不同状态HTPB推进剂动态冲击损伤研究

针对HTPB推进剂长期服役中面临动态冲击的风险,以未老化、热老化和湿热老化三种不同状态HTPB推进剂为研究对象,研究动态冲击条件下HTPB推进剂损伤情况,采用细观检测设备(SEM,CT),以分形维数相结合的方式,定性和定量分析了损伤情况。研究结果表明,未老化和热老化HTPB推进剂动态冲击后,内部的损伤主要表现为颗粒穿晶断裂和破裂、基体与颗粒的界面损伤、基体撕裂、孔隙率增大等,经分析表明冲击时应力集中区易于在AP颗粒内部和颗粒/基体界面产生。而湿热老化HTPB推进剂在动态损伤后,表现为基体与颗粒的界面"脱湿"、基体撕裂和少量的颗粒断裂,冲击时应力集中区主要在颗粒/基体界面产生。采用分形维数对冲击后的损伤情况进行定量表达,损伤情况的严重程度由高到低依次是热老化、未老化和湿热老化,温度越低应变率越高,损伤越严重,同等实验条件下湿热老化的分形维数比未老化的情况减小了0.13%～4.82%,而热老化后的分形维数比未老化的情况提高了11.8%～15.0%。     

高固含量改性双基推进剂的热危险性研究

为研究具有高固含量(黑索金RDX质量分数为48.5%)改性双基推进剂的热危险性,采用热重分析仪TG、差示扫描量热仪DSC以及加速量热仪ARC,对比分析了双基推进剂S0,改性双基推进剂GHT-1A和单质炸药RDX的热分解特性,并从两个方面评估了GHT-1A的热危险性。TG/DSC实验结果显示GHT-1A中双基组分的分解峰温高于S0的分解峰温,而其炸药组分的分解峰温与单质炸药RDX接近。ARC的实验结果显示GHT-1A在理想绝热条件下的起始分解温度为138.9℃,绝热温升为1415.3℃,达到最大温升速率所需时间为13.8min,单位质量产生气体最大压力为13.1MPa·g-1。研究结果表明,GHT-1A发生热爆炸的可能性略低于双基推进剂S0,而高于单质炸药RDX,爆炸破坏性则较强。     

大型水平管道中玉米淀粉/空气混合物爆炸过程的实验研究

在长为32.4m、内径为0.199m的大型长直水平管道中对玉米淀粉空气两相流的爆炸过程进行了研究。实验采用40J电火花引燃点火端4.2m范围的铝粉空气混合物所产生的爆炸波进行点火,对其燃烧转爆轰过程（DDT）进行了分析,并对不同浓度时混合物的燃爆情况进行了比较。浓度为689g/m3的玉米淀粉/空气混合物能在管道中完成燃烧向爆轰的转变,此浓度为本实验系统下的玉米淀粉的爆炸临界浓度上限,下限浓度为459g/m3。     

改进层次聚类法在复合材料敲击检测中的应用

伴随复合材料的迅速发展,其在航空航天方面的应用也日益普遍,但因复合材料的各向异性,在制造过程中会导致某些缺陷的产生。敲击检测作为一种实时原位的无损检测,在复合材料的检测中效果明显。由于敲击检测尚未找到合理的数据处理方法,所以其应用范围受到限制。从解决敲击检测数据处理方法的角度出发,提出将改进层次聚类法应用于敲击检测中,并在应用实例环节对该方法进行了应用,通过实验结果对比,表明改进层次聚类方法可以解决敲击检测数据处理的问题。     

钼合金在高温热机械应力循环下的疲劳性能

对钼合金进行了应力控制高温低周等温疲劳和同相位热机械疲劳试验。对于等温疲劳试验选取的实验温度为３５０℃和５００℃,对于热机械疲劳试验循环温度范围为３５０℃－５００℃。根据采集的材料应力－应变响应和循环破坏周数,可以看出温度的变化对材料疲劳寿命产生很大影响,当温度循环和应力循环叠加时,会加重损伤的程度。对循环回线的分析表明,在每一种疲劳试验过程中均发生材料循环软化和循环蠕变现象。对破坏试件的微观结构分析表明,在高应力循环条件下,钼合金的破坏基本上是脆断过程。     

交流阻抗谱法评价热障涂层的热腐蚀行为(英文)

