复合固体推进剂

摘要： 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。

摘要： 目的建立复合固体定应变-温度循环加速试验方法。方法采用MSC.PATRAN有限元分析软件,仿真计算某型贴壁浇铸固体火箭发动机从零应力温度(68°C)固化降温至常温(20°C)的极值点vonMises应变最大值,利用自制应变加载装置对复合固体推进剂施加定应变。分析固体火箭发动机长期库房贮存的温度变化规律,在兼顾模拟性和加速性的基础上,设计并开展复合固体推进剂在4组不同应力水平下的温度循环加速试验。选用合适的性能退化模型和加速寿命模型,评估复合固体推进剂的可靠库房贮存寿命。结果某型固体火箭发动机从零应力温度固化降温至常温的极值点von Mises应变最大值为9.4%,复合固体推进剂4组温度循环加速试验的最高试验温度分别为75、75、60、60°C,温差分别为5、10、15°C,单个循环时长均为24h。复合固体推进剂在4组温度循环加速试验条件下的老化性能参数均为最大抗拉强度保留率,且在置信度为0.9时,其退化规律均符合指数型性能老化数学模型。结合失效临界值,计算出置信度0.9时的最低加速寿命分别为59、100、203、342 d。基于修正Coffin-Manson模型,利用多元回归分析方法,计算得到复合固体推进剂在长期库房贮存环境(最高温度298 K,年平均温差15 K)下,置信度0.9时的最低贮存寿命为20 a。结论在兼顾模拟性和加速性的基础上,建立了复合固体推进剂定应变-温度循环加速试验方法,并利用指数型性能退化模型和修正Coffin-Manson加速寿命模型,快速获得复合固体推进剂的最低库房贮存寿命,为下一步开展固体火箭发动机装药贮存寿命预估奠定基础。

摘要： 复合固体推进剂含有固体颗粒较多,传统的有限元分析方法难以准确实现复合固体推进剂在双螺杆挤出过程的仿真模拟。离散单元法(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合是一种适合复合固体推进剂生产过程仿真的有效方法,但实现难度很大。基于标定的接触模型参数通过DEM实现了以铝粉和高氯酸铵为主要组分的固体推进剂固体颗粒在双螺杆挤出输送过程的模拟,利用测得液相黏度模型参数通过DEM-CFD耦合计算实现了固体推进剂固体颗粒与液相在双螺杆挤出过程的耦合仿真。结果表明,通过DEM计算得到的固体推进剂固体颗粒在双螺杆中的输送与实验规律相符;对比DEM-CFD耦合仿真与DEM中固体颗粒仿真结果,可见加入了液相的DEM-CFD耦合仿真物料流动性比未添加液相的DEM固体颗粒更好,物料在螺杆输送段的填充率从20%提升到40%,固体颗粒平均输送速度提升150%,螺杆的受力变化不大。

摘要： 国内外普遍采用高温加速试验方法,以Arrhenius方程作为动力学模型评估聚合物材料包括复合固体推进剂的老化性能和贮存寿命。近年来,Arrhenius方程在复合固体推进剂老化和寿命评估的适用性受到一些质疑。为探讨Arrhenius方程的适用性问题,本文综述了Arrhenius方程在国内外固体推进剂贮存老化评估中的应用情况,从理论源头梳理了Arrhenius方程的形成过程和相关参数物理意义,指出了目前在Arrhenius方程理论认识和应用上的误区。理论分析表明,在Arrhenius方程形式下,频率因子和活化能两个参数之一是温度的函数;对于固体推进剂,现行标准允许的加速试验温度范围内活化能可视为定值。应用Arrhenius方程应符合下述条件:1)研究所涉及的温度范围内老化机理可视为一致;2)各加速试验温度下,老化程度相当;3)参数k应符合速率常数的物理意义。性能随时间变化的数学模型中参数k不符合速率常数定义,使用应慎重,推荐使用性能对数模型替代。

摘要： 845厂奠定了中国固体火箭的科技研发基础和科研生产的人才基础。1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射,遨游太空。举国欢庆之时,背后却是无数科研技术人员多年艰苦创业、忘我工作的不懈努力,其中就包括助推卫星的长征一号火箭固体推进剂发动机的研制者——845厂的科研人员!

