固体火箭发动机HTPB推进剂燃速性能老化研究

为研究某型固体火箭发动机高燃速端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在全寿命期内的燃烧性能——燃速,通过高温加速老化实验和活化能理论推测出发动机推进剂在常温25℃下和高温70℃下的老化速度;由此,通过高温70℃的加速老化实验来获得不同贮存期的发动机推进剂试验样本;通过推进剂燃烧实验,测试了不同贮存期的推进剂的燃速,结果表明,随着发动机贮存时间的延长,HTPB推进剂燃速逐渐降低。     

改性双基推进剂老化燃烧性能实验研究

用Ｘ射线实时荧屏分析系统对人工加速老化的改性双基推进剂的燃烧性能进行试验研究,结果表明,人工加速老化对双基推进剂的燃速影响不大,但对推进剂的装药结构性能有较大影响。试验发现在７０°Ｃ的老化温度下２４天后,推进剂的结构破坏导致异常燃烧现象明显,辅助试验表明,６０°Ｃ９０天可以认为是该种推进剂的安全界限     

压电阻抗法表征固体推进剂老化的研究

为了更好地得到压电阻抗法（EMI, Electro-mechanical impedance）监测固体推进剂老化规律并从物理特性上对其科学性、可靠性及有效性进行验证，采用理论推导分析方法将压电阻抗电学性能参数与动态力学性能参数进行联系；对热老化HTPB推进剂进行EMI试验及动态热机械分析（DMA, Dynamic thermomechanical analysis）测试，并根据结果分析进行验证。结果表明：压电阻抗电学性能与动态力学性能能够通过动态模量与导纳之间的关系以及电压电流滞后角与力学损耗角之间的关系进行联系；热老化HTPB推进剂在不同测试频率下力学损耗因子温度谱峰值随老化的变化规律一致，均随热老化时间的延长而降低；电压电流滞后角正切值能够很好反映HTPB推进剂的老化，共振频率处的滞后角正切值随热老化时间的延长而降低，并且与损耗因子峰值呈现出明显的线性关系。     

不同拉伸速率下改性双基推进剂的力学特性

为研究改性双基推进剂力学性能的率相关性,开展了不同速率下改性双基推进剂单轴拉伸力学性能试验,并利用扫描电镜对拉伸断面的形貌进行了观察,分析了拉伸速率对推进剂力学性能以及断面形貌的影响,以及不同拉伸速率下的破坏模式。结果表明：随拉伸速率的增加,推进剂应力-应变曲线逐渐出现应变强化现象,且现象越来越明显;推进剂的初始模量、强度随拉伸速率的增大呈现上升趋势;推进剂的断裂伸长率随拉伸速率的增大,呈现先上升后下降的趋势,在0.24%·s-1应变速率附近达到极值;随拉伸速率的增大,推进剂的破坏模式分别表现为颗粒“脱湿”、基体断裂、颗粒断裂。     

定应变下丁羟推进剂贮存寿命预估

采用高温加速老化法,研究了中燃速丁羟推进剂在受力（１５％定应变）状态下力学性能变化,预体了推进剂的受力与非受力（０％应变）状态下贮存寿命。结果表明：定应变的作用对推进剂的贮存寿命影响较大,推进剂在受力状态下的贮存寿命比非受力条件下的贮存寿命缩短了４年左右。     

一种有效评估推进剂药柱老化的方法

固体火箭发动机用的合成推进剂其物理性能会随使用年限发生很大的变化.因此在估算安全界限及重新评估剩余寿命时,需要对时效的火箭发动机在其寿命跨度的各个不同阶段进行结构完整性分析.而且在分析的时候必须采用现时的推进剂物理参数,以获得可靠的分析结果.在推进剂暴露面处,因时效而引起的物理性能变化更是尤为明显.而用传统方法评估的物理参数不可能真实地反映现时推进剂的物理性能.本文提出一种利用小型实验装置测量推进器药柱表面应力应变响应的技术.在此技术中,采用特殊设计的装置测量出推进剂表面以恒速率受压时的应力响应.然后将所测得的应力应变行为与经人工时效的推进剂拉伸试验测得的物理参数建立起相应的关系.研究表明它们之间存在着很好的对应关系,它能明确给出发动机推进剂的物理性能参数.与传统方法相比,它既安全又经济.     

