星型装药固体火箭发动机烤燃特性

为研究星型装药的固体火箭发动机的热安全性问题,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯（AP/HTPB）推进剂的火箭发动机开展烤燃数值研究。采用两步总包反应描述AP/HTPB的烤燃过程,建立三维烤燃模型对快速、中速和慢速加热速率下火箭发动机的烤燃行为进行数值预测。结果表明：升温速率对着火温度和着火延迟期有一定影响,对着火区域的中心位置、形状和大小有较大影响：在升温速率0.55~1.45 K/s快速烤燃工况下,着火位置紧邻推进剂右侧端面;在升温速率0.005~0.011 K/s中速烤燃工况下,着火区域均呈不连续点状圆环分布,着火点位于翼槽中线上;在升温速率2.4~3.3 K/h慢速烤燃工况下,着火点以翼槽中线呈对称两点分布;随着升温速率升高,着火位置向推进剂右侧端面移动;着火温度T_i与升温速率k呈二次函数关系,即T_i= 516.659 36- 1.267 8k+7.479 4k².     

端羟基聚醚推进剂慢速烤燃尺寸效应

为分析结构尺寸对端羟基聚醚推进剂发动机慢速烤燃响应特性的影响,开展了仿真计算研究。模拟不同直径和长径比发动机在慢速烤燃条件下的响应过程,分析慢速烤燃过程中推进剂的温度分布,以及反应温度、反应时间和反应位置随发动机直径和长径比的变化规律。建立一种基于图像处理的高温推进剂质量分布计算方法,计算慢速烤燃条件下发动机反应前推进剂的温度分布,并将其作为评价发动机慢速烤燃反应剧烈程度的参量。研究发现：直径大小对慢速烤燃响应时间和响应温度影响较大,长度影响较小;二者对反应位置影响都较大,随着尺寸和长径比的增大,反应位置向装药边缘移动,当尺寸较大时反应位置与壳体边缘的距离保持稳定;高温推进剂的质量占比随着长径比改变而发生变化,在装药量分别为5.5 kg、18.0 kg及44.0 kg烤燃件中,当装药直径在150~160 mm时,3种烤燃件发生反应前的高温推进剂占比最小。     

AP/HTPB推进剂内孔形状对烤燃特性的影响

为了获得固体火箭发动机的推进剂内孔形状对烤燃特性的影响,针对装填高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)的圆形孔、星孔装药的固体火箭发动机,在基于Arrhenius定律的基础上,分别建立了对应的固体火箭发动机二维、三维非稳态烤燃模型。对上述两种装药结构的固体火箭发动机烤燃过程进行了数值模拟,分析了以上两种内孔形状对推进剂烤燃特性的影响。结果表明:固体推进剂的内孔形状在不同热载荷条件下的烤燃响应特性不同。快速烤燃条件下,内孔形状对固体火箭发动机的烤燃响应特征参数影响较小; 在慢速烤燃条件下,推进剂内孔形状对推进剂着火延迟时间影响有限,对着火温度和着火位置则有显著影响。采用圆形孔装药时发生烤燃响应的着火温度较高,而采用星形孔装药时则较低; 圆形孔装药时着火位置在推进剂头部内孔壁面附近,且随升温速率增大着火位置逐渐向端面移动,而星形孔装药时着火位置则位于推进剂中部的内孔壁面附近,且随升温速率的增大着火位置会出现跳跃性变化。     

AP/HTPB复合固体推进剂慢烤燃特性的数值模拟

为了研究热载荷作用下高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂的热安全性,针对某固体火箭发动机建立了二维烤燃简化模型。其中,AP/HTPB推进剂的慢烤燃过程采用两步总包反应描述。理论计算结果与实验数据吻合较好。在此基础上,分别对该发动机在升温速率为1.8,3.6,7.2 K·h-1下的慢速烤燃行为进行了数值预测。结果表明,三种升温速率下,AP/HTPB推进剂的最初着火位置均发生在药柱内壁纵向1 mm肉厚的环形区域内,且随着升温速率的增大,最初着火位置由中心区向药柱壳体端面移动。升温速率从1.8 K·h-1增加到7.2 K·h-1时,着火温度从592 K升到595 K,变化不大,但是着火延迟期却从31.48 h缩短到14.87 h。     