摘要： 复合固体推进剂是运载火箭和导弹动力源的重要组成部分,在贮存、使用过程中,将受到一系列载荷和热应力的冲击,对复合固体推进剂的力学性能有较高要求。根据复合固体推进剂组分和结构特点,从粘合剂体系网络结构、固体填料和固体填料与粘合剂基体界面性质三方面综述了近年来复合固体推进剂力学性能调控方法的研究进展,介绍了粘合剂预聚物相对分子质量和官能度分布、固化参数、增塑比、扩链剂含量、固体填料含量、粒度和形貌等设计参数对复合固体推进剂力学性能的影响,以及不同类型键合剂对粘合剂-基体界面结构的应用范围和作用机理。指出了未来改善复合固体推进剂力学性能的一些技术途径,相关原材料合成和修饰技术的发展是实现复合固体推进剂力学性能大幅度突破的基础。

摘要： 与传统浇注方法相比,利用增材制造(又称“3D打印”)技术制造的复合固体推进剂具有药柱构形不受模具限制,配方、性能连续可调等一系列技术优势。为提升打印效果,对基于光固化成型的复合固体推进剂打印配方及技术参数进行了研究,并对打印的推进剂样品进行了性能测试。此外,通过将电阻式温度传感器集成到打印推进剂样品中,实现了复合固体推进剂与电阻式温度传感器的一体化增材制造,并对不同温度下温度传感器的电阻值进行了检测。结果表明,在固含量为83%的固体推进剂浆料中添加不低于3%的紫外光(UV)固化树脂即可实现较好的预固化效果。对于固含量77%和80%的浆料,可以用直径为0.26 mm的针头挤出,而当固含量达到81%及以上时,需选择直径为0.5 mm的针头。当固含量为81%时,得到的推进剂样品维形性较好,外观无明显缺陷,但电子计算机断层扫描(CT)结果显示样品内部存在片状孔隙。20°C时,样品拉伸强度和断裂伸长率分别为0.94 MPa和15.63%;60°C时则分别为0.70 MPa和14.63%。与传统浇注推进剂相比,拉伸强度无明显变化,但断裂伸长率降低。电阻式温度传感器材料与推进剂间的结合强度为0.21 MPa,结合效果良好,且在测试温度范围(20~60°C)内传感器电阻随温度呈线性变化,展现出良好的温度监测能力。

摘要： 综述了近年来中性聚合物键合剂的研究进展,归纳了中性聚合物键合剂在合成、应用方面的研究成果,提炼出中性聚合物键合剂的发展动向,在此基础上对其今后的发展给出自己的建议。

摘要： 针对固体火箭发动机装药结构完整性的计算与评估问题,总结与分析中外复合固体推进剂本构模型、结构完整性解析模型、结构完整性数值仿真.研究表明:首先,复合固体推进剂具有力学性能复杂的特点,分析影响复合固体推进剂力学性能的主要因素,为建立合适的本构模型提供方向;其次,复合固体推进剂不可压缩、大变形、黏弹性性能,对装药结构完整性计算精度具有重要影响,分析提高求解精度的处理方法,为结构完整性精确计算与评估提供基础;最后,总结结构完整性分析的解析模型,为验证数值仿真提供了解析解.通过总结与分析,为装药结构完整性分析提供方向,为进一步优化装药设计提供理论基础.

摘要： 二茂铁及其衍生物是一类性能良好的复合固体推进剂燃速催化剂,较少的添加量便可调控推进剂的燃烧性能.然而结构简单、分子量小的二茂铁类燃速催化剂存在易迁移和易挥发等缺点,严重影响了推进剂装药的贮存寿命、使用可靠性及环境适应性.因此设计和合成具有低迁移、低挥发和高催化效率的二茂铁类燃速催化剂便成为这一领域研究的关键点.本文介绍了近年来已报道的新型二茂铁类燃速催化剂的合成方法、抗迁移挥发性和催化性能,指出了其存在的问题,并对该领域今后的研究方向进行了展望.低分子量的二茂铁化合物合成相对简单,催化性能优异,但迁移挥发趋势依然存在;二茂铁聚合物分子量大,能彻底解决二茂铁的迁移问题,但催化效率较低,合成工艺复杂.在这些新型燃速催化剂中,含能离子型二茂铁化合物迁移挥发性低、易于合成修饰、热稳定性好且高含氮量,有利于提高推进剂的能量水平,具有广阔的应用前景.

