基于分段老化模型的HTPB推进剂贮存寿命

针对常用老化模型不能准确描述端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂贮存老化不同阶段特点的问题,提出了一种分段老化模型。对HTPB推进剂进行了高温加速寿命试验,以最大延伸率作为性能变化表征参数,将HTPB推进剂的老化机理分三个阶段进行了分析,并根据老化不同阶段的相关性分析结果,建立了分段老化模型。利用时温等效原理,得到了高温(60℃)加速老化和常温(25℃)有效贮存的时间转换关系,结合分段老化模型,预估HTPB推进剂在常温(25℃)条件下贮存寿命为11.60年。该模型的相关系数R0.95,标准差R_(std)0.015。     

定应变下HTPB推进剂延伸率二元回归模型

为研究自然条件下HTPB推进剂最大延伸率变化和寿命评估的模型,基于定应变下高温加速老化对推进剂延伸率的影响,考虑力-热耦合作用,综合线性和指数模型的特点,建立了二元回归模型。将该模型应用到自然贮存延伸率预测和寿命评估中去,该模型具有很好的相关性。在该模型下某自然贮存HTPB推进剂10年后延伸率满足要求的概率为0.9。该模型可以用来预测HTPB推进剂的使用寿命。     

基于老化修正模型的HTPB推进剂寿命预估

针对Arrhenius方程在端羟基聚丁二烯(Hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)推进剂寿命预估方面的局限性,提出了一种老化修正模型。根据高温加速寿命试验数据,对模型参数进行了回归求解,外推出常温25℃条件下HTPB推进剂的贮存寿命为12.79年,与常温外推试验结果的相对误差为9.29%,且预估结果小于常温外推寿命,从安全性的角度上满足实际使用需求。与指数模型、对数模型和线性模型的相关性分析结果表明,老化修正模型的相关系数R0.97,标准差Rstd0.015,回归结果要优于常用的三种老化模型,该模型适用于HTPB推进剂贮存寿命的预估研究。     

HTPB推进剂交变温度加速老化与自然贮存相关性

为研究与自然贮存环境相关性较好的推进剂加速老化方法,设计了 HTPB复合推进剂交变温度加速老化试验,在-10～60℃温度范围内,以3种温度变化速率(10 ℃/12 h,20 ℃/12 h,30 ℃/12 h),分别老化3S d,56 d,91 d后对推进剂进行力学性能测试,基于最大伸长率进行了HTPB推进剂加速老化与自...     

HTPB 推进剂粘结体系的热氧老化及防护研究

针对海军战术导弹固体火箭发动机端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)推进剂老 化问题,对HTPB 推进剂粘结体系的老化及防护进行探讨。对丁羟聚氨酯热氧老化机理及影响因素进行介绍,分别 从物理防护与防老剂的化学防护2 方面概述了HTPB 推进剂粘结体系的防护。从老化实验、仪器分析及分子模拟3 方面对老化及防护的研究方法进行了总结,并对分子模拟技术在HTPB 推进剂老化及防护研究的应用前景进行展望。 该研究对未来HTPB 推进剂的防老化及导弹贮存、使用性能的提高有一定指导意义。     

基于湿热加速老化试验的HTPB固体推进剂寿命预估

借鉴量子力学理论关于电子产品老化反应速率与环境温、湿度的关系,将Eyring和Arrhenius模型相结合,建立了固体推进剂贮存使用寿命的湿热老化模型,并通过试验数据拟合得到具体的经验公式。利用该模型预估出某HTPB固体推剂在室温20℃、相对湿度为50%的贮存寿命,与实际贮存寿命进行了对照。结果表明,采用将温湿因素引入推进剂老化模型的方法,可以使推进剂寿命预测的结果更接近于发动机中推进剂的实际使用寿命。     

HTPB推进剂热力耦合加速老化细观损伤机理分析

为了深入探究端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在热力耦合作用下的细观损伤机理，采用了试验表征和理论分析相结合的方法。具体而言，对在不同环境温度（50，70 ℃和90 ℃）及不同加载次数下的HTPB推进剂进行了细观层面分析。在50 ℃下，分别进行了约3000次和10800次加载；在70 ℃下，分别进行了约1800，3600次和7030次加载；而在90 ℃下，则进行了约1800次加载。研究发现：在热力耦合加速老化作用下，HTPB推进剂的细观损伤比单一因素老化更为显著。其细观损伤机理主要涉及两方面：一是由于基体热降解，基体自身的承载性能及其与颗粒间的粘接强度均有所下降，进而导致颗粒“脱湿”；二是颗粒的“脱湿”现象反过来进一步加剧了基体的热降解。这种相互作用使得细观损伤更加严重。研究还发现，随着老化温度的增加，细观损伤的程度会加剧，但温度过高将改变老化过程的细观损伤机理。此外，研究指出，在其他条件不变的前提下，合理选择终止加载次数对于判断HTPB推进剂是否发生显著细观损伤至关重要。本研究中，当50 ℃和70 ℃下的加载次数比（）分别超过0.281和0.330时，HTPB推进剂会产生显著的细观损伤。     