宽使用温度范围的丁羟高燃速推进剂配方研究

研究了细AP含量、增塑剂癸二酸二异辛酯（DOS）含量和键合剂LW1等因素对HTPB／IPDI高燃烧推进剂－55℃低温力学性能的影响，获得了一个使用范围广（－55℃－＋70℃）、综合性能优良的丁羟高燃速推进剂配方。该推进剂除具有能量高、燃速高等特点外，还有优良的力学性能。70℃最大抗拉强度（σm）蒺、MPa,25℃,70℃最大伸长率（εm）大于45％，－55℃时的伸长率大于30％。     

AP/DHG/聚醚燃气发生剂的研究

研究了以高氯酸铵（ＡＰ）／二羟基乙二肟（ＤＨＧ）／聚醚为主要组分的燃气发生剂的配方和主要性能。用实验室合成的聚合物Ｐ－１００对ＤＨＧ进行了包覆,并对所包覆的ＤＨＧ进行了一定的表征。采用包覆ＤＨＧ,ＡＰ,聚醚等作为主要成分,制备了燃气发生剂,测定了燃气发生剂的燃烧性能、力学性能和灰分,并分析了ＤＨＧ的降速机理。结果表明,聚合物Ｐ－１００包覆ＤＨＧ的包覆度很高,且可显著提高拉伸强度。     

丁羟固体推进剂力学性能模拟计算

提出了丁羟固体推进剂力学性能的三相结构模型(分散相-界面相-连续相),建立了丁羟固体推进剂力学性能与弹性母体的伸长率和弹性模量、推进剂组分固体含量、粒径、级配、粘合剂和键合剂等的数学关系,进行了编程计算;推进剂抗拉强度和伸长率的计算结果与实验值吻合较好,并用该软件计算研究了弹性母体的伸长率及模量?AP的粒径及级配?键合剂的含量等对推进剂力学性能的影响规律。     

包覆快燃物的特性及其对推进剂燃烧性能影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、衰减全反射-傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)、光电子能谱(XPS)、机械感度测定装置等分析和测试手段研究了快燃物ACP(一种以二价铜胺络离子为阳离子的高氯酸盐)包覆后的特性。SEM,ATR-FTIR,XPS分析结果表明:聚氨酯(PU)包覆后的ACP表面有清晰的包覆层,表面裂纹减少,规整度提高,包覆度的大小可以通过调节PU含量来进行有效控制。机械感度实验表明包覆后ACP的特性落高H50为63.1 cm,比包覆前提高了22.4 cm;摩擦感度由包覆前的48%降为28%。将未包覆ACP和同等含量、包覆度为61.8%的ACP分别应用于改性双基推进剂中进行了燃烧性能的比较,发现包覆ACP改善了推进剂的燃烧性能,使其在11~20.5 MPa范围内的燃速压强指数降低约0.3。     

HTPB推进剂凝胶分解特性与老化性能的相关性

研究了贮存老化过程中 HTPB推进剂凝胶的氧化反应热效应与推进剂力学性能之间的相关性。实验表明 ,HTPB推进剂贮存老化过程中 ,凝胶的氧化反应热效应与推进剂最大强度下的延伸率 ,二者之间存在很好的线性相关性 ,为进一步快速预估 HTPB推进剂的贮存寿命 ,提供了一种样品用量少、快速简便的新方法     

中性聚合物键合剂对硝胺推进剂相界面的作用

采用溶胀比测试和原位拉伸扫描电镜观测等手段,研究中性聚合物键合剂（NPBA）对硝胺填充固体推进剂界面作用的影响。结果表明,NPBA能在硝胺颗粒周围形成一层高模量中间相,有效地解决“脱湿”问题,提高了推进剂的拉伸性能。     

Effects of different aging treatments on microstructures and mechanical properties of Al-Cu-Li alloy joints welded by electron beam welding

Post-weld single aging treatment(solution treatment at 510 ℃ for 1 h, water quenching,and aging at 155 ℃ for 16 h) and post-weld double aging treatment(solution treatment at 510 ℃ for 1 h, water quenching, aging at 155 ℃ for 16 h, and aging at 130 ℃ for 12 h) are carried out on Al-Cu-Li alloy joints by electron beam welding(EBW) respectively. The effects of aging treatments on microstructures and mechanical properties of welded joints are investigated. Results show that the mechanical properties of welded joints are obviously improved after both aging treatments. The strength coefficient of joints is increased from 0.64 in an as-welded condition(AW) to 0.90 after post-weld double aging treatment. Microstructure analysis shows that the precipitates of the fusion zone within grains and grain boundaries are less in the AW condition. After post-weld heat treatment(PWHT), a lot of fine needle-like phases T_1(Al_2 Cu Li) precipitate in grain boundaries of the fusion zone, and more horseshoe-shaped β' (Al_3 Zr) particles precipitate within grains. In addition,grains of the fusion zone are refined after post-weld double aging treatment, which leads to an effect of grain refinement strengthening. Consequently, the mechanical properties of welded joints are greatly improved.     

