HTPB推进剂热力耦合老化力学性能研究

为了研究预应变对复合固体推进剂老化性能的影响,针对HTPB复合固体推进剂开展了70℃热力耦合加速老化试验,通过单轴拉伸力学性能测试及拉伸断面扫描电镜试验研究了不同预应变作用下HTPB推进剂的老化性能。结果表明:在试验预应变范围内(≤15%),无论预应变水平多大,随老化时间的延长,粘合剂基体的氧化交联反应是HTPB推进剂的主要老化机理;在相同老化时间,预应变对HTPB推进剂力学性能的影响存在一个损伤阈值,当预应变超过该阈值时,拉伸断面中AP颗粒/粘合剂基体界面“脱湿”及粘合剂基体撕裂损伤现象明显。     

复合固体推进剂的降解历程和使用寿命预测

复合固体推进剂在貯存过程中,性能降解影响使用寿命,这是研制和使用固体推进剂时无法回避的问题。为此,国内外学者对固体推进剂老化历程和降解趋势进行了试验研究,并在这一基础上利用理论分析和过载试验,提出不同使用寿命预测方法。     

高温高湿条件下复合固体推进剂药柱老化研究

以模拟发动机的复合固体推进剂药柱为研究对象,进行了模拟热带海域高温高湿环境条件下其贮存老化的试验研究,分析了高温高湿条件下氮气密封体系中复合固体推进剂的老化机理,预估了该贮存及老化条件下复合固体推进剂药柱的寿命.     

贫氧复合固体推进剂燃速测定的研究

在测定贫氧复合固体推进剂燃速的过程中,经常出现测试结果跳动大,分散和重复性很差的现象,无法报平均值,只好报原始数据。而燃速数据又是评价推进剂内弹道性能好坏的重要依据,因此,对上述现象进行分析和研究是有意义的。根据初步分析,产生上述现象的原因,估计有以下三种可能性。 1. 制药工艺不合理。由于捏合时间不够或混合不均所致。 2. 贫氧复合固体推进剂配方不合理。由于个别组分规格选择不当或有某种特别的性质所致。     

HTPB复合固体推进剂含损伤和老化本构研究

通过热氧老化实验、声发射损伤检测实验和蠕变柔量测试实验确定HTPB复合固体推进剂非线性本构关系，并与Schapery非线性本构方程进行比较，结果表明，含损伤老化模型较好地解释了HTPB复合固体推进剂的非线性特征，可以应用分析HTPB复合固体推进剂的力学特性。     

硝胺复合推进剂抗撕裂性能的研究

以ＡＰ／ＲＤＸ／ＨＴＰＢ复合固体推进剂为对象，研究了撕裂速率，添加剂类型，贮存老化等因素对推进剂撕裂性能的影响，实验结果表明，撕裂速率加大使推进剂断裂能升高；不同的添加剂对推进剂的断裂能有不同的影响，键合剂使断裂能升高，推进剂老化一段时间后断裂能降低。     

HTPB固体推进剂老化性能检测新方法

引入了光致正电子湮灭分析方法 （PIPA,Photon Induced Positron Analysis）,对HTPB固体推进剂老化性能进行检测研究。介绍了PIPA的原理、PIPA试验平台的搭建以及PIPA的数值处理方法,并用511KeV能谱的FWHM值ε（半高宽,Full Width Half Maximum）表征HTPB固体推进剂老化引起的微观变化,所得结论与固体推进剂的常规测试一致,证明了PIPA用于固体推进剂老化性能无损检测的可行性。     

固体火箭发动机粘接界面湿热老化实验

对固体火箭发动机粘接界面试验件进行了不同湿热条件下的加速老化试验,并测量了不同老化时间粘接界面的扯离强度,描述了湿热老化试验和性能测试中的试验现象,结合复合材料微粘接结构吸湿规律对试验现象和撤离强度随老化时间变化曲线进行了分析.研究结果表明:衬层推进剂粘接界面是固体火箭发动机粘接结构中最薄弱环节,应予以重点考虑;湿热老化促进了环境水分从衬层-推进剂界面向推进剂内部的扩散和渗透,致使弱边界层向推进剂内部扩展,导致了衬层-推进剂界面粘接强度的降低.试验件平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期.     

基于细观颗粒夹杂模型的复合固体推进剂松弛模量预测

为更准确地预测不同固体颗粒体积分数的复合固体推进剂的松弛模量,采用了分子动力学方法对不同体积分数的复合固体推进剂细观模型进行建模.根据有限元理论及细观力学均匀化方法,计算在定应变工况下复合固体推进剂细观模型的平均应力随时间的变化,从而有效地预测复合固体推进剂的松弛模量.该方法有效地体现了随填充颗粒体积分数的增大,复合固体推进剂瞬时模量逐渐增大的变化规律及颗粒随机分布对复合固体推进剂瞬时模量的影响.将其应用到复合固体推进剂的设计过程中,可有效降低设计成本,缩短设计周期.      