摘要： 复合固体推进剂本构模型的研究是分析贴壁浇注式固体火箭发动机装药结构完整性的重要基础.从微观角度看,复合固体推进剂由大量不同大小的固体颗粒(例如AP颗粒,RDX颗粒和Al颗粒)嵌入基质中,基质和固体颗粒通过粘合剂彼此结合.因此,本文通过考虑复合固体推进剂中颗粒大小和颗粒-基质界面失效强度的差异的分布情况,假设在外部载荷下固体推进剂的损伤演化服从Weibull分布函数和幂律分布函数,建立了含损伤的粘弹性本构模型,通过文献中HTPB推进剂在高温(323K)、常温(293K)和低温(233K)下的实验数据对模型的准确性进行了验证,并对两种统计模型预测的准确性进行对比.结果表明:两种分布函数都能够描述HTPB推进剂在不同实验条件下的应力-应变关系,本构模型预测的最大应力误差基本都小于20％,但是基于Weibull分布函数的本构模型稳定性更好.

摘要： 为进一步提高发动机比冲,降低含铝固体推进剂燃烧时铝颗粒团聚、熔渣沉积和两相流损失引起发动机的性能损失.采取低熔点、低沸点金属锂和铝合金化的方法,利用燃烧过程中锂蒸气产生的"微爆"效应使合金颗粒破碎和快速燃烧,以此减小铝燃烧的团聚问题,进而提高铝的燃烧效率和能量释放速率.本研究采用CEA软件对扩张比为9.978的标准发动机进行了热力计算,研究了铝锂合金粉(AlLi,Li20wt.％)的含量(质量分数为8％～26％)和燃烧室压强(1～100atm)对发动机理论比冲、燃烧温度以及出口气相、凝相成分的影响规律,为含AlLi合金复合固体推进剂的制备奠定理论基础.通过计算确定推进剂中AlLi/AP/HTPB最优AlLi合金含量为22％,在60atm时该配方的理论比冲可达264.56s,与同含量的含铝固体推进剂(理论比冲为259.37s)相比提高了5.19s,燃烧室绝热温度为3202.11K.同时,含AlLi合金固体推进剂燃烧后污染元素Cl主要与Li结合生成LiCl,含量为20.62％,使发动机出口HCl的含量大幅度降低到1.29％,降低了发动机羽流的特征信号.

摘要： 概述了分子动力学模拟方法在复合固体推进剂的组分相容性、感度及安全性研究中的应用和分子动力学在研究固体推进剂中炸药爆轰及燃烧反应机理方面的应用,为从分子层面解释炸药爆炸时的微观反应机理提供了可能;分析了目前存在的问题及发展前景,可为相关科研人员提供理论参考.

摘要： 概述了单螺杆捏合技术及双螺杆挤出技术在复合固体推进剂连续化生产中的应用研究历程、现状及发展趋势.单螺杆捏合技术为早期研究内容,目前国内外研究主要集中于双螺杆挤出技术.简述了国内复合固体推进剂连续化生产研究的差距,并提出后续研究建议.

摘要： 概述了Micro-CT扫描原理、重建算法及分析方法.对复合固体推进剂细观特性方面的研究现状,CT检测、重构、有限元分析及细观损伤判定等进行了总结.对复合固体推进剂粘接试件进行了微CT扫描,重构了二维及三维图像,对试件重构图像进行了初步分析.

摘要： 固体推进剂在生产和运输过程中,内部产生缺陷,而缺陷往往被理想化为裂纹,裂纹的出现影响了药柱的结构完整性,而且会对影响导弹的弹道性能,为了获得发动机的极限性能,就需要对推进剂药柱进行系统研究.ABAQUS功能强大的有限元软件,可以分析复杂的固体力学和结构力学系统,模拟非常复杂的模型,处理高度非线性问题.ABAQUS中对于一般线弹性材料裂尖的应力强度因子可以直接在历程变量中得到.而对于推进剂类似分析时要经历大变形的材料,计算的分析步中就需要将几何非线性打开,此时在ABAQUS的结果中不能直接得到所要求的应力强度因子,必须通过J积分得到,论文介绍了裂纹面位移法求解复合型裂纹应力强度因子的整个过程,同时计算了推进剂裂尖复合型裂纹的应力强度因子进行了求解,并与理论值相比,计算结果可以作为推进剂裂纹扩展试件的尺寸选择提供很好的参考.

