火箭发动机固体推进剂老化研究
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法固体火箭发动机作为一种行星对行星弹道技术，具有军事应用的价值和重要性。
它的发展受到了众多局限，其中最重要的是固体火箭发动机药柱热老化结构分析问题。
如何能够有效地分析固体火箭发动机药柱热老化结构，以提高发动机性能，降低成本，从而推动固体火箭发动机的发展，一直是研究人员密切关注的焦点。
固体火箭发动机药柱的热老化结构分析包括材料的热老化性能分析、裂纹传播分析和结构建模分析。
材料热老化性能分析旨在研究固体火箭发动机药柱受热老化影响时材料力学性能的变化，包括拉伸强度、塑性应变、断裂强度和断裂延伸等性能；裂纹传播分析旨在研究裂纹在热老化过程中的变化，以评估发动机受热老化影响时结构的稳定性；结构建模分析主要是用于评估药柱热老化过程中的应力场变化，以及随着热老化的不同阶段，发动机结构的耐久性能变化。
目前，用于固体火箭发动机药柱热老化结构分析的方法主要有数值模拟、试验方法和理论分析方法3类。
数字模拟分析方法是利用有限元方法仿真发动机药柱热老化过程中的温度场、应力场和物理量的变化；试验方法是利用实验室的测试来表征材料在热老化过程中的性能变化，从而推导出药柱在热老化条件下的结构变化；理论分析方法是利用理论和数学模型模拟药柱热老化过程中的结构变化情况，以及发动机药柱热老化变化的影响因素。
在分析药柱热老化结构时，应遵循与热老化一致的材料断裂机制，对材料进行正确的参数化，并采用新型的数据分析技术来改进分析的精度。
另外，为了准确分析药柱热老化结构，我们还可以采用现代微观影像技术来检测药柱内部的微观结构变化，从而更有效地评估药柱性能。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法是近年来受到广泛关注的一个方面，也是推动固体火箭发动机发展的一个重要环节。
因此，我们应该充分发挥各项技术优势，有效利用数值模拟、试验与理论分析等方法，加强对固体火箭发动机药柱热老化结构的研究，以期获得更多的科学成果，为固体火箭发动机的发展奠定牢固的基础。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法火箭发动机的发展可追溯到20世纪20年代，至今已经超过一个世纪了。
当初，火箭发动机主要是由液体火箭发动机构成，其发动机药柱采用流体加压燃料和推进剂，以及用于加热和泵料两种作用的加热剂。
随着固体火箭发动机的出现，其发动机药柱采用固体燃料和推进剂，加热剂可以是固体的也可以是液体的，发动机结构变得更为紧凑，效率更高，维护更加容易。
然而，由于固体燃料和推进剂的烧蚀性明显比液体低，推力的稳定性更高，所以在发动机药柱的高温环境下，压力、温度和流量的变化对发动机性能的影响更为明显。
因此，除了精确模拟固体火箭发动机药柱内部的热流量分布以外，还需要了解发动机药柱热老化结构分析方法，以预测发动机药柱内部的热力学性能及相关技术指标。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析是固体火箭发动机研究的一个重要组成部分，是对发动机药柱热老化结构的研究和分析。
它具有以下几个特点：首先，要研究发动机药柱的热老化结构，必须进行结构分析，评估药柱结构的稳定性和强度，以准确预测发动机热老化行为；其次，要进行核心热分析，评估发动机药柱内部温度分布情况，分析药柱表面、中心等位置的温度场，推导发动机药柱的温度和温度变化趋势；第三，要进行水分分析，采用热模型来预测固体火箭药柱的氢气蒸发率，从而分析药柱内部压力场、温度场以及水分分布；第四，要进行热稳定性分析，采用材料学模型分析发动机药柱的热稳定性状况，以预测药柱在高温下的性能变化。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析具有很强的可靠性和实用性，可帮助研究者更好地了解发动机药柱的热老化结构和性能。
通过精确分析，可以准确计算出发动机药柱内部温度场、压力场和水分分布等性能指标，为发动机性能设计提供重要的参考依据。
此外，利用热老化结构研究，可以优化固体火箭发动机药柱的开发工作，保障药柱的可靠性和可靠性。
综上所述，固体火箭发动机药柱热老化结构分析是火箭发动机研究的一个重要组成部分，可以全面了解发动机药柱的温度、压力、水分等内部性能指标，为发动机设计和优化提供重要参考。
