一种表征固体推进剂药浆浇注过程中流动性能的新方法

采用了一种直观、快速测试下料速度、堆积高度、流平速度的新方法来表征混合后复合固体推进剂药浆流动性能。药浆下料速度测试采用在实验室模拟浇注工艺,在工艺压强0.1 MPa、温度50℃下,对下料嘴直径与花板孔径相同的粘度杯加压的方式进行测试。结果表明,下料速度测试结果与传统的粘度测试方法-旋转粘度计法的测试结果具有很好的一致性,二者关系符合幂律函数,相关系数R=0.997。堆积高度和流平速度采用视频采集的方式进行测试,即用高速相机拍摄间隔5 s的药浆下料后堆积、流平的图像,并用专用测试程序对图像进行处理,从而计算出药浆间隔0.5 min的流平速度和堆积高度。二者测试结果相对标准偏差RSD均小于5%。该新方法与旋转粘度计法比较,可快捷、直观地表征药浆流动性能,更适合于现场质量监控。     

固体推进剂药浆流平性对发动机装药结构完整性的影响

为分析固体推进剂浇注质量对发动机装药结构完整性的影响,首先采用流平仪对推进剂药浆放置不同时间后的流平性进行了试验,然后通过单轴拉伸试验和微CT扫描试验对相应条件下推进剂的力学性能和孔隙率进行了研究,最后结合有限元计算方法对发动机装药的结构完整性进行了分析。结果表明,随着推进剂药浆放置时间的增加,推进剂流平性逐渐变差,药浆放置5 h后药面有条痕堆积现象,但推进剂的单轴拉伸力学性能差异并不大。通过微CT扫描试验发现,推进剂药浆放置时间由1 h增加到5 h,孔隙率由2.65‰增大至7.97‰,使得推进剂泊松比降低,导致发动机装药在低温点火压力载荷下的变形增大,安全欲度降低。     

防老剂对HTPB-IPDI高燃速推进剂性能影响研究(Ⅱ)

研究了胺类防老剂H（N，N-二苯基对苯二胺）和酚类防老剂甲叉4426－S（硫代双-（3，5一二特丁基-4-羟苄基）对HTPB-IPDI高燃速推进剂流变和力学性能的影响。实验结果表明，合防老剂H的推进剂药浆表现粘度增大，剪切速率指数变小，药浆的流动流平性变差，而甲叉4426-S对推进剂药浆的流动流平性影响较小。当推进剂的常温抗拉强度σm，相当时。加入防老剂H的推进剂其他力学性能比空白和含甲叉4426-S配方的力学性能略有提高。     

防老剂对HTPB-IPDI高燃速推进剂性能影响研究(Ⅰ)

研究了胺类防老剂Ｈ（Ｎ，Ｎ’－二苯基对苯二胺）和酚类防老剂甲叉４４２６－Ｓ（硫代双－（３，５－二特丁基－４－羟苄基）对ＨＴＰＢ－ＩＰＤＩ高燃速推进剂流变和力学性能的影响。实验结果表明，含防老剂Ｈ的推进剂药装表现粘度增大，剪切速率指数变小，药浆的流动流平性变差，而甲叉４４２６－Ｓ对推进剂药浆的流动流平性影响较小，当推进剂的常温抗拉强度σｍ相当时，加入防老剂Ｈ的推进剂其他力学性能比空白和含甲叉４４２６     

少铝HTPE推进剂药浆流变特性研究

通过采用稳态剪切和小振幅振动剪切方法研究了少铝端羟基聚醚(HTPE)推进剂药浆的流变性能。研究表明,少铝HTPE推进剂药浆均具有假塑性、屈服性、非线性粘弹性和触变性等流变特性。在30～65℃范围内,推进剂药浆的粘流活化能高于HTPE粘合剂的粘流活化能,分别为27.31、10.95 kJ/mol。推进剂药浆在50℃时有明显触变滞后环,而在60℃时药浆的滞后环明显减小,升高温度可降低推进剂药浆的触变程度;根据配方组成特点及触变特性,建立了药浆的触变模型。少铝HTPE推进剂药浆固化过程可分为反应初期、反应加速期和凝胶反应期,药浆的凝胶时间在750 min左右;在反应初期,药浆储能模量和损耗模量增长缓慢,化学反应速率较低;在凝胶反应期药浆的储能模量和损耗模量增长很快,短时间内到达初始储能模量和损耗模量的几十倍。     

推进剂药浆流变特性研究

采用HAAKE旋转粘度计研究了推进剂药浆的流变特性。结果表明:药浆在很低剪切速率下呈牛顿性;在一定剪切速率范围内为假塑性;药浆存在流动畸变。文中还介绍了药浆粘度、剪切速率指数、屈服值、触变性及时间、温度的影响规律。     