摘要： 为了研究不同烤燃条件下复合推进剂(PBT/HMX/AL/AP/BU)的响应特性及探索其影响因素.首先,采用DSC,研究了复合推进剂及单组份的热分解特性,复合推进剂的初始分解温度为187.27°C,单组份中增塑剂BU初始分解温度最低,为192.95°C,表明复合推进剂的热分解过程是从BU开始.其次,分别测量了复合固体推进剂在快/慢烤试验中,复合推进剂内部温度的变化过程,试验结果:1)快速烤燃试验中,样品内部温度分布极不均匀.点火90s后,样品发生反应,此时样品中心的温度仅为85°C,试验后钢管端盖破裂,样品发生了燃烧反应;2)慢速烤燃试验中,样品内部温度分布均,几乎无温度差,样品发生反应时,样品内部温度与环境温度均为133°C,试验后样品钢管完全破碎,表明样品发生了爆轰.由此可见,慢烤试验中,由于样品内部温度分布均匀,发生反应时,大部分样品都处于临界反应温度,一旦发生激发,瞬间发生反应的样品量多,破坏效应会比快烤试验更严重.

摘要： 针对AP/HTPB复合固体推进剂燃烧特点,建立一种二维稳态燃烧模型.该模型采用微观三明治结构,耦合气相与固相热边界,应用了简化的两步化学反应机制描述固相热分解与气相燃烧过程,通过求解完整的N-S方程,研究AP/HTPB推进剂的微观燃烧特性.数值结果表明,在低压环境下,推进剂燃烧火焰呈明显的预混结构;在中等压力下,预混火焰与扩散火焰并存;在较高压力下,火焰呈明显的扩散结构;压力越高,扩散火焰间距越大,火焰前锋越贴近燃烧表面.

摘要： 从安全设计与维护保养两方面对立式混合机进行阐述,从运动、载荷、结构设计和有限元分析等方面对桨叶的安全设计进行分析,理论分析表明混合机远心桨叶综合疲劳安全系数为6.22,安全性能较高;疲劳分析得出远心桨叶理论上的工作寿命为52000小时;对远心桨叶近端齿轮3强度进行分析,表明齿轮3能安全有效工作24000小时;分析轴承游隙,指出为减少桨叶径向摆动量,轴承选型时尽量选取高精度等级的轴承,最后对控制系统安全设计措施、混合机设备维护保养进行简要阐述.

摘要： 从安全设计与维护保养两方面对立式混合机进行阐述,从运动、载荷、结构设计和有限元分析等方面对桨叶的安全设计进行分析,理论分析表明混合机远心桨叶综合疲劳安全系数为6.22,安全性能较高;疲劳分析得出远心桨叶理论上的工作寿命为52000小时;对远心桨叶近端齿轮3强度进行分析,表明齿轮3能安全有效工作24000小时;分析轴承游隙,指出为减少桨叶径向摆动量,轴承选型时尽量选取高精度等级的轴承,最后对控制系统安全设计措施、混合机设备维护保养进行简要阐述.

摘要： 本发明主要涉及生产固体复合推进剂(具有填充有高氯酸铵和铝的聚氨酯粘合剂)的方法。典型地，所述推进剂的高氯酸铵药料由各自具有特定的单峰粒径分布的至少两种药料获得。因此，能够减少氧化铝在发动机后部的沉积和推力振荡。本发明还涉及固体复合推进剂、固体推进剂药料及相关的火箭发动机。

摘要： 本发明提供了一种高固体含量NEPE固体推进剂浆料、推进剂及制备方法，属于固体推进剂技术领域。所述浆料的制备方法，包括以下步骤：称取原料，其中，所述原料包括高氯酸铵、硝铵炸药、铝粉、粘合剂体系、固化剂及功能助剂，所述铝粉为特细铝粉或者特细铝粉与FLTQ1铝粉的混合物，所述特细铝粉的粒度d

摘要： 本发明涉及提高固体推进剂力学性能的组合功能助剂及包含该组合功能助剂的固体推进剂，组合功能助剂包括苯胺和安定剂，其中苯胺和安定剂占固体推进剂总质量的百分比含量分别为苯胺0.03％～0.35％，安定剂0.3％～2％；本发明采用苯胺和安定剂的组合功能助剂，改善了界面作用，苯胺中的羟基可进入推进剂网络结构中，调节粘合剂的网络密度，同时苯胺中的苯环为刚性结构，作为硬段可显著提升推进剂强度和模量，从而提高了高能固体推进剂力学性能；同时采用高效安定剂，改善抑制苯胺组合功能助剂与硝酸酯的化学相容性，抑制硝酸酯在弱碱性条件下的分解，起到了进一步提高了推进剂力学性能的作用。