固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展
装备环境工程第20卷第10期·64·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年10月固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展霍文龙，谢丽娜，孙雪莹，张婷婷，张健，夏德斌，杨玉林，林凯峰*（哈尔滨工业大学 化工与化学学院，哈尔滨 150001）摘要：基于固体推进剂的贮存老化，以NEPE推进剂和以HTPB推进剂为代表，综述了近年来固体推进剂老化进程中所受的各种影响因素、作用机制及化学反应机理研究进展。
总结了温湿度、应力和环境气氛为代表的外部环境因素，配方性质、组分变化和添加剂等内部影响因素对推进剂老化及贮存失效期限的影响。
分别从微观和宏观角度出发，分析了内外部各种影响因素加速或减缓固体推进剂老化进程的作用机制。
此外，针对黏合剂、氧化剂、防老剂等化学组分，总结了固体推进剂贮存老化期间发生的氧化交联、分解、降解断链等主要化学反应，并分析了各个反应发生的机理及原因。
最后，展望了未来固体推进剂老化影响因素研究的发展趋势，并为今后固体推进剂老化机理及失效模式研究提供了研究思路。
关键词：固体推进剂；老化过程；影响因素；作用机制；化学反应；机理；失效模式中图分类号：V512 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)10-0064-13DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.10.008Affecting Factors and Chemical Reaction Mechanism of CompositeSolid Propellants during the Aging ProcessHUO Wen-long, XIE Li-na, SUN Xue-ying, ZHANG Ting-ting, ZHANG Jian,XIA De-bin, YANG Yu-lin, LIN Kai-feng*(School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)ABSTRACT: Based on storage aging of solid propellants, the research progress of various affecting factors, action mode and chemical reaction mechanism on the aging process of solid propellants in recent years is reviewed with NEPE propellants and HTPB propellants as the representatives. The effects of external environmental factors such as temperature and humidity, stress and ambient atmosphere, formula properties, composition changes and additives on propellant aging and storage failure time are summarized. The mechanism of internal and external factors to accelerate or slow down the aging process of solid propellant is analyzed from micro and macro perspectives. In addition, the oxidative crosslinking, decomposition and chain breaking of chemical components such as adhesives, oxidants and antioxidants during propellant aging are