不同结构尺寸丁羟发动机慢速烤燃特性

慢速烤燃试验是固体火箭发动机低易损性评估试验考核的重点之一.为研究丁羟复合固体推进剂发动机尺寸对慢速烤燃特性的影响规律,采用慢速烤燃试验结合数值模拟,对比分析了Ф100 mm×200 mm、Ф160 mm×400 mm中小型试验件和Ф522 mm×887 mm大尺寸固体火箭发动机慢速烤燃点火增长规律,确定了点火温度、点...     

不同火焰环境下固体火箭发动机烤燃特性数值模拟

为了研究固体火箭发动机意外遇到火焰环境时的热安全性问题,以高氯酸铵/端羟基聚丁二烯（AP/HTPB）复合固体推进剂为装填对象,针对某种小型固体火箭发动机建立了二维烤燃简化模型。分别对800 K、1 000 K、 1 200 K火焰环境下固体火箭发动机的烤燃特性进行了数值模拟。计算结果表明,3种火焰环境下,AP/HTPB最初着火位置均发生在靠近喷管的药柱外壁一环形区域内;随着火焰温度的提高,着火延迟期快速缩短,着火温度逐渐增大;绝热层的绝热作用随着火焰温度的增大而增强;复合固体推进剂中AP首先发生缓慢分解时的温度随火焰温度的提高而增大。     

RDX含量对改性双基推进剂热安全特性的影响

为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10℃·min^-1和20℃·min^-1下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。     

不同升温速率下模块装药慢速烤燃特性的数值模拟

为分析模块装药在外界热刺激下的热稳定性,开展了模块装药慢速烤燃特性的研究。建立模块装药慢速烤燃模型,在1.8 K/h、3.6 K/h和 7.2 K/h 3种升温速率下进行数值模拟计算。结果表明：在慢速烤燃条件下,升温速率较低（1.8 K/h、3.6 K/h）时,烤燃响应区域靠近中心传火管;升温速率较高（7.2 K/h）时,烤燃响应区域已不再靠近中心传火管的位置。由此可见,升温速率对模块装药着火时间和烤燃响应区域位置有较大的影响。随着升温速率的提高,着火时间变短,烤燃响应区域向单基药中心移动,烤燃响应区域由一个中心环形区域变成关于中心对称的两个环形区域,升温速率对烤燃响应区域的着火温度影响较小。     

不敏感弹药烤燃试验技术综述

为了提高不敏感弹药热安全性,推进我国不敏感弹药烤燃试验方法和评估体系的建立,介绍了国外不敏感弹药烤燃试验方法和评估标准,分析了不敏感弹药烤燃试验及其仿真技术的发展方向。发展不敏感弹药烤燃试验技术应从慢速烤燃标准加热速率合理化、烤燃箱尺寸限制、量化指标多样化、弹药老化问题等方面研究,尽快提高弹药系统的热安全性。     

固体推进剂慢速烤燃特性的影响因素研究

以HTPE推进剂、GAP推进剂为对象,采用慢速烤燃试验装置结合热电偶测温及传感器测压技术,研究了固体推进剂慢速烤燃特性的影响因素,包括配方组成、燃速、升温速率、约束条件、自由体积等.HTPE推进剂具有优异的慢速烤燃特性,10％ HMX的加入使其慢速烤燃的响应程度增加,自由体积对其慢速烤燃的响应程度没有明显影响;燃速从1...     