密封性对GATo-3推进剂贮存安全影响

采用热加速老化实验,在55,65,75℃密封与半密封条件下对GATo-3推进剂进行寿命加速,获取不同贮存条件下不同贮存寿命的试验样品.利用气相色谱(GC)和微热量计研究了密封性对GATo推进剂贮存安全性影响.结果表明:由于安定剂间苯二酚(Res)升华、H+的催化和密封压力的作用不同,密封性对该推进剂贮存安全的影响规律不...     

高低温循环下HTPB推进剂力学性能规律研究

为了获得高低温循环下HTPB推进剂的力学性能变化情况,通过高低温循环实验(又称温度渐变实验)和单向拉伸实验,对HTPB推进剂高低温循环力学性能规律进行了研究.实验结果表明:高低温循环下HTPB推进剂的最大抗拉强度和最大延伸率都随着循环周期数的增加而降低,这与热氧老化下的力学性能变化规律不同.最后,运用灰色理论预测了该实验条件下HTPB推进剂失效时的高低温循环周期数.     

某火工品贮存老化效应分析研究

在恒定温度、相对湿度(60℃、95%和71℃、95%)的双因素和恒定温度(71℃)的单因素条件下,对某火工品在加速寿命试验后各个不同时间的性能变化情况进行了研究。研究结果表明,该火工品电阻在加速老化试验过程中未发生显著性变化,但其单发作用时间、质量以及药剂的撞击感度都发生了显著性变化。在71℃、95%的加速老化试验条件下加速老化14天,其单发作用时间超出了设计技术指标,表现为不合格;同时随着老化时间的延长,该火工品质量损失量也增加,药剂撞击感度也不断提高。     

Effects of Plasticizers,Antioxidants and Burning Rate Modifiers on Aging Performance of the HTPB/HMDI Composite Solid Propellant

The effects of plasticizers,antioxidants and burning rate modifiers on the aging performance of the composite solid propellant based on hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB)/hexamethylene diisocyanate(HMDI)were explored by apply-ing an accelerated aging program for 90 day at 70 ℃. The HTPB propellant matrix with the diisooctyl sebacate(DOS)as plasti-cizers and diisooctyl azelate(DOZ), antioxidants as N,N ′-Diphenyl-p-phenylenediamine(AO) and 2,2′-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol)(cyanox 2246)and burning rate modifiers as barium ferrite(BF),copper chromites(CC)and fer-ric oxide(FO)were varied. Results show that sample(S1)which based on DOS decreases the stress value and increases the strain value which considered to be an excellent start for aging program. Sample(S3)containing AO presents the higher resis-tance to oxidation showing the better performance that reflects on increasing the shelf life of the composite solid propellant mo-tor. Sample(S5)which based on BF enhances the ballistic performance among over the other tested two samples. The accelerat-ed aging program allowed us to estimate the motor in-service lifetime.     

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。     

复合固体推进剂交变温度载荷下的老化动力学

为考察复合固体推进剂在交变温度载荷条件下的老化动力学,揭示其老化机理,讨论了传统高温加速老化方法在处理复合固体推进剂交变温度加速老化试验数据时存在的局限性,建立了交变温度加速老化动力学模型,给出了等效温度和等效循环时间的计算方法和交变温度环境下活化能的计算公式,提出了复合固体推进剂交变温度载荷下的老化机理,使预估结果更符合实际贮存环境,相关性更好。     

固体火箭发动机药柱概率贮存寿命预估

基于粘弹性随机有限元法和固体推进剂高温加速老化试验,提出了固体火箭发动机（SRM）药柱概率贮存寿命预估模型。对老化试验数据进行统计分析得到了固体推进剂性能参数数字特征随贮存时间的变化规律,采用三维粘弹性响应面随机有限元法（SFEM）计算了药柱结构响应的均值和标准差,分析了某SRM药柱在不同贮存期的结构可靠度,并对其进行了概率贮存寿命预估。所提方法可为固体发动机研制和使用部门提供参考。     