summarized, and the mechanism and reasons of each reaction are analyzed. Finally, the future development trend of the research on the affecting factors of solid propellant aging is prospected, and the research routes for the research on the aging mechanism and failure mode of solid pro-pellant in the future are provided.收稿日期：2023-09-14；修订日期：2023-10-14Received：2023-09-14；Revised：2023-10-14引文格式：霍文龙, 谢丽娜, 孙雪莹, 等. 固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展[J]. 装备环境工程, 2023, 20(10): 64-76. HUO Wen-long, XIE Li-na, SUN Xue-ying, et al. Affecting Factors and Chemical Reaction Mechanism of Composite Solid Propellants during the Aging Process[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(10): 64-76.*通信作者（Corresponding author）第20卷第10期霍文龙，等：固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展·65·KEY WORDS: solid propellant; aging process; affecting factors;action mode; chemical reaction; mechanism; failure mode固体推进剂是固体火箭发动机的能源材料，它能够在燃烧过程中快速释放出化学能量，同时产生高温气体产物。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法近年来，因具有较高的比冲力、短燃烧时间和高温的优点，固体火箭发动机已被广泛应用于航天技术领域。
固体火箭发动机药柱是固体火箭发动机最重要的工作部件，他们负责转换燃料消磨至最小的能量放出，并负责火箭发动机的热性能。
由于固体火箭发动机药柱具有高温、高热负荷和其他恶劣条件，其结构可能会受到因热老化引起的损坏。
为了有效地应对这一问题，提出了一种新的，能够有效分析固体火箭发动机药柱热老化结构的方法。
首先，根据典型的固体火箭发动机药柱结构及使用条件，建立热老化过程的数学模型。
其次，运用动态/静态热流模型来分析固体火箭发动机药柱的热老化结构。
然后，利用数值求解进行温度场和应力场的数值计算，得出温度和应力场的分布情况，并建立损伤模型，测量热老化过程中药柱结构的变形程度。
最后，结合热老化理论，基于固体火箭发动机药柱结构耐受性来确定热老化后结构的使用寿命。
为了验证该方法的有效性，我们通过模拟实验对其进行了验证。
实验结果表明，在分析固体火箭发动机药柱热老化结构时，该方法能够有效地评估其结构变形程度、热老化寿命和承受热负荷。
总之，本文提出的一种新的分析固体火箭发动机药柱热老化结构的方法，能够有效地评估其热老化结构及其耐受性，以及热老化过程中药柱结构的变形程度。
随着固体火箭发动机的发展，本文提出的新方法将为固体火箭发动机研究提供有效的指导。
某固体推进剂热加速老化试验与贮存寿命预估
某固体推进剂热加速老化试验与贮存寿命预估
试验步骤：
1.选取适当的固体推进剂样品，例如常用的聚合物固体火箭发动机推
进剂。
2.将样品放入加热箱中，以一定的温度和时间加热，使其发生老化。
3.取出样品，进行物理性质和化学性质的测试，包括显微结构、密度、机械性能、热性能、化学成分等。
4.根据测试结果分析样品老化的程度和特征，进而评估其贮存寿命。
预估方法：
1.基于试验结果，建立推进剂老化模型，探究其老化机理。
2.使用模型对不同贮存条件下的样品进行模拟，预测样品在不同贮存