HTPB推进剂定应变老化损伤本构特性研究

为研究复合固体推进剂在定应变老化条件下的力学特性及本构行为,开展了HTPB推进剂方坯定应变加速老化试验。考虑到推进剂内部缺陷分布的随机性,建立了定应变老化条件下推进剂的统计损伤本构模型。在构建损伤变量方程时,通过引入初始损伤系数,将推进剂的老化过程等效看作是一种损伤过程。基于定应变加速老化试样的单轴拉伸试验数据,对模型进行了验证,结果显示理论模型与试验结果吻合较好,能准确地描述推进剂在定应变老化过程中的力学行为。通过对模型参数进一步分析发现:初始损伤系数方程能区分化学老化与定应变对推进剂的损伤作用。化学老化对推进剂的损伤效应随老化时间呈指数规律增大;同一老化时间段内,定应变对推进剂的损伤作用呈指数规律增大。化学老化不但影响本构模型曲线在损伤段强度的大小,还影响其形状特性,在55℃条件下,老化时间小于284d时,试样拉伸曲线具有明显的屈服区;老化时间大于284d时,没有明显的屈服区。定应变仅降低损伤段强度的大小,不改变其形状特性;在定应变老化过程中,损伤应变阈值随老化时间及定应变水平基本呈现线性关系下降。     

硝胺键合剂对RDX/AP/HTPB推进剂老化性能的影响

本文通过单轴拉伸力学性能、单轴反复拉伸破坏能和相对交联密度等性能参数的测定,研究了两种硝胺键合剂对RDX/AP/HTPB推进剂老化性能的影响.结果表明,键合剂能明显改善推进剂的老化性能.     

催化剂及加入方法对HTPB复合推进剂燃烧性能的影响

通过热重分析(TG),差热分析(DTA)、高压差热分析(HPDTA),对三种催化剂(亚铬酸铜C,C、铜的有机络合物TP和铜、铬、铅盐的混合物TX)、催化剂和胶的混合物、催化剂和高氯酸铵(AP)的混合物、催化剂与AP的共同结晶物(简称共晶)的热解特性进行了研究.还对配方相同,仅催化剂加入方法不同的HTPB推进剂及不同部位、不同方法加入催化剂的AP-HTPB夹心件作了燃速测试.实验研究的结果表明:三种催化剂对AP的凝相放热反应均有加速催化作用:在AP结晶中加入催化剂的催化效率高于以混合方法加入催化剂的催化效率,进而对其机理作了探讨.     

复合推进剂中的降速剂

采用燃速测量、热分析等技术，研究了草酸铵、碳酸锶、碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺等添加剂对AP／HTPB系推进剂燃速的影响。结果显示，上述几种添加剂均可不同程度地使推进剂燃速降低，其原因是添加剂促使AP的分解峰温向高温方向移动以及使AP分解的活化能增加。不同添加剂的影响机理有所不同：草酸铵的分解产物阻碍AP低温、高温分解，从而使AP分解峰向高温方向移动；碳酸锶和AP分解产物高氯酸反应产生不易分解的高氯酸锶使AP分解峰温升高；同时由燃速测试结果发现，在压强大于5MPa时，碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺产生协同作用，使推进剂降速效果非常明显，尤其是碳酸锶与草酰胺的组合，不但使推进剂燃速降低明显，而且压强指数的降低幅度也最大，是一种良好的复合型降速剂。     

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     

HTPB推进剂贮存寿命的理论预估

以ＨＴＰＢ推进剂化学老化机理及其氧化反应动力学为依据,导出了推进剂应变保留值与贮存老化时间的关系,由推进剂中氧化剂ＡＰ低温分解反应和ＨＴＰＢ固化体经反应的动力学参数,计算出了在不同应变保留值时的推进剂的贮存寿命。当推进剂的应变保留值在３０％～５０％之间时,其贮存寿命的理论计算值与高温加速老化实验值之间的相对误差小于１６％。     

AP/HTPB推进剂凝聚相反应对燃速的影响

W.G.Schmidt[1]和K.Kishore等人[2、3]从推进剂实际燃烧过程发生在气相,而推进剂组分相对又不挥发的观点出发,得出在固相中必定要先发生一系列产生气态产物的凝聚相反应的结论。由于气相反应比凝聚相反应快得多,因而得出凝聚相反应是推进剂燃烧过程的主要控制步骤。      

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。     

过氯酸铵粒度对丁羟复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响

用透明窗发动机及高速摄影装置研究过氯酸铵粒度对丁羟复合固体推进剂侵蚀燃烧的影响,得出了不同过氯酸铵粒度推进剂的侵蚀比与气流速度及压力的关系式.结果表明,复合推进剂中过氯酸铵粒度越大,其燃速对气流速度和压力越敏感,即侵蚀越严重;过氯酸铵粒度越大,其侵蚀界限速度越小,即其越易发生侵蚀;每种过氯酸铵粒度的推进剂,其侵蚀界限速度均随压力的增大而减小.     

含燃速催化剂的丁羟推进剂高压燃烧性能研究

对含Ｔ２７（一种二茂铁衍生物）、卡托辛、Ｆｅ２Ｏ３三种燃速催化剂的ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂在１６ＭＰａ～２２ＭＰａ下的燃速和燃速压强指数进行了研究。结果表明：二茂铁衍生物能大幅度提高ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂的燃速,同时可使高压下的压强指数大幅度地下降;Ｆｅ２Ｏ３对ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂有着显著的燃速催化效果,但其推进剂压强指数较高;Ｆｅ２Ｏ３的催化效率较Ｔ２７高,但不及卡托辛;Ｆｅ２Ｏ３和二茂铁衍生物组合使用能进一步提高ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂的燃速,并使推进剂具有较低的压强指数。     

提高HTPB推进剂贮存寿命技术途径

以HTPB推进剂应保留值与贮存时间之间的理论关系为依据，研究了氧化剂AP的含量、分解分数、低温分解反应速率常数及HTPB粘合剂体系的氧化反应速率常数对HTPB推进剂贮存寿命的影响，结果表明，氧化剂AP的含量变化对HTPB贮存寿命的影响不大，降低氧化剂AP低温下的最大分解分数和低温分解反应速率常数以及HTPB粘合剂体系氧化反应速率常数均能显著地提高HTPB推进剂的贮存寿命。