本文利用交流阻抗这种无损检测的方法研究了热障涂层在质量分数为25%NaCl+75%Na2SO4混合盐体系中的热腐蚀行为。实验结果显示,热腐蚀条件下,在陶瓷层和粘结层界面处形成TGO层为混合氧化物层,成分为Cr2O3、(Ni,Co)(Cr,Al)2O4和NiO,其厚度增长符合抛物线规律。热障涂层在110个循环腐蚀之前时,TGO层的电阻值随其厚度的增加而增加;110个循环后,虽然TGO层的厚度还是在增加,但由于TGO层孔隙的增多而导致其电阻值有所下降。陶瓷层的电阻值随着陶瓷层中裂纹的萌生和扩展而不断增大。等效电路中得到的参数可以用来表征热障涂层的失效行为。     

定应变下NEPE推进剂化学老化性能研究

为研究NEPE推进剂老化对其化学性能的影响,开展了10%压缩定应变下推进剂高温加速老化实验,测定了推进剂的傅里叶变换红外光谱、固体核磁共振谱、短周期与长周期特征气体释放量、扫描电镜图像、增塑剂与安定剂含量,研究了推进剂内部化学结构和释放的特征气体含量两种化学性能的变化规律。结果表明:随NEPE推进剂贮存老化时间的增长,与增塑剂相关的—CH_2—O—NO_2基团含量减小速率逐渐加快,与粘合剂及其固化体系相关的—CO—NH—基团含量先增加后逐渐减小、最终迅速减小,同时在老化初期和中期还存在少量与氧化作用相关的—CH(O)CH—特征基团产生。短周期监测时间内,NO_2,NO,CO,HCl四种特征气体分别在老化2,3,3,7h时被检测到。长周期监测过程中,CO和NO气体初期增长缓慢,后期迅速增加;在老化初期和后期HCl增长较快,NO_2气体则无明显的变化规律可寻。     

含天然与人工内部缺陷轮盘裂纹扩展特性对比分析

为达到应用人工内部缺陷获得轮盘裂纹扩展特性，开展了含天然与人工内部缺陷轮盘高速旋转低周疲劳裂纹扩展对比试验，并通过无损检测分析、断口分析研究了裂纹扩展特性的差异，提出了含人工缺陷轮盘损伤容限分析思路。无损检测更易识别人工内部缺陷的特征及其变化；人工缺陷区呈碎裂状，有大量的晶间断裂，与天然缺陷区有明显差异；非缺陷区两者无明显差异。天然与人工缺陷区的裂纹扩展速率分别为0.2-0.4μm/次、0.6-1.2μm/次，均远大于基体材料理论值；1#盘加载突变区外断口反推寿命与第二加载阶段循环数的最大误差是12%；2#盘缺陷区外断口反推寿命占总循环数的44.9%-51.9%。基于人工缺陷区定义初始裂纹，排除人工与天然缺陷差异的影响，可获得轮盘裂纹扩展特性。     

多孔材料下气体爆炸转扩散燃烧的特性研究

为分析多孔材料对预混气体爆炸特性参数的影响效果,采用自主搭建的爆炸实验平台,探究不同孔隙度和厚度的多孔材料对当量比为1的甲烷/空气预混气体爆炸的作用行为。实验研究表明,不同孔隙度的多孔材料对爆炸火焰和超压具有促进或抑制两种不同的影响。孔隙度较小时,爆燃火焰传播速度随着材料厚度的增大而降低,并在厚度较大时,火焰有短暂的传播延时现象。孔隙度较大时,预混火焰冲击多孔材料时发生淬熄,但随后一段时间内,由于负压抽吸作用,在已爆区域一侧的材料表面产生扩散燃烧现象,且扩散燃烧程度与材料厚度成反比关系。多孔材料的固相结构能降低压力的泄放效率,同时可吸收能量,进而提高爆炸超压的上升速率,降低超压峰值。当每英寸长度孔数δ=10的多孔材料促进火焰传播时,与当量比为1的预混气体爆炸相比,超压峰值最大可提高约2倍,造成更严重的后果。火焰冲击δ=20的多孔材料时发生淬熄,最大超压衰减可达47.17%,δ=30时最大超压衰减了24.62%。     

3,3''''-二硝基-4,4''''-氧化偶氮呋咱(DNOAF)的热分解特性

采用热重实验(TG)、差示扫描量热实验 (DSC) 和气体 (固体) 原位反应池/快速扫描傅里叶变换红外光谱 (RSFTIR) 联用技术,研究了3,3'-二硝基-4,4'-氧化偶氮呋咱 (DNOAF) 的热分解特性.结果表明DNOAF的热分解特性对压强敏感,随着压强的升高,DNOAF的热分解放热峰温呈降低趋势.其热分解气体中具有红外活性的有CO2,N2O,NO,NO2,CO和DNOAF蒸汽;凝聚相热分解产物主要为碳,其中还含有少量的氰酸酯基-O-C≡N.在实验基础上提出了DNOAF的热分解历程,DNOAF的热分解首先发生在呋咱环问的C-N键,然后是呋咱环的开环分解.     

