GAP研究的进展

GAP(缩水甘油叠氮聚合物)是一种热稳定和钝感的含能端羟基聚合物,可应用于以下先进的固体推进剂领域:a.1.3级非爆炸微烟推进剂;b.固体火箭助推器的洁净推进剂;c.气体发生器/飞行器起动器装药;d.低成本ASAT机动推进系统装药;e.轨道飞行器的高性能推进剂.本文介绍了从洛克达因公司开始研究到空军赞助下GAP现阶段的高度发展历史.     

我国空间碎片研究的进展情况与后续工作考虑

一、背景情况空间碎片是人类有意或无意丢弃在太空中的废弃物,是空间环境的主要污染源。由于空间碎片滞空时间相当漫长,碎片之间相互碰撞或爆炸又会产生新的、体积更小的空间碎片,从而加大了对空间飞行器特别是载人航天的潜在危害。因此,西方航天大国及俄罗斯等国家十分重视空间碎片研究。1993年,美国、俄罗斯、日本和欧空局发起成立了机构间空间碎片协调委员会(IADC)这一国际组织,以加强各成员机构间的交流,协调行动,控制空间碎片的产生,保护空间环境。二、参加机构间空间碎片协调委员会1995年6月,经国务院批准,我国以国家航天局的名义加…     

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。     

固体推进剂装药枪击试验数值模拟与试验

固体推进剂的枪击试验是评价固体推进剂及装药在受到枪击的情况下,是否发生燃烧、爆炸及爆轰等剧烈反应的重要试验方法。采用LS-Dyna有限元仿真软件研究了枪击试验推进剂的反应过程,并采用12.7 mm枪击试验验证了LS-Dyna的计算结果。结果表明,以点火增长模型、Johnson-Cook本构模型和Gruneisen状态方程分别赋予推进剂、子弹及推进剂壳体,计算结果表明,推进剂发生明显的燃烧反应,且推进剂燃烧在壳体内部产生的压力显著增大。采用12.7 mm枪击试验验证的试验结果表明,推进剂装药在12.7 mm子弹以约850 m/s速度撞击下,推进剂发生燃烧,此结果与模拟结果相一致。     

空间碎片减缓策略效果仿真

根据机构间空间碎片协调委员会(IADC)和欧空局(ESA)的空间碎片减缓要求,在建立航天发射、爆炸和碰撞模型,以及碎片演化机制的基础上,对常规发射(BAU)、禁止在轨爆炸(NO-EX)和全面减缓(MIT)三种空间碎片减缓策略条件下,对2000~2100年空间碎片环境进行了仿真计算。结果表明,禁止航天器在轨爆炸、对失效的卫星和火箭上面级实施离轨操作,以及在航天器的发射和运行中不产生或抛弃分离物等减缓措施是限制空间碎片数量增长的有效方法。     

固体火箭发动机撞击靶板安全性数值分析

为研究固体火箭发动机撞击安全性,建立了固体火箭发动机撞击靶板的计算模型,模型中发动机的推进剂装药采用点火增长反应速率方程.采用非线性有限元流体动力学方法,对发动机径向撞击靶板过程进行了数值模拟,分析了不同撞击速度下发动机中推进剂装药的反应情况.计算结果表明,发动机径向撞击靶板爆炸的临界速度范围为150～200 m/s;低强度多次撞击过程中推进剂会发生延迟爆轰情况.     

空间碎片环境和空间排放技术研究

论述了空间碎片环境及其对人类文明发展和航天安全的潜在威胁和空间剩余推进剂排放是防止末级火箭空间爆炸、减少空间碎片的有效措施。文中重点介绍了空间排放技术。     

低重力或失重环境下剩余推进剂的管理和排放技术研究

论述低重力或失重境环下的液体特性,飞行器的剩余推进剂对航天飞行器的影响。讨论了在低重力或失重环境下液体推进剂的管理和空间排放技术,并提出了“长征”型号末级火箭剩余推进剂管理与排放的方案。     

