for both unaged and aged propellants. The results can be used to estimate the service life of the motor.     

HTPB复合固体推进剂率相关损伤机理分析与验证

固体发动机在点火过程中常由于结构完整性问题而出现爆炸或性能曲线异常等问题，结合发动机在点火状态下推进剂的受载情况，亟待探索固体推进剂的率相关损伤机理。本研究从某HTPB复合固体推进剂在宽温和宽应变率下单向定速拉伸试验的力学响应特征入手，针对应力-应变曲线呈现的“双峰”、“脱湿”点前后移位等现象阐释了推进剂的率相关界面损伤特性。然后，基于建立的推进剂细观有限元模型对推进剂的率相关损伤过程进行了仿真计算，通过提取有限元分析结果的损伤界面分析了推进剂的界面损伤机理。最后，通过高速摄像试验的结果对损伤机理进行了验证。结果表明，推进剂的界面损伤过程具有很强的率相关性，“双峰”和“脱湿”点前后移位均与推进剂在不同应变率下拉伸时内部的损伤演化过程有关。通过对比推进剂在不同应变率下拉伸时断裂前的形貌，高应变率下AP颗粒析出数量较多，在一定程度上印证了本研究对推进剂损伤机理的阐释。     

基于舰船摇摆载荷的推进剂粘接界面疲劳损伤模型

以某固体火箭发动机为例,建立了舰船摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤模型。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了界面的疲劳损伤S-N曲线;选取残余应变为损伤变量,并根据试验数据建立了推进剂粘接界面的疲劳损伤演化模型。试验及研究结果表明,推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足方程Y=0.748exp(-X/5.663)-0.0261。推进剂粘接界面在舰船摇摆载荷作用下的疲劳损伤量与循环加载比满足方程D=0.1517(1-exp(-β/0.0386))+0.8483(1-(1-β)1.1)。     

固体火箭燃烧室内微粒分布的实验研究

介绍一种实时脉冲取样器用于测定固体火箭燃烧室内凝相微粒尺寸分布技术，实验结果表明，含铝推进剂微粒呈二模态或三模分布，燃烧室内压力大，微粒趋大，燃烧室压力很小，微粒亦趋大，有一最小尺寸的压力值，残渣影响微粒尺寸测量，而推进剂燃烧特性将直接影响着微粒尺寸分布。