3,3′-二硝基-4,4′-氧化偶氮呋咱(DNOAF)的热分解特性

采用热重实验(TG)、差示扫描量热实验(DSC)和气体(固体)原位反应池/快速扫描傅里叶变换红外光谱(RSFTIR)联用技术,研究了3,3′-二硝基-4,4′-氧化偶氮呋咱(DNOAF)的热分解特性。结果表明:DNOAF的热分解特性对压强敏感,随着压强的升高,DNOAF的热分解放热峰温呈降低趋势。其热分解气体中具有红外活性的有CO2,N2O,NO,NO2,CO和DNOAF蒸汽;凝聚相热分解产物主要为碳,其中还含有少量的氰酸酯基-O-C≡N。在实验基础上提出了DNOAF的热分解历程,DNOAF的热分解首先发生在呋咱环间的C-N键,然后是呋咱环的开环分解。     

氢气对正己烷-空气燃爆性能的影响

为了研究氢气对正己烷燃爆性能的影响,在定容燃烧室内实验测量了初始温度为353K,初始压力为100kPa,当量比0.7～1.7,掺氢比0%～80%时,正己烷-氢气-空气混合气的爆炸过程,得到了氢气对火焰传播规律、层流燃烧速率及爆炸压力的影响。研究结果表明,当量比从0.7增加到1.7,无拉伸火焰传播速率和层流燃烧速率呈先增大后减小的趋势,在当量比1.0附近达到最大;随着掺氢比的提高,混合气的燃烧速率明显增大,有利于提高燃料的燃烧效率,当量比为1.0时,掺氢比80%的混合气层流燃烧速率比正己烷-空气混合气提高了2.5倍;同时,掺氢比对混合气的爆炸压力与最大爆炸压力上升速率有明显的影响,对过稀或过浓燃料的影响尤为显著。     

燃料电池无人机混合电源动态平衡能量管理策略

飞机电推进的动力系统趋于混合能源形式的发展方向，不同类型的源具有不同的特性，混合能源协调工作的方式可以提高动力系统的性能。本文所研究的飞机电推进系统的能源形式为燃料电池和锂电池所做成的混合能源。针对无人机动力系统工况的特殊性，本文在基于规则的能量管理策略研究基础上，提出了一种基于燃料电池氢气消耗的动态平衡能量管理策略，使燃料电池和辅助电源的能量消耗处于相对平衡的状态，避免了其中一种电源能量先耗尽的情况，可以满足多种工况的变化，提高了混合电源的能量利用率和稳定性，保证了无人机动力系统的可靠性。通过仿真分析结果证明了可行性，最后设计了能量管理系统的硬件并进行了实验验证，通过对实验结果计算分析验证了该能量管理策略的可行性。     

一种基于红外热成像的温度异常定位算法

温度异常检测难度大，危险系数高等问题，本文提出了一种基于红外图像面阵传感器的传统与人工智能算法相结合的算法。实验表明，本文的算法在一定程度上能够很好地实时检测目标的温度和精确定位。     

激光陀螺吸气剂的测试方法研究

激光陀螺谐振腔内部的工作气体纯度直接影响陀螺的光功率输出,吸气剂作为激光陀螺内部维持气体纯度的关键部件,是决定激光陀螺光功率长期稳定性的关键因素。针对激光陀螺对吸气剂的使用需求,提出了一种含振动冲击筛选与质谱检测等手段相结合的综合检测方法,并通过实验对吸气剂的结构强度、吸气性能与激活条件进行了分析。实验结果表明,该方法能够有效地判断某种吸气剂选型是否满足激光陀螺的使用要求,为激光陀螺吸气剂的选择提供指导。     