末级火箭剩余推进剂的排放技术

与日俱增的空间碎片严重地威胁着航天器的安全,据美国航宇局的研究表明,如果不采取新的防范措施,90年代航天器与空间碎片碰撞的可能性将超过现有的安全限度。 据美国资料统计(至1990年11月),地球上空的卫星(含空间碎片)数量中,碎裂碎片占39％(见图1)。在这些碎片中,除美国及原苏联为空间竞争进行空间试验所产生的大量碎裂碎片以外,相当部分是末级火箭在完成运送任务以后,在轨道上运行过程中发生爆炸而产生的碎片。据资料统计,至1991年5月,末级火箭在轨道上爆炸已达129次。因此,防止末级火箭在轨道上爆炸是减少空间碎片增长的一个重要措施。     

美研究清除空间垃圾新技术

目前,空间垃圾已经对人类外层空间活动构成了很大的威胁(见本刊1991年第三期)。据最近提供的空间垃圾数据来看,空间环境比过去恶劣得多。空间垃圾将对航天飞机和美国自由号空间站一类的航天器造成灾难性的损坏。 美国NASA进行的研究表明,如果航天器不采取新的保护措施,90年代航天器与空间垃圾碰撞的可能性将超过现有的安全限度。火箭爆炸产生的碎片、漆片和使用后的固体推进剂碎片一类的空间垃圾威胁着低地轨道卫星的安全运行。 据估计,自由号空间站在其     

加速度载荷下推进剂力学行为研究进展

为探究加速度载荷条件下固体推进剂及装药的力学行为,首先分析了加速度载荷条件下固体推进剂装药力学响应呈材料非线性、几何非线性和边界条件非线性的特点,并从宽泛应变率力学性能试验、线性与非线性粘弹性本构模型、失效准则、结构力学响应、装药检测验证等五方面,对加速度载荷条件下固体推进剂动态力学行为进行了综述。结果表明,完善深化加速度载荷下固体推进剂中应变率力学性能试验及装药检测验证方法,建立考虑温度、应变率、热化学反应的非线性本构模型等是发展抗过载推进剂的关键。在此基础上,梳理了下一步研究的重点,认为加速度载荷下推进剂装药失效机理、多层结构的热化学与力学的耦合仿真、抗过载推进剂装药设计准则等将是下一步的研究重点。     

固体火箭发动机喷流中电子密度的实验研究

研究如何利用固体火箭发动机工作产生的非均匀等离子体喷流流场,改变飞行器的目标光电特性是导弹等飞行器突防的一个重要课题.对此进行了一些初步的探索性实验,获得了两种不同固体火箭发动机喷流流场电子密度的有关数据,其中双基推进剂约为109cm-3量级,复合推进剂10^10～10^11cm^-3量级.试验表明,将固体火箭发动机作为等离子体发生器是一种行之有效的方法,可以获得需要的电子密度值.     

无喷管固体火箭发动机的初步实验研究

本文根据片型装药发动机对两种双基推进剂四种复合推进剂在四种药型下的试验结果,分析了在无喷管发动机内压强—时间关系、燃气流速和装药燃速沿通道的变化、特性速度及推进剂特性的影响。论述了推进剂的基础燃速对无喷管发动机工作特性的影响,侵蚀燃烧问题,装药通道内的几何喉面与流场中音速截面的关系等。对无喷管发动内设计有一定参考价值。     

地球同步轨道卫星结构爆炸解体碎片的轨道仿真

为快速确定与预报卫星在轨爆炸解体产生的大量空间碎片的轨道,提出了一种基于ANSYS/AUTODYN、MATLAB、STK等多软件平台联合仿真分析卫星结构爆炸解体碎片运行轨道的方法。利用ANSYS/AUTODYN对典型薄壁圆柱模拟地球同步轨道卫星结构进行爆炸数值分析,得到碎片的数量、质量分布和速度特性信息。再利用MATLAB软件对卫星爆炸仿真得到的碎片参数进行处理,将处理后的数据导入到STK软件的通用摄动SGP4模型中,得出卫星爆炸碎片的早期轨道数据。最后对爆炸碎片的轨道分布、速度增量、轨道演化等进行分析。结果表明:该方法能满足大量爆炸碎片的轨道仿真要求,能有效提高碎片轨道信息转换效率,对目前难以跟踪的cm级以下碎片,也能提供相应的初始轨道数据,使用方便,通用性好。研究结果可为快速捕获卫星爆炸碎片,及时规避航天器碰撞风险提供参考。     

