AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明：随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。     

固体填充剂对推进剂力学性能的影响

借助扫描电子显微镜（SEM）及微型动态拉伸装置测试手段，对含固体颗粒填充剂的丁羟复合固体推进剂（HTPB）和硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂（NEPE）中的微相结构进行了断口微观形貌观察和推进剂拉伸试件在拉应力作用下的断裂过程分析。结果表明，固体颗粒的形状，粒径尺寸，粒度分布和级配变化，以及固体填料／粘合剂的界面性质等因素对推进剂力学性能有着重要的影响。     

丁羟推进剂拉伸断裂行为的扫描电镜研究

利用扫描电镜及附属微型动态拉伸装置实验手段，对丁羟基复合固体推进剂进行了断口微观形貌观察和电镜微型拉伸试件在应变状上的断裂行为分析。结果表明，从推进剂拉伸力学行为的微观结构变化以预示其宏 同力学性能，改善丁羟推进剂粘合剂与固体颗粒之间的界面性质，是固体推进剂力学性能的一个重要方向。     

GAP/CL-20固体推进剂的力学性能

采用单向拉伸试验、扫描电镜、动态热机械分析等方法研究了增塑比、固含量及固体组分相对含量等配方因素对GAP/CL-20推进剂力学性能的影响,并对各因素的影响进行了简要分析。研究结果表明,增塑比提高,伸长率提高、抗拉强度降低,损耗因子增大、玻璃化温度降低,推进剂结构更加致密紧实;固含量提高,推进剂伸长率降低、抗拉强度提高,损耗因子和玻璃化温度均提高;固体组分中有利于提高伸长率和抗拉强度的顺序为Al粉、CL-20、AP。分析认为,颗粒粒度是固体组分相对含量影响推进剂力学性能的主要原因。     

基于数字图像处理的复合固体推进剂细观损伤行为研究

为研究复合固体推进剂HTPB、NEPE和GAP推进剂的细观损伤行为,采用原位拉伸扫描电镜实验、数字图像处理技术和分形维数理论相结合的方法定性、定量地分析了推进剂在拉伸过程微裂纹的产生及演变过程。结果表明,HTPB推进剂拉伸破坏的起始点为大粒径的AP颗粒破裂形成的微裂纹,拉伸过程无明显“脱湿”,其裂纹变化趋势可以用拉伸过程裂纹分形维数描述;裂纹分形维数与拉伸过程的力-伸长率曲线一致。NEPE推进剂拉伸过程中主要的损伤是固体颗粒“脱湿”,有部分AP颗粒破裂。GAP推进剂中AP颗粒和CL-20颗粒与粘合剂基体均未见明显脱粘,拉伸破坏的起始点为AP颗粒脱落形成的凹坑和AP颗粒堆积区域。揭示的三类复合固体推进剂在细观层面的损伤演化特点,可为推进剂力学性能研究提供理论参考。     

固体火箭推进剂——西欧发展情况

详细介绍西欧各国研制固体火箭推进剂的情况及其进展.对双基推进剂,包括浇注双基推进剂、压伸双基推进剂、复合改性浇注双基推进剂和复合推进剂,以及一些粘合剂的特性和发展分别作了叙述.探讨在固体推进剂中加入硼粉后性能的改进以及所带来的问题.今后固体推进剂发展的重点将是:提高总固体含量,进一步提高燃速,改进药柱的力学性能,降低温度敏感系数,以及降低推进剂成本.     

低温动态准双轴拉伸加载下HTPB推进剂的热老化性能

为分析热老化后三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在低温动态准双轴加载下的性能，开展了不同热加速老化时间、不同温度和应变率条件下推进剂的准双轴拉伸力学性能试验及扫描电镜(SEM)观察试验。试验结果表明：热加速老化前后，推进剂的拉伸曲线趋势、力学性能变化规律及细观损伤形式保持一致，改进型非线性模型能够更好地描述1~100 s -1 应变率范围内典型力学性能参数随热老化时间的非线性变化关系。随温度降低，老化后推进剂的断面形貌由“脱湿”变为AP颗粒断裂，热老化、低温以及高应变率载荷的叠加使得推进剂的细观损伤变得更加严重，但准双轴拉伸时损伤程度相比单轴拉伸时有所减弱。热老化32 d、74 d和98 d后-50 ℃、 14.29 s -1 加载条件下的最大伸长率分别为未老化时室温、0.40 s -1 条件下数值的28.79%、27.58%和25.63%，该参数定义可为分析长期贮存后战术导弹SRM药柱在低温点火条件下结构完整性失效的准则提供数据支持。     