时间下的老化特征和贮存寿命。
3.结合试验数据，对模拟结果进行修正和验证，提高预估的准确性。
4.根据预估结果，制定合理的储存和使用方案，保证推进剂在储存和
使用过程中的质量稳定和可靠性。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法近年来，固体火箭发动机技术发展迅速，被广泛应用于太空探索、运载火箭和洲际弹道导弹等领域。
随着对火箭发动机性能要求的提高，固体火箭发动机药柱必须具有良好的耐热性能才能保证发动机正常运行。
然而，固体火箭发动机药柱热老化过程的分析和预测仍是一个复杂的问题。
因此，探索一种有效的固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法，对提高固体火箭发动机性能具有重要意义。
首先，固体火箭发动机药柱的热老化是一个复杂的过程，它涉及到药柱中不同结构的变化，例如材料性质、结构和温度等。
因此，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，就必须了解药柱所处环境以及发动机药柱材料在不同温度下的改变。
其次，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，必须建立反映药柱热老化机理的有效模型。
常用的模型有力学模型、化学模型和物理模型等。
例如，力学模型可以有效地揭示药柱的热老化机制，化学模型可以很好地模拟药柱材料在不同环境下的性质改变，物理模型可以准确地预测药柱热老化行为。
此外，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，还需要利用相关实验手段。
通过实验，可以掌握药柱的热老化过程，为后续的模型建立提供准确的实验数据。
例如，可通过热性能实验、压缩实验、冲击实验等方法，获取药柱的热老化特性数据。
最后，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，必须进行多项结构设计，以使药柱在热老化过程中稳定。
一般来说，药柱结构设计包括夯实芯片、加强结构、减少热量积累和采用耐热材料等几个方面。
此外，可以采用模型试验或计算机模拟等方法，对药柱进行结构优化，最大限度地提高发动机性能。
综上所述，固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法应包括以下几个步骤：首先，要了解药柱所处环境以及发动机药柱材料在不同温度下的改变；其次，建立反映药柱热老化机理的有效模型；再次，利用实验手段获取药柱的热老化特性数据；最后，进行结构设计和结构优化，使药柱热老化稳定，提高发动机性能。
HTPB复合固体推进剂老化损伤的CT研究
文章编号:1006-2793(2001)01-0043-03HTPB复合固体推进剂老化损伤的CT研究阳建红,崔学伟,辜 健,陈 飞(第二炮兵工程学院机械力学教研室,西安 710025)摘要:针对HT PB复合固体推进剂老化存在的材料性能劣化问题,采用了计算机层析识别技术研究HT P B复合固体推进剂材料老化损伤,通过HT PB复合固体推进剂损伤的数学模型,定量描述了材料的老化问题,并将其代入推进剂粘弹本构方程,结果表明,老化损伤的粘弹本构方程能够一定程度上描述损伤老化引起的材料劣化问题。
关键词:端羟基聚丁二烯推进剂;计算机辅助断层成像;老化;损伤中图分类号:V512 文献标识码:A1 引言HTPB复合固体推进剂是一种化学不稳定材料,在贮存过程中,由于自身结构和外界作用,内部会发生化学老化及组分扩散[1],这是一个复杂的物理化学过程,影响推进剂力学性能。
因此,研究HT PB复合固体推进剂老化不仅有必要,而且对于固体导弹贮存、使用和延寿有决定性的意义。
研究推进剂老化一般对推进剂试件加速老化后测试其化学结构、力学性能和燃烧性能等。
参考文献[1]从推进剂试件加速老化后其交联度、硬度、力学性能和燃烧性能等方面作了较为系统的实验研究,由于老化涉及面较广,很难确定引起老化的因素并给出其规律。
而损伤力学不考虑引起老化的原因,只通过试验考虑老化的综合效应,其关键是确定表征材料劣化的特征参数——损伤变量。
本文从损伤力学角度出发,应用先进的计算机层析识别技术,通过测试不同老化程度的HT PB复合固体推进剂CT数[2],综合老化的各种因素将引起的变化,用CT数定义损伤变量,即表征材料劣化的特征参数。