膏体推进剂和固体推进剂药浆稳态燃烧研究

在固体推进剂ＢＤＰ燃烧模型基础上，引入膏体推进剂燃烧效应这一新参数将模型推广于膏体推进剂和固体推进剂药浆燃烧研究，模型考虑了氧化剂粒度分布，组分配比，催化剂性有和膏体推进剂燃烧热效应等对燃速的影响，以及药浆固化有前后燃速差别，还有靶线法测量了某批次复合推进剂药浆固化前后燃速变化，论文结果可用于膏体推进剂的配方和性能预测，以及利用药浆燃速预示固化后推进剂燃速，监控固体推进剂制造质量。     

中性键合剂在叠氮高能推进剂中应用工艺研究

为提高叠氮高能推进剂(BAMO-THF/A3/AP/HMX/Al)力学性能,避免脱湿现象,对中性聚合物类键合剂(NPBA)在推进剂中添加应用工艺进行了研究。基于NPBA对在硝胺表面包覆效果和键合剂反应速度的影响机理,通过实验研究了键合剂加入方式、溶剂用量、捏合温度和捏合时间对键合剂键合效果的影响。结果发现:为使键合剂均匀分散至捏合体系中,增大与硝胺的接触,需将键合剂溶于溶剂再添加至药浆中,捏合过程中通过抽真空抽除溶剂;较高的捏合温度利于提高药浆流平性,加快键合剂与固化剂的反应速度,改善不同组分间的相容性,但温度选择时应考虑生产设备的限制;延长捏合时间可使键合剂充分包覆硝胺,提高推进剂力学性能。研究确定的NPBA用于叠氮高能推进剂的最佳工艺条件为:采用溶剂RJ溶解NPBA,RJ与NPBA质量比为5∶1;在温度60℃下捏合60~90min,捏合后抽真空20min。采用该工艺时,出料的工艺性能良好,经固化制得的推进剂方坯力学性满足使用要求。     

预测AP/HTPB推进剂药浆粘度的经验模型

高固体含量推进剂药浆粘度的理论处理很困难,本文提出了预测AP/HTPB推进剂药浆粘度的经验模型,把药浆粘度跟体积分数C_1关联起来,得到如下方程:logηr=ao+∑a_iC_i+∑b_iC_i~2+Σc_iC_i~3再采用回归分析,求解出每个回归系数。借助该模型,可预测单级配、多级配AP/HTPB推进剂药浆粘度。使用布氏粘度计测定药浆粘度。同时研究了药浆粘度与固体含量、AP粒度比和混合比的关系。     

含硼富燃固体推进剂药浆粘度调节

介绍了硼、ＡＰ包覆硼和ＨＴＰＢ胶混合过程中粘度随时间变化情况；讨论了镁粉、键合剂对含硼富燃固体推剂药浆粘度的影响。进行了一系列的试验处理，降低了含硼富燃固体推进剂药浆粘度，使含硼富燃固体推进剂浇注工艺获得成功。     

推进剂功能组分作用研究(Ⅳ)--工艺/力学性能

在丁羟/铝粉/高氯酸铵组成的三组元推进剂体系中,通过药浆流变性测试、动态力学分析（DMA）、单向拉伸性能、凝胶分数和相对交联密度的测定,研究了一些功能组分如氮丙啶类化合物MAPO、醇胺络合物TEA·BF3、胺类化合物H对推进剂工艺性能和力学性能的影响.结果表明,MAPO可以降低药浆屈服值和表观粘度,改善工艺性能,显著增加最大抗拉强度,但对最大伸长率无影响;TEA·BF3大幅度增加药浆屈服值,使工艺性能变差,一定程度上提高最大抗拉强度和发挥熵弹性而增加最大伸长率,H可以显著改善推进剂工艺性能和增加最大伸长率.文中还对功能组分在推进剂中的作用机理进行了分析探讨.     

复合固体推进剂浇入发动机时的流变学

浇铸时未固化的复合固体推进剂的流动特性是十分重要的,因为它直接关系到发动机装药的完整性。增加推进剂的固体含量,可以提高能量特性,却导致药浆的流动性变坏。固体含量高的推进剂呈现非牛顿假塑性流动特性,即表观粘度依赖于剪切应力,以及随着未固化推进剂存放时间的增长,假塑性也增加。本文介绍了在 NASA 主办下进行浇铸研究的一些情况。对浇铸过程中剪切应力的三个明显不同区域和每一区域中推进剂的流动特性,进行了讨论。叙述了推进剂组分和工艺条件的变化对表观粘度的影响和浇铸过程中形成药柱缺陷的有关流变性能的实验结果。     

延长丁羟推进剂适用期的实验研究

本文介绍了用旋转粘度计测量推进剂固化系统(即药浆分散相)粘度的方法,进行丁羟推进剂适用期延长剂筛选的实验研究,以及用推进剂药浆验证的结果,发现最有效的适用期延长剂是四环素.     