HTPB/IPDI复合固体推进剂细观界面率相关参数的反演识别研究

为研究HTPB/IPDI(hydroxyl-terminated polybutadiene/isophorone diisocyanate)复合固体推进剂细观界面性能随加载速率的变化规律,基于分子动力学算法生成了HTPB/IPDI复合固体推进剂的细观颗粒填充模型。颗粒与基体间粘接作用通过结合粘弹性标准机械单元及指数型率无关内聚本构所构建出的率相关内聚力模型模拟。通过HTPB/IPDI基体胶片的应力松弛试验得到细观模型中基体材料的松弛参数。基于模型对HTPB/IPDI推进剂在不同加载速率下(0.1,5,20 mm·min~(-1))的宏观力学响应进行仿真计算。利用数值仿真结果与HTPB/IPDI推进剂单轴拉伸试验结果曲线,通过Hooke-Jeeves优化算法对率相关内聚力模型参数进行反演分析,得到了优化后的界面参数数值。利用所建立的模型对50,100 mm·min~(-1)加载速率下的HTPB/IPDI复合固体推进剂材料的宏观力学行为进行预测。结果显示,预测结果与实际试验结果较为一致。     

定应变加速老化条件下HTPB衬层交联密度老化模型

为了对定应变贮存老化条件下端羟基聚丁二烯(HTPB)衬层横向弛豫特性和交联密度的变化规律进行研究,设计了0%、5%、10%、15%定应变水平下HTPB衬层的加速老化试验,采用低场~1H NMR CPMG序列对HTPB衬层的质子横向弛豫衰减曲线进行了测试,并根据修正的单链模型计算得到了HTPB衬层的交联密度,分析了交联密度的变化规律,同时建立了考虑物理拉伸和化学老化因素的交联密度老化模型,对老化模型参数的影响因素和变化规律进行了研究。结果表明,定应变贮存老化条件下HTPB衬层的交联密度呈现先增大后降低的趋势,定应变的存在会导致HTPB衬层的应力松弛时间增加,但是对HTPB衬层的老化反应速率常数没有显著的影响。建立的交联密度老化模型的具体形式为ν_(NMR)(ε,t)=ν_(p0)(ε)τ(ε)[1-exp(-t/τ(ε))]+ν_(ini)-k (ε) t,该模型与试验结果的相关系数R0.9500(5%定应变时相关系数R0.9000),可以用来描述定应变条件下HTPB衬层交联密度的老化规律。     

双基球扁药中的钝感剂迁移现象及其对燃烧性能的影响

为研究双基球扁药贮存过程中钝感剂的迁移现象,采用显微拉曼技术,表征了经加速老化后小分子钝感剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和高分子钝感剂聚新戊二醇己二酸酯(NA)在双基球扁药中的浓度分布状态;并利用密闭爆发器试验,测试了双基球扁药的燃烧性能。结果表明,在由表及里的一维方向上,钝感剂DBP、NA的浓度呈指数规律变化,符合Fick第二扩散定律;加速老化过程中,在双基球扁药中DBP的迁移是双向的,钝感剂分布的浓度梯度会逐渐降低,扩散深度增加,浓度峰值位置向内偏移,双基球扁药燃烧渐增性能也随之下降;高温会加剧钝感剂的迁移现象,65,75,85℃高温条件下老化10天的球扁药样品,其燃烧渐增性特征值分别为1.3351、1.2917、1.1888;随着温度的升高,双基球扁药的燃烧渐增性能下降幅度也随之加大;而在相同条件下,NA较DBP具有更好的抗迁移特性。     

基于加速老化和实测载荷的立式贮存固体发动机药柱寿命评估

为预估立式贮存固体发动机药柱贮存寿命,综合考虑加速老化和实测载荷的影响,开展推进剂高温加速老化试验,得到推进剂延伸率的变化规律。分别对贮存老化后的发动机在固化降温/静态立式贮存/点火发射和固化降温/动态立式贮存两种载荷历程进行有限元分析,获取药柱危险点von Mises 应变规律,并计算药柱在振动条件下的疲劳损伤。以延伸率和应变随时间的变化规律为依据,预估了发动机寿命。结果表明：推进剂延伸率随时间逐渐减小;药柱在重力载荷的长时间作用下会产生蠕变效应;药柱内部各点在实测振动载荷作用下产生周期性的应力,动态立式贮存半年的损伤值为0.017 12;发动机贮存老化时间与立式贮存次数呈现负指数关系,其可允许的动态立式贮存次数为15次;考虑立式贮存时,总寿命介于8.24~11.75年;忽略立式贮存时,总寿命为17.81年。