2 CT扫描的检测原理 由于不同波长的X射线穿透物质能力不同,不同的物质对同一波长的X射线的吸收能力不同。
用一束已知强度为I0的X射线穿透扫描断面层,并在另一端测得衰减后的光强I,信号源所发出的X射线在物体中穿行应满足的信号衰减方程为d I/d x=- m I0(1)式中 m为被测材料每单位质量的衰减常数,只与材料入射的X射线波长有关; 表示该处的物质密度;d x为光线透射路径的长度微元。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法固体火箭发动机（SRE）的药柱是其中最重要的组成部分之一，其质量和耐久性直接关系到发动机性能的可靠性。
为了保证药柱性能可靠，需要在设计阶段正确评估其热老化结构。
药柱热老化结构分析是用来确定药柱热老化效果的重要方法，它可以有效地模拟火箭发动机在高温高压情况下的发动机热环境，从而提供有效的药柱热老化数据。
二、热老化结构分析方法
1、模拟技术
热老化结构分析方法主要是采用Finite Volume Methos （FVM）技术模拟药柱热老化过程，FVM是一种应变和能量转移技术。
此技术可以将任意复杂的三维热流动和热辐射问题分解为若干三角形元件，并通过解决每个元件中的热流动和热辐射问题，最终得到整个药柱的热老化结构分析结果。
2、药柱的热老化数据
采用FVM技术模拟药柱热老化过程后，可以得到药柱热老化过程中的温度场和速度场，以及任意时刻药柱边界表面外表面温度分布，以及热老化前后药柱几何形状变化情况，这些数据可以用于评估药柱结构的稳定性。
三、结论
固体火箭发动机的药柱是其中重要的组成部分，其质量和耐久性直接影响着发动机的性能和可靠性。
热老化结构分析是一种重要
的方法，可以有效的模拟药柱的热老化过程，定量地分析药柱热老化效果，从而确保其稳定性和可靠性。
本文介绍了热老化结构分析方法，包括模拟技术、得到热老化数据和对热老化结构的结论。
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法近年来，随着航空航天技术的不断发展，固体火箭发动机已经成为今天航空航天技术的重要组成部分。
固体火箭发动机的成功运行需要药柱的稳定性，而药柱的稳定性受到热老化的影响，其结构性能是热老化程度的直接反映。
因此，研究固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法变得越来越重要。
固体火箭发动机药柱热老化指的是在空间运行环境中，药柱受到高温、高压、振动等众多因素的共同影响，因而产生的结构失效。
药柱热老化可以分为晶界扩散热老化和金相热老化两种。
在晶界扩散热老化过程中，由于空间环境的持续影响，药柱的晶体结构发生改变，使物理性质发生变化，影响药柱的热稳定性和机械强度。
而在金相热老化过程中，当高温下药柱的相互作用发生变化，金属的晶体结构发生变化，导致药柱表面的化学结构及性质发生改变，影响药柱的热老化程度。
因此，固体火箭发动机药柱热老化结构分析，尤其是金相热老化和晶界扩散热老化的研究已经成为国内外研究者热衷的研究课题之一。
首先，使用扫描电子显微镜(SEM)来分析固体火箭发动机药柱的热老化结构。
由于药柱热老化过程中的微观变形，药柱的结构会发生变化，使药柱表面的显微图像发生变化，反映出不同程度的热老化结构。
通过比较分析，可以准确地评估药柱热老化程度。
其次，使用X射线衍射仪(XRD)分析药柱在热老化过程中晶体结构的变化。
XRD采用X射线能谱仪来研究药柱中特定晶体的结构变化，从而可以提供有关金属晶体结构的详细信息，如晶格参数、晶格缺陷种类和数量等，有助于评估药柱的热老化程度。
此外，还可以使用X光透射电子显微镜(TEM)来研究药柱在热老化过程中的结构变化。
TEM技术可以获得非常详细的结构信息，以反映金属晶体中微观特性的变化，如晶体结构变形、晶界形状及形状等，并可以提供固体火箭发动机药柱热老化结构变化的详细信息。
最后，借助微观分析技术，可以研究固体火箭发动机药柱热老化过程中的晶界扩散机制。
通过使用微观分析技术，可以获得关于温度、压力和时间对固体火箭发动机药柱热老化过程的影响的详细信息，并研究药柱在热老化过程中的结构变化。
基于状态监测和老化试验的火箭发动机寿命评估方法研究
固体 火 箭 发 动 机 全 寿命 周 期要 经 过 生 产 制 造 、 难准确评估 当前状态的可靠性及预测其剩余寿命 ，