复合推进剂装药混合中的扭矩安全值

对推进剂装药混合工艺中安全扭矩的预定值进行了研究。混合过程中扭矩主要影响因素是作用在桨叶上的摩擦动能矩。采用动能矩模型公式,建立了药浆敏感度、混合机大小、装药量、混合机扭矩与转速的因果关系,计算出某高燃速(34 mm/s) HTPB推进剂在某大型混合机混合爆炸扭矩曲线的动能矩值。模拟推进剂药浆状态,测试出药浆敏感度的最低概率爆炸动能矩,得到了模拟动能矩与混合机动能矩两者的校正倍差值4.38,经25 L、600 L混合装药的扭矩安全性验证。探索出测试推进剂药浆物态的感度,转换为混合机动能矩的方法;确定混合中药浆的安全"门槛值"、控制预(报)警值、爆炸危险点动能(或扭矩);获得预测装药混合工艺扭矩的安全值,为避免混合受力爆炸事件提出了一种理论指导依据。     

药浆燃速,药条燃速,发动机燃速应用及其特点

介绍了药浆燃速，药条燃速（也称静态燃速）发动机燃速及它们之间的关系，药浆燃速的测试方法及试样制作。药浆燃速的测试是在推进剂装药之前，若能应用于预示，它将防止装入不符合设计指标要求的推进剂，从而保证装药质量，根据实验结果发现，目前的药浆燃速测试结果能反映因配方改变而导致的燃速差别，药浆燃速与药条燃速，实验发动机燃速有较好的定量关系。     

高能含硼贫氧推进剂工艺性能改善研究

通过对无定形硼粉进行表面包覆、团聚造粒及添加工艺助剂,改善了含硼贫氧推进剂工艺性能,采用落球粘度计对药浆粘度进行对比测试,从中选择最优方法,以改善含硼贫氧推进剂药浆工艺性能.     

表面张力贮箱推进剂管理装置流阻的计算

为了在设计卫星用表面张力贮箱时，正确地计算出推进剂管理装置中液体推进剂的流阻，根据液体的流动特性，研究了卫星用表面张力贮箱推进剂管理装置中推进剂在管道，筛网和一些局部流阻的计算方法，给出了各部分流阻的计算公式，据此实际计算了一个简单的推进剂管理装置，并和实验进行了比较，结果表明理论和实验较为符合。     

AP/RDX/Al/HTPB推进剂用硼酸酯键合剂的合成与应用研究

针对丁羟四组元推进剂存在的工艺性能与力学性能的问题,设计合成了新型硼酸酯键合剂。选用二乙醇胺、1-溴代正丁烷、丙烯腈、冰乙酸为原料,合成了N,N-二羟乙基正丁胺、N-(2-腈乙基)二乙醇胺、N,N-二羟乙基乙酰胺中间体。对二乙醇胺和丙烯腈反应的产物做了红外和气-质联用分析,证实合成产物为目标化合物。利用所合成的中间体及甲基二乙醇胺与硼酸三正丁酯,合成了4种新型硼酸酯键合剂,采用丁羟四组元推进剂配方装药,验证了它们的使用效果。结果表明,新合成的4种键合剂都能明显改善药浆流动流平性,其中BA-3和BA-4具有很好的键合效果,显著提升了推进剂的力学性能。     

推进剂功能组分作用机理研究——(Ⅱ)丁羟/铝粉体系

在丁羟 /铝粉组成的实验体系中 ,通过测定药浆流变性的变化 ,研究了一些功能组分在推进剂中的作用机理。结果表明 ,醇胺络合物TEA·BF3 是推进剂中铝粉的偶联剂 ,在其它功能组分存在的条件下 ,仍能竞争吸附于铝粉颗粒表面。实验发现 ,在Al/HTPB/IPDI体系药浆中 ,TEA·BF3 与MAPO间存在明显的协同效应 ,使药浆流变性能显著恶化。文中对其它一些功能组分在药浆中的作用机理也进行了分析探讨。     

凝胶推进剂直圆管流动特性探讨

分析了非牛顿流体的类型,认为在液体火箭发动机中有应用前景的凝胶推进剂类型应是有屈服应力的牛顿流体或者幂律流体,关键在于胶凝剂。研究了直圆管中凝胶推进剂的流动特性,依据剪切速率可以将凝胶推进剂在直圆管中的流动分为三个区域。在第二流动区中,可以用幂律流体推导的流阻方程计算管路流阻;在第三流动区,可以近似用牛顿流体流阻方程计算流阻。