考虑围压效应的N15固体推进剂本构模型

利用自制围压试验系统,完成了不同围压下N15固体推进剂的力学性能测试,结果显示:围压对推进剂初始模量影响不大,但最大抗拉强度、断裂强度、最大伸长率和断裂伸长率均随着围压的增大而增大;结合推进剂细观结构及断面分析,初步揭示了围压对推进剂力学性能的影响机理,由于围压的存在,推进剂内部颗粒脱湿度降低,孔洞由于受到压迫,其形成扩展过程延缓,裂纹萌发扩展被抑制,从细观结构上证明了围压对推进剂具有强化效果;根据弹性-黏弹性对应原理建立了考虑围压效应的N15推进剂本构模型,结果表明所建立的本构模型准确度较好,能够准确描述围压对N15推进剂力学性能的影响。      

HTPB复合推进剂燃速对固体火箭发动机内弹道性能影响

为准确预测不同贮存期HTPB复合推进剂燃速对固体火箭发动机内弹道性能影响,文章通过燃烧实验测量了贮存2a、5a、8a和10a发动机推进剂燃速,通过燃烧室—喷管一体化三维流场仿真技术计算了不同贮存期发动机内弹道性能.实验与计算结果表明,贮存时间越长,推进剂燃速越慢,发动机燃烧室内出现压力高峰的时间越滞后,并且压力峰值越下降.     

动态横向过载对固体火箭发动机内弹道的影响

为研究动态横向过载下固体火箭发动机（SRM）的内弹道特性，进行了某三组元复合推进剂在-50g～50g过载加速度下的燃速测量，结合Greatrix多参数模型建立了该推进剂的过载燃速模型；基于此模型，对管型内孔燃烧装药进行了横向过载下的燃面退移模拟，建立了动态横向过载下大长径比发动机的内弹道计算模型。结果表明：过载对该推进剂燃速影响存在一个角度阈值，负角度过载影响很小；瞬间一个横向过载会使燃烧室压强发生跃迁，在100g过载下，压强增加8%左右，过载消失，压强骤降；若受横向过载时间间隔一定，100g过载下导弹后作机动飞行（t=12～15 s）比先机动飞行（t=3～6 s）压强变化幅值小1%，对飞行更有利。     

定应变贮存条件下HTPB推进剂填料/黏合剂界面性能

为研究定应变贮存条件下HTPB推进剂的主要失效原因,基于单轴拉伸实验,得到HTPB推进剂的宏观力学性能。基于扫描电镜观察和测试探测液在填料AP,黏合剂基体上的接触角方法,表征了微观界面性能。实验结果显示,随老化时间的延长,最大延伸率显著降低,填料与黏合剂基体黏结变差,黏附功Wa减小,界面张力γsl增大。HTPB推进剂填料与黏合剂基体的界面黏结情况可由填料与黏合剂基体的黏附功、界面张力来表征。定应变作用下推进剂老化后黏附功的值远低于无应变热老化的值,界面张力的值远高于无应变热老化的值,定应变的存在严重影响了推进剂填料/基体界面的黏结。宏观-微观性能的相关性研究表明,最大延伸率和黏附功存在线性相关关系,最大延伸率的降低主要由界面黏结的劣化引起的。     

多孔高氯酸铵的制备及其对固体推进剂燃速的影响

介绍美国和台湾用对流炉和沸腾床制备多孔高氯酸铵(PAP)及包覆法。同时介绍了用PAP部分取代HTPB体系推进剂中的AP和全部取代双基推进剂中的超细AP的燃烧性能研究。结果表明,用包覆的PAP取代超细AP是提高燃速的较好途径。     

扩链剂对NEPE推进剂力学性能的影响

采用单向拉伸性能测试研究了三类扩链剂对NEPE推进剂力学性能的影响，并用交联密度和凝胶分散测定，以及小角X射线散实验的方法，研究分析了扩链剂的作用机理，结果表明：由于扩链剂消耗了部分固化剂N－100，导致NEPE推进剂的伸长度增加，拉伸强度下降；通过调节扩链剂的含量，提高固化参数及改变推进剂的制备工艺可以提高扩链剂的作用效果，扩链剂可以在拉伸强度少量降低的情况下大幅度提高NEPE推进剂的伸长率；NEPE推进剂力学性能的提高不是由于微相分离，而是由于扩链剂改善了推进剂的网络结构。     

Investigation of the role of aziridine bonding agents on the aging of the composite solid rocket propellant(CSRP)

The role of bonding agents on the aging characteristics is one of the important research topics.Aging program of the prepared propellant samples was conducting as follows:Five samples,two free of bonding agents,and three containing an aziridine based bonding agents(MAPO,HX-752,MAT4),four samples based on different bonding and curing agents all were aged at 70 ℃.The prepared bonding agent "MAT4" gave remarkable improvements and resulted in highly stable mechanical properties comparing with HX-752 or MAPO.The selected bonding agents family inhibited the rate of decomposition of the propellants during the aging periods and supported the propellant matrix against decomposition at the elevated temperatures.