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。     

固体火箭发动机的安全性和危险事例

要估计一种固体推进剂的危险性,最普通的方法是利用小样品作敏感性试验,以确定该推进剂起燃或引爆的可能性。敏感性试验得出酶数据通常是抽象值,其结果则用概率来表示(如起燃或爆炸的概率为50％)。根据这种概率值,就能得出明确的结论,如“A级”比“B级”敏感。但这并不能断定“A级”或“B级”在某一给定情况下是否会构成危险。过去采用的方法是把一些标准炸药     

螺栓挤压推力终止系统验证试验

本文总结了螺栓挤压推力终止系统(BETTS)的设计、研制和验证试验。该系统在阿诺德工程研制中心(AEDC)进行了多次冷试,一次海平面热试和两次高空点火推力终止试验,试验所用的发动机是政府向化学系统分公司提供的“民兵”发动机空壳体装药后制成的。通过大发动机热试,证明本计划所验证的这种BETTS可以消除前部碎片,大大地简化药柱和发动机壳体的设计,提高末级性能。另外,这种方法设计简单,从而可以降低推进系统的成本。BETTS用爆炸螺栓和挤压螺栓的组合代替连接喷管法兰和发动机壳体法兰的普通螺栓。接到指令后,爆炸螺栓立即打开,喷管循着挤压螺栓向后平移,发动机气体迅速排出,从而使推进剂熄火。挤压螺栓控制着喷管的移动速度和最大运动行程。以前根据NO.F04611—75—C—0044合同(CSD计划2549)曾成功地在缩比发动机上进行了BETTS热试和在飞行重量的“民兵”Ⅲ第三级发动机上进行了冷试。     

固体火箭发动机撞击变形及装药内部热点形成数值分析

以热粘弹理论和动力有限元法为基础,结合机械撞击载荷下固体推进剂裂纹摩擦热点细观模型,分析计算了发动机壳体和装药结构撞击变形及装药内部热点形成,确定了产生高温热点撞击临界速度。计算模型中考虑了推进剂初始弥散细观裂纹离散、裂纹扩展对推进剂宏观力学性能影响、基体粘性加热对热点形成影响等问题。通过与高能炸药Steven撞击试验结果进行对比分析,证明了理论模型及计算方法的有效性。计算了某小型发动机撞击试验临界速度。     

空间飞行器采用的ADN基单组元推进剂绿色推进装置

叙述了为空间飞行器研制一种新的可贮存的液体单组元推进剂所进行的一系列工作,这种推进剂的基本成分是ADN(Ammoniumdinitramide,二硝酰胺铵).以前的报告已经叙述了有关ADN的基本性质及其可能的推进剂组分.与单组元推进剂肼相比,推进剂混合ADN的主要原因是具有低毒性、安全使用性和高性能.这份报告也论述了普通"绿色"推进器的优点,并且着重论述了作为空间飞行器推进剂的优点.论文中阐述了作为"绿色"推进剂的一些最重要条件和符合这些条件的推进器系统.报告的最后,给出了小型试验型火箭发动机点火试验得出的结果,目的是验证前面总结的条件.其中最好的一个结果是小型(推力1N)试验型火箭发动机达到的比冲为240s.推进剂的性能、燃烧稳定性、落压性能和短脉冲性能等特性都得到了验证,但仍然需要验证冷起动性能和工作寿命.概括地讲,从这些工作得出结论ADN基推进器的概念已经得到了确认,并且表明ADN基"绿色"推进器是可行的.瑞典空间公司(Swedish Space Corporation)和沃尔沃航空公司(Volvo Aero)成立了ECAPS,目的是凭借当前现有的技术水平开发绿色推进器,通过试验卫星首次飞行的验证,从而得到接近空间应用的合格产品.     

液体推进剂爆炸冲击波的数值模拟

针对现有液体推进剂爆炸实验危险性高、耗费大以及实验条件严格及重复性差等缺点及难点,利用Autodyn软件分别对一维和二维两种情况下液体推进剂爆炸产生的冲击波进行数值模拟,并与经验预测及相关实验研究进行比较分析。研究结果表明:在距离大于10 m时,利用软件模拟计算的结果与经验公式一致性较好,两者偏差不超过5%。数值模拟不仅可以准确捕捉冲击波峰值压力,而且还能够较准确地得到液体推进剂在空气中爆炸时冲击波的衰减过程,为液体推进剂爆炸事故的毁伤评估和安全防护奠定了基础。