固体推进剂的慢速烤燃行为与热分解特性的关系研究

利用同步差示扫描-热重联用仪（DSC-TG），扫描电镜（SEM）和慢速烤燃试验，对比分析了NEPE推进剂和HTPB推进剂的热分解特性与慢速烤燃行为的关系。结果表明：高氯酸铵（AP）温热分解过程形成的多孔性形貌是导致HTPB推进剂慢速烤燃响应剧烈的主要因素；由于硝酸酯在较低温度下放出热量，使得NEPE推进剂在AP、HMX分解反应前点火，其慢速烤燃响应较为温和。     

烤燃环境下引信及其包装材料的热防护涂层性能

为提高引信及其包装箱的隔热或防火性能,避免在遇热或火焰时导致安全隐患,研究开发兼备防火及隔热性能的复合防护涂料。结合慢速与快速烤燃模拟试验,分析涂层结构设计对引信外壳及包装材料热防护行为和火安全行为的影响。结果表明：在慢速烤燃测试中,对钢板单独使用防火涂料时,不能起到隔热作用;在防火涂料上涂覆隔热涂料形成复合涂层后,防护效果有显著提升;在慢速和快速烤燃测试中,钢板背面温度分别降低了32 ℃和157 ℃. 进一步将复合涂层应用于引信壳体和引信包装箱板材,背面温度在慢速烤燃测试中分别降低33 ℃和21 ℃,在快速烤燃测试中分别降低105 ℃和117 ℃,起到了有效隔热或防火作用。     

底排药快速烤燃特性的数值模拟

为了研究底部排气弹的热安全性,基于高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB)底排药两步化学反应机理,建立了底排装置的二维非稳态烤燃模型。在外界加热速率为1,5,10 K·min~(-1)条件下,分析了底排装置的快速烤燃响应特性。结果表明,在上述加热速率下,底排药最先着火位置均靠近底排药外侧壁面附近。外界加热速率的变化对底排药着火位置的影响略小。随着加热速率的提高,底排药发生烤燃响应的着火时间呈指数型衰减。在1,5,10 K·min~(-1)加热速率下,AP/HTPB底排药发生烤燃响应的温度分别为579.4,574.0 K和573.5 K,加热速率对底排药的着火温度影响较小。     

炸药多点测温烤燃实验和数值模拟

为了研究炸药热反应规律,采用多点测温的烤燃实验装置,对PBXC10炸药进行了不同加热速率下的烤燃实验,测量了从炸药边沿到炸药中心不同位置的温度变化.建立了炸药烤燃实验计算模型,对炸药热反应过程进行了数值模拟计算.根据实验测量的炸药温度与时间曲线,标定了PBXC10炸药指前因子和活化能,分析了不同加热速率下炸药热反应特征...     

火炮射击环境温度对膛内模块装药热安全性的影响分析

为分析模块装药在火炮连发射击直至内膛温度达到可能发生烤燃响应的温度值后留膛热安全性,建立了火炮膛内模块装药二维非稳态烤燃模型。采用计算流体力学Fluent软件,对装填单基药的可燃模块进行了烤燃模拟。数值分析了50 ℃、20 ℃、0 ℃、-20 ℃和-40 ℃ 5种环境温度下,火炮以1发/min持续射击一定发数后装填入膛的模块装药在留膛期间的烤燃特性。结果表明：射击环境温度越低,连发射击后膛内模块装药的烤燃响应时间越长;5种温度对应的烤燃响应时间分别为136.0 s、176.4 s、205.7 s、237.4 s和278.5 s;每种射击环境温度下均是靠近模块盒右侧端面处的单基药最先着火,并形成环形烤燃响应区;不同射击环境温度下单基药的烤燃响应温度范围为454.2~462.6 K.     

小型传爆装置慢燃实验及数值计算

为了研究引信传爆管在烤燃作用下的热响应规律,设计了聚黑-14C（JH-14C）的小尺寸传爆管慢烤实验。对JH-14C进行差示扫描分析得到其热分解动力学参数,并结合引信传爆管的烤燃实验和数值模拟结果,确定了JH-14C的活化能与指前因子分别为2.04×10⁵ J/mol、5.59× 10¹⁷ s^-1. 通过对4种不同升温速率下引信传爆管的烤燃过程进行数值计算,结果表明：烤燃装置点火时,传爆药柱先起爆,冲击波经管壳衰减后使导爆药柱发生爆炸;不同升温速率下,传爆药柱内部形成的点火位置不同;随着升温速率的增加,点火位置由传爆药柱中心向其边缘转移,但点火温度变化不大。