固体推进剂松弛模量拉压性能及温度敏感性分析

固体推进剂的拉伸/压缩力学性能存在较大差异,这与推进剂的细观结构及其在拉压载荷作用下的受载作用机制有关,发动机药柱精细结构完整性分析必须考虑推进剂力学性能的拉压不同性。分别定义了推进剂松弛模量的拉压不对称因子和温度敏感性系数,通过HTPB和PBT两种固体推进剂的拉伸/压缩应力松弛试验,研究了温度对松弛模量拉压不对称因子的影响规律,探讨了两种推进剂的拉伸/压缩松弛模量的温度敏感性差异,最后通过细观有限元数值仿真对推进剂拉伸/压缩应力松弛过程中的受载机制进行了初步分析。研究表明,高温对HTPB推进剂的拉伸模量和PBT推进剂的压缩模量影响较大,而低温对HTPB推进剂的压缩模量和PBT推进剂的拉伸模量影响较大;推进剂在较高温度下的温度敏感性低于其在较低温度下的温度敏感性;应力松弛的过程中,造成推进剂拉压不对称性的主要原因是推进剂内部固体颗粒之间的挤压接触作用。     

改性双基推进剂代用料的研制

以典型改性双基推进剂配方为基础,对高能液体炸药组分A(GY)、固体炸药组分B(GG)的惰性替代物进行了选择分析,确定了其代用料的主要组分为硝化棉(NC)、惰性增塑剂(DZ-1)及惰性固体填料(YT-1).分别从增塑剂的溶解能力、固体填料含量及溶棉比三方面研究了其对改性双基推进剂代用料流动性的影响.研究表明,上述三方面因...     

含氟有机物对含铝固体推进剂燃烧特性的影响

为抑制高铝含量固体推进剂燃烧产物的团聚,研究铝含量为18%、含有机氟化物(OF)的固体推进剂不同燃烧区域中铝粒子燃烧的特性。利用高速摄影系统研究熔铝粒子在推进剂燃面的团聚过程;通过对推进剂燃烧火焰特定位置的低温淬熄,获得终止燃烧的含铝固体粒子,并进行形貌和成分分析;使用动态粒径测试系统、激光粒度仪分别对推进剂燃烧火焰区及最终固体燃烧产物的粒子尺寸进行了表征。结果表明,有机氟化物产生的气态氟化烃可抑制熔铝粒子在燃烧表面的团聚,可使推进剂火焰中燃铝粒子的尺寸降低约50%,固体燃烧产物中大尺寸(D≥10μm)颗粒的体积分数下降约74.2%。燃烧性能测试结果表明,有机氟化物使推进剂的爆热及理论火焰温度分别下降9.5%和8.8%,燃速也发生了降低。     

高燃速HTPB/IPDI推进剂低温力学性能研究(Ⅰ)细AP及工艺助剂PA的影响

研究了细粒度AP及工艺助剂PA含量对丁羟高燃速推进剂低温(-40℃)力学性能的影响,结果显示:大量细粒度AP加入高燃速配方中,一方面加剧了单向拉伸过程中填料(主要是细AP)颗粒附近的应力集中;另一方面降低了填料/粘合剂间的粘结强度,是造成低温力学性能偏低的主要原因.由于工艺助剂PA极性及刚性,使得它易于富集于填料表面,低温下降低了界面层的柔性,物理作用也极大地束缚了填料附近粘合剂网络的分子运动,因此,它在改善工艺性能的同时,对推进剂低温力学性能有不利影响.     

准静态拉伸下固体推进剂三维结构变形损伤失效机理研究

为揭示固体推进剂在准静态拉伸下变形损伤过程，依靠微型材料试验机在上海同步辐射光源BL13W1线站搭建了原位显微CT测试系统，对HTPB推进剂试样在准静态拉伸下变形损伤过程进行了三维原位实时表征，像素尺寸3.74μm。基于上述试验结果，分析了目标微细观结构演化过程及孔隙率与材料宏观损伤之间的关系。结果表明，固体推进剂内部微裂纹的出现早于应力-应变曲线达到拉伸极限强度点。利用图像分割技术精确提取了AP颗粒、Al粉颗粒、微裂纹与HTPB基体相，并对AP颗粒与Al粉颗粒的三维拓扑结构进行了定量描述。微裂纹的成核集中在较大且形貌不规则的AP颗粒与HTPB基体界面。最后，观察到裂纹在固体推进剂内部的水平传播和竖直合并两种传播模式，并以水平传播为主导。     

复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征

复合固体推进剂脱湿涉及导弹武器的贮存和使用情况。针对复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征开展研究。首先为研究复合固体推进剂在外界载荷作用下的细观损伤演化规律,基于随机序列吸附法、热膨胀原理和分步填充的思想,实现了高体积分数颗粒填充,并通过几何合并的方式,加入粘合剂基体和颗粒/基体界面,建立了高体积分数固体推进剂三维细观结构模型。该细观几何模型将固体氧化剂(AP)颗粒与羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂基体的连接界面处设定为内聚力单元,基于双线性损伤内聚力模型,考虑粘合剂基体与时间相关的粘弹特性,开展了不同应变率下固体推进剂的颗粒/基体界面脱湿数值模拟。提取内聚力界面单元高斯积分点的几何体积和刚度衰减率SDEG数据,定义固体推进剂材料内部脱湿面积,对其细观损伤进行了定量表征。结果表明,该三维细观结构模型能有效表征固体推进剂的细观结构。在外界载荷作用下,颗粒/基体界面脱湿容易出现在大颗粒及颗粒比较密集的区域,界面损伤导致颗粒承载能力下降,且应变率越高,推进剂内部越容易出现损伤。     