基于纳米铝热剂的MEMS固体微推力器点火实验研究

MEMS固体微推力器可以形成单元数量巨大的微推力器阵列,适合低成本微、纳卫星系统,是极具潜力的新型卫星推力器。为研究基于纳米铝热剂的MEMS推力器工作特性,开展了大气和真空点火实验。大气下的燃烧羽流与空气进一步燃烧,导致羽流的发光持续时间约数ms,远大于真空试验,过估了在真空条件下的推力器作用时间。真空试验获得了动态推力特征和有效工作时间(约250μs),估算推力器的冲量约55μN·s～80μN·s。羽流影响范围的直径约为30mm、流向约70mm,羽流颗粒的运动速度约132m/s。测试结果显示,底部点火先将推进剂挤出喷孔,而后在外部燃烧和爆炸。羽流形貌有两种特征:一种是剧烈爆炸,产生蘑菇云状气体产物;而另一种未产生气状产物。前者的冲量和有效工作时间大于后者。     

激光散斑和红外在整流罩无损检测中的应用研究

采用激光散斑和红外技术对纤维增强树脂基复合材料整流罩壳体内部缺陷进行了检测。激光散斑与红外热成像是基于不同物理原理的非接触式光学无损检测方法,在对构件表面进行热辐射条件下,可以使用这两种技术同时对构件的内部缺陷进行无损检测。提出了一种激光散斑干涉的融合算法,扩展光学相机动态范围,满足整流罩高光洁度表面的检测需求,同时介绍一种基于低成本红外热成像检测的图像增强算法。针对某型飞行器整流罩,利用热激励方式分别利用这两种技术开展了检测。检测结果表明,提出的激光散斑融合算法可以有效地消除激光照射整流罩表面引起的光强亮度不均带来的噪声,红外位相图像增强技术获得了清晰的缺陷图像。在整流罩检测中,两种测试技术各有优势,通过实际应用,对两种技术进行了评价,为后续的缺陷检测提供了经验。     

大气压条件下高焓空气等离子体流场特性及应用

评估和鉴定高超声速飞行器防热材料使用性能,需要在能够模拟飞行气动热环境的高焓设备中进行大量地面试验。详细介绍了一种能够运行在大气压条件下的电感耦合等离子体设备,该设备能够产生多种气体（空气、氮气、二氧化碳、氩气）的等离子体射流,运行功率范围为27~85.5 kW,最大运行效率可达77.9%。通过对30 mm的亚声速喷管出口8 mm处空气等离子体流场参数高精度重构和发射光谱测试研究,获得了气体温度和光谱发射强度沿径向的分布,等离子体的焓值范围为8.54~22.2 MJ/kg,驻点热流最高可达721 W/cm²。选定2个试验状态对典型防热材料C/SiC进行烧蚀氧化考核试验,并通过与国内外同类设备比较,表明该大气压感应耦合等离子体设备达到国际先进水平,完全具备开展高超声速飞行器防热材料性能改进地面模拟试验的能力。     

针刺预制体分层对燃烧室C/C-SiC热防护结构的影响

开展了针刺预制体分层对吸气式发动机燃烧室C/C-SiC热防护性能影响的实验研究。分析了针刺预制体制作过程中出现预制体分层的原因,指出缠绕张力大小是导致制体分层的因素。通过比较有分层和无分层两种情况的实验结果,发现预制体局部存在的分层,造成了C/C-SiC热防护结构在热防护实验中出现结构破坏,说明由于预制体分层会引起C/C-SiC热防护结构存在局部层间结合力弱以及局部区域存在SiC基体聚集区,从而严重影响C/C-SiC热防护的结构完整性。为了避免出现针刺预制体分层,提出了在预制体制作过程中控制环向纤维缠绕张力的大小和均匀性,并在其完成初步致密化后进行CT检测,发现可能存在的分层,并指出预制体密度大小与预制体是否存在分层有一定的关联性,应通过实验结果和检测结果的统计分析,确定合理的预制体密度大小范围。提出从宏观上预制体密度指标作为评定预制体是否存在分层的判据。     

涡流电导率法检测飞机结构烧伤的试验研究

基于某烧伤战机的实际检测需要，选用LC4CS及LY12CZ铝合金为试验材料进行烧伤模拟试验，对材料在不同温度下的力学性能与电导率的关系进行了分析。试验结果表明，热处理强化后的铝合金受热损伤之后，强度和电导率随温度不同都有突变现象，二者温度变化区间接近，且电导率的变化稍微超前，因此，用电导率检测法来界定烧伤范围和烧伤程度比硬度检测法更安全。应用结果表明，涡流电导率法可以准确、快速确定飞机结构热损伤的范围和程度，能够为烧伤战机的抢修提供可靠的理论依据，对构件不会造成任何破坏，成本低、效率高，这对于飞机修理厂修理热损伤构件有着广泛的应用前景。