摘要： 本发明涉及一种用于制备用于火箭推进的低于室温冷却的(低温的)单元固体推进剂，特别是由多相的液-固-推进剂构成的推进剂的方法，在该推进剂中至少一种作为氧化剂或燃料的的反应剂含有在常温下的液相或气相，如互不相溶的液体组分的乳浊液、在液体组分中的固体悬浮液或经液体浸渍的堆料。此外本发明还涉及一种用于火箭推进的低温固体推进剂，特别是多相的准单元燃料-氧化剂-联合。所以本发明的任务是，与传统的可储存的固体推进剂、混合推进剂或液体推进剂相比较提高低温固体推进剂的有效功率，并在避免昂贵的液体管理维护和同时不用对低温固体推进剂进行持久点火的情况下，以简单的方式改善它的可储存性和经济性。该任务以这样解决，即将至少一种以燃料或氧化剂的形式作为反应剂的液相或气相带入固态的、用互相相连存在的空室形成的、由与液相互补形成的反应剂所构成的结构中，并将液相或气相通过冷冻而在固体结构内转变成在常温以下稳定的低温固相。

摘要： 本发明主要涉及生产固体复合推进剂(具有填充有高氯酸铵和铝的聚氨酯粘合剂)的方法。典型地，所述推进剂的高氯酸铵药料由各自具有特定的单峰粒径分布的至少两种药料获得。因此，能够减少氧化铝在发动机后部的沉积和推力振荡。本发明还涉及固体复合推进剂、固体推进剂药料及相关的火箭发动机。

摘要： 本发明涉及固体推进剂用的复合组合物，它含有氧化药料、液体多元醇聚合物、由二茂铁衍生物组成的燃烧催化剂和铝药料。所述铝药料的特征在于是亚微米或甚至纳米的药料。本发明还涉及膏体或固体推进剂以及相应的固体推进剂药柱。

摘要： 本发明提供了一种高固体含量NEPE固体推进剂浆料、推进剂及制备方法，属于固体推进剂技术领域。所述浆料的制备方法，包括以下步骤：称取原料，其中，所述原料包括高氯酸铵、硝铵炸药、铝粉、粘合剂体系、固化剂及功能助剂，所述铝粉为特细铝粉或者特细铝粉与FLTQ1铝粉的混合物，所述特细铝粉的粒度d

摘要： 本发明涉及提高固体推进剂力学性能的组合功能助剂及包含该组合功能助剂的固体推进剂，组合功能助剂包括苯胺和安定剂，其中苯胺和安定剂占固体推进剂总质量的百分比含量分别为苯胺0.03％～0.35％，安定剂0.3％～2％；本发明采用苯胺和安定剂的组合功能助剂，改善了界面作用，苯胺中的羟基可进入推进剂网络结构中，调节粘合剂的网络密度，同时苯胺中的苯环为刚性结构，作为硬段可显著提升推进剂强度和模量，从而提高了高能固体推进剂力学性能；同时采用高效安定剂，改善抑制苯胺组合功能助剂与硝酸酯的化学相容性，抑制硝酸酯在弱碱性条件下的分解，起到了进一步提高了推进剂力学性能的作用。

摘要： 本发明涉及一种用于制备用于火箭推进的低于室温冷却的(低温的)单元固体推进剂，特别是由多相的液－固－推进剂构成的推进剂的方法，在该推进剂中至少一种作为氧化剂或燃料的反应剂含有在常温下的液相或气相，如互不相溶的液体组分的乳浊液、在液体组分中的固体悬浮液或经液体浸渍的堆料。此外本发明还涉及一种用于火箭推进的低温固体推进剂，特别是多相的准单元燃料－氧化剂－联合。所以本发明的任务是，与传统的可储存的固体推进剂、混合推进剂或液体推进剂相比较提高低温固体推进剂的有效功率，并在避免昂贵的液体管理维护和同时不用对低温固体推进剂进行持久点火的情况下，以简单的方式改善它的可储存性和经济性。该任务以这样解决，即将至少一种以燃料或氧化剂的形式作为反应剂的液相或气相带入固态的、用互相相连存在的空室形成的、由与液相互补形成的反应剂所构成的结构中，并将液相或气相通过冷冻而在固体结构内转变成在常温以下稳定的低温固相。

摘要： 本发明提供一种声共振快速混合固体推进剂的工艺方法，包括：S1、将所述粘合剂、增塑剂、键合剂按一定比例和氧化剂在声共振混合容器中预混反应直至混合混匀；S2、加入固化剂并混合均匀；S3、加入金属燃烧剂以及配方其他剩余组分，继续混合至设定时间后出料，得到快速混合的推进剂物料。本发明可以安全高效的完成固体推进剂组分间化学反应和体系网络建立，在20min内实现推进剂药浆的均匀混合。与常规混合工艺相比，混合效率提高6‑12倍，且制备的推进剂性能相当或更优。