AlH_3热分解释氢机理研究进展

三氢化铝(AlH_3)作为一种潜在的储氢量高和能量密度大的储氢介质,可广泛用于固体或混合火箭推进器,炸药和低温燃料电池等领域。介绍了AlH_3用于固体推进剂高能燃料的应用价值,指出了目前阻碍其在固体推进剂中广泛使用的因素。为了研究AlH_3的热分解释氢特性和机理,综述了热分解释氢的热力学和动力学特性、微观释氢机理、释氢影响因素(氧化层、粒径、晶型、加热速率、热解气氛、球磨和掺杂等)以及各种稳定化改性方法(表面钝化法、表面包覆法等)等方面的研究进展;重点介绍了不同晶型的热分解释氢特性和其释氢影响因素,并指出了AlH_3作为高能储氢材料亟需解决的问题和研究方向:深入研究释氢及氧化机理,提出更加高效的改性调控方法;寻找实现AlH_3循环利用的有效途径。     

复合固体推进剂双折线脱湿损伤模型参数影响分析

为分析双折线损伤模型参数对复合固体推进剂细观损伤及宏观非线性力学性能的影响,采用分子动力学方法建立复合固体推进剂颗粒夹杂模型,根据Surface-based cohesive方法,在高氯酸铵(AP)颗粒与基体之间的界面处设置接触损伤。利用有限元方法对具有不同损伤参数的颗粒夹杂模型进行计算,并对比数值仿真结果。结果表明,损伤起始应力对复合固体推进剂抗拉强度、最大延伸率有较大的影响;界面初始刚度在一定程度内的变化,对复合固体推进剂宏观力学性能及细观损伤形貌影响较小;界面失效距离主要影响复合固体推进剂的最大延伸率。     

硝胺类复合固体推进剂用键合剂的研究进展

总结了提高硝胺类复合固体推进剂力学性能的方法,认为键合剂的使用是提高推进剂力学性能经济、高效、便捷的技术途径,分析了键合剂的作用机理及其功能特点,综述了硝胺类复合固体推进剂用键合剂的种类及其研究进展,认为多功能聚合物键合剂("一剂多能")是键合剂的一个发展方向,应根据硝胺填料表面特性及不同粘合剂结构特点,通过分子设计,制备出适用于不同粘合剂-硝胺体系推进剂的通用键合剂,针对通用键合剂的设计提出了几点建议。     

固体推进剂低温细观损伤仿真研究

为了研究低温条件下固体推进剂的细观损伤,采用Cohesive单元描述推进剂材料的颗粒/基体界面,基于ABAQUS软件,开发了模拟基体开裂的VUMAT本构子程序,仿真了常温和低温条件下其损伤破坏过程。结果表明,低温对单颗粒推进剂影响较小,推进剂损伤从界面脱粘开始,沿颗粒赤道方向由脱粘面向基体扩展,规律与常温情况相同。随着推进剂颗粒增加,虽然大颗粒仍然首先发生界面脱粘,但是低温会对推进剂界面脱粘和基体断裂的时机、位置和损伤程度造成显著影响,导致推进剂破坏形式更加复杂。     

含CL-20固体推进剂研究现状

综述了含CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)固体推进剂,包括改性双基推进剂、高能低特征信号推进剂、NEPE推进剂以及其他类型固体推进剂的研究现状;主要涉及引入CL-20后固体推进剂的热分解特性、能量特性、燃烧性能、力学性能及安全性能等方面的内容;最后,总结了目前CL-20及含CL-20固体推进剂在实际的工程化应用过程中依然存在的一些尚未解决的难题,并指出了CL-20及含CL-20固体推进剂今后的研究方向及重点。     

固体火箭发动机绝热层炭化厚度的估算方法

固体火箭发动机燃烧温度很高,故在发动机壳体和推进剂药柱之间应用绝热层隔离。大多数固体火箭发动机的绝热材料采用能隔热、防烧蚀、并充有填料的橡胶。填料的作用在于使炭化层粘附在衬垫上,以使未炭化、未烧蚀的剩余绝热材料不受高温气体的冲击。表1是固体火箭发动机绝热层最常用的橡胶(粘合剂)和填料。     

日本丁羟粘合剂及键合剂的研究综述

一、日本的固体推进剂1953年,日本东京大学系川教授等会同日产汽车公司、日本油脂公司等单位,开始火箭的研究。当时世界上还是以液体火箭为主,而日本却决定了以固体火箭为主的研究方向。开始了“铅笔火箭”固体发动机(当时使用的是双基推进剂)的研制,并于1995年4月在