地 原 同时 也 长途运输 、 长期 贮 存 、 务处 理 、 斗值 班 和 发 射 等 无 法 准 确 预 测故 障发 生 的 时 间 、 点 、 因 ， 勤 战 。 重要历程 。在全寿命 周期 中都有可能发生故障 ， 很 无 法 明确 责任”
下推 进 剂延 伸 率与 贮存 时间 的关 系。 将发 动机 危 险 点处 最 大应 变与 贮存 时间 的变化 关 系进行 比较 ， 到推 得
进 剂 的贮存 寿命 。
关 键词 ：固体 火箭发 动机 ； 态监 测 ； 状 老化试 验 ； 寿命
中图分 类 号 ： ２ ６ ； ３ Ｖ １ ． Ｖ２ ８ ５ 文献标 识 码 ： Ａ
摘要 ： 过分 析 某型 固体 火 箭发 动机 的 结构 ， 通 对发 动机 状 态监 测 系统的微 型传 感 器进行 了合 理 布局 ， 从
而得 到危 险 区域 的 最 大应 变值 。采 用加 速 老化 试 验 ， 到 推进 剂在 不 同老化 温度 下延 伸 率 随老化 时间的 变 得
化 曲线。通过化学反应速率 ， 建立不同老化温度下力学性能参数和老化 时间的关系， 从而确定某贮存温度
发 动机 前 部 是 低燃 速 推进 剂 ， 部 为 高 燃 速 推 后
使 用 或 销 毁 。 因此 ， 开展 固体火 箭 发 动 机 的 寿命 进 剂 ， 燃 速 推 进 剂 段 约 为 １０ ｍ。 用 ＭＳ ／ 需 低 ２０ｍ Ｃ 和可 靠性 评 估 方法 研 究 ， 索 和验 证 固体 火 箭发 Ｐ Ｔ Ａ ２０ 建模 ， 探 Ａ Ｒ Ｎ ０５ 以八 节 点六 面体 单 元 划分 ， 分 划
固体推进剂贮存老化研究进展
１ ㊀引㊀言
固体推进剂贮存老化性能是固体推进剂的重要性 能之一， 深入开展固体推进剂贮存老化性能的研究， 可 以为准确地预测推进剂的贮存寿命和制定相应的防老 化措施提供依据。准确地预测推进剂的贮存寿命可以 避免过早地销毁或更 换 发 动 机 所 造 成 的 巨 大 浪 费， 同 时又可以避免因过迟更换所带来的严重后果。鉴于固 体推进剂贮存老化研 究 的 重 要 意 义， 很多国家都有庞 大的贮存寿命 预 估 计 划， 如美国的“ 全面老化和监测 计划” 、 “ 长期寿命分析计划” 和“ 寿命预估技术计
预估技术作为其重要 组 成 部 分， 其主要目标是减少固 体推进剂老化模型、 材料缺陷及非线性本构方程的不 确定性， 提高固体发动机寿命预估的精度。据此， 美国
［ ３－ ４ ］ 近年来提出了“ 寿命预估技术计划” ， 尝试从化学
第 ２期 ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ 张兴高等：固体推进剂贮存老化研究进展
２ ８ ］ Ｃ ｈ ｅ ｖ ａ ｌ ｉ ｅ ｒ 等［ 应用 Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ红 外 光 谱 研 究 了 Ｈ Ｔ Ｐ Ｂ在 空
［ ６ ］ 心提出的“ 整体高性能火箭推进技术计划” 将寿命
２ ㊀ 国外固体推进剂贮存老化研究
２ ． １ ㊀ 国外固体推进剂贮存老化研究简况 ２ ０世纪 ５ ０年代 末， 美国给“ 民兵” 导弹系统设计
［ １ ］ 了“ 全面老化和监测计划” （ Ａ ＆ Ｓ ） ， 并在 ２ ０世 纪
６ ０年代对各类导 弹 发 动 机 都 实 行 了 全 面 老 化 和 监 测 计划。其方法是在发 动 机 正 式 交 付 前， 将固体推进剂 方坯、 缩比发动机、 全尺寸发动机一起贮存在服役条件 下进行监测。定期对方坯取样测试力学性能和弹道性
第１ ６卷 ㊀ 第 ２期 ㊀ ２ ０ ０ ８年 ４月 ㊀
固体火箭发动机HTPB推进剂力学性能老化研究
能， 结果表 明： 随着发动机贮存 时间的延长 ， Ｈ Ｔ Ｐ Ｂ推进剂的松弛模量逐渐 升高， 而断裂韧度逐渐降低。 关键词 ： 固体火箭发动机 ； Ｈ Ｔ Ｐ Ｂ推进剂 ； 力学 性能
中图分类号 ： Ｖ ４ ３ ５ 文献标 志码 ： Ａ
某 型 固体 火箭 发动 机 的药 柱 采用 高燃 速端 羟基 聚丁 二烯 （ Ｈ Ｔ Ｐ Ｂ ） 复合推 进剂 贴壁 浇注 而成 ， 在 发动 机长期 的贮 存过程 中 ， 推进剂 中高分子化合 物会发生 降解 、 氧 化和 断链等 化学 变化 ， 这些 变化都 会 影响推 进剂 的力学性能ｎ — Ｉ ， 从而影响 发动机 的工作性 能 和使 用 寿命 。因此 ， 全 面 了解 Ｈ Ｔ Ｐ Ｂ复合 推进剂在 常温 下 不 同贮 存 期 的力 学 性能 ， 为预 测 该发 动 机 的使 用 寿
件 置于拉伸机 的夹具上加 紧 ， 拉伸机 以５ ０ ０ ａｍ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ 的 恒 定速 率将 试件拉伸 到预定应 变为 ５ ％时 ， 停止拉伸 ， 开始计时并记 录试件拉伸力 Ｆ随时 间 ｔ 的变化情况 。
７ ０ １ ０
命， 提供可靠 的实验数据 。
研 究发 动机 全寿命 期 内 的推 进 剂性 能需 要采 集
试件 ， 如图 １ 所示 ； 然后 ， 在拉伸 机上进行 应力松 弛试
１ ． ３ 试 验结 果及 结论
验 。试验时 ， 不 同贮存 期的试 件至少做 ５ 件， 并将各试
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ ． １ １ ． １ ８ ； 修 回 日期 ：２ ０ １ ３ － １ ２ — ２ ０
各试 件在各个 时刻的拉伸应力松弛模 量 Ｅ （ ｆ ） 为：
大 量的样本 ， 并 且采样周期 长达十几年 。为 了缩 短采
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法
固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法随着国家对“航天技术、先进制造技术”政策的推行，国家空间领域中固体火箭发动机的发展步伐加快，药柱已成为推力系统的基础组成部分，药柱在短时间内承受巨大的温度、压力和冲击载荷，其耐久性决定飞行中的安全性。
因此，固体火箭发动机药柱的热老化结构分析研究显得尤为重要。
固体火箭发动机药柱的热老化结构分析是指通过分析材料的热老化变形和损伤状态，探索药柱在热环境中的变形特性和力学行为。
它结合了热学、力学和力学分析等多学科知识，来研究药柱运行时在热环境中的变形情况和其抗热破坏能力。
研究药柱热老化结构分析的第一步是计算药柱热环境的温度场，以确定药柱的热老化工况。
对于对称的药柱，可以使用坐标转换来获取药柱的温度场图案。
在不同的温度场中，药柱支撑力、抗压强度、弹性模量以及其它力学性能将有所变化，因此需要通过相应的材料试验测试或数值模拟来得到药柱热老化变形特性和力学行为数据。
随后，基于热老化状态下药柱的力学特性，可使用有限元分析软件对其受力状态进行几何建模和动力学模拟，以确定药柱在高温条件下的变形状况及其受力情况。
有限元分析由逼近有限元函数组成的一系列数学过程，从而能够通过计算实现药柱的受力状态和变形规律研究。
因此，有效的药柱热老化结构分析需要考虑以上几个方面的研究，它涉及到热学、力学、数值模拟和实验等方面，可以帮助我们深入理解火箭发动机药柱热老化现象，预测其热环境受力状态，最终为药柱热环境设计提供有效的结构分析方法。
综上所述，固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法具有重要的研究价值，用于研究药柱在热环境中的变形特性和力学行为，以帮助火箭发动机的发展和安全性的保证。
同时，在实施研究时，需要充分考虑和融合不同学科的知识，采用实验、数值模拟和有限元分析等方法综合实施研究，以便更好地了解和研究药柱热环境受力状态。
此可见，对于固体火箭发动机药柱热老化结构分析的研究，无论是从安全性的角度，还是从火箭发动机的发展角度来看，都具有重要的意义。
固体推进剂寿命预估研究
156
中国航班
CHINA FLIGHTS
不同发动机的推进剂性能指标不同，所以推进 的 A 和
两参数，从而可得到储存温度与
剂预估寿命不是固定的，其随着指标要求而变 反应速率的关系。
化。（3）试验周期长，实验工作量较大，需 要耗费大量时间成本。[2]
运用最小二乘法可以获得推进剂贮存寿命 的表达式：
1.1 通过阿雷乌尼斯（Arrhenius）方程
种模型时，储存寿命预估模型推导方法与指数 模型类似。[4]
表达式，形式为：
1.2 修正阿雷乌尼斯（Arrhenius）方程
预估安全贮存寿命
由于传统的 Arrhenius 方程在应用时，前
式中，K 为反应速率常数，单位 s-1；A 指
前因子，单位 s-1；E 指活化能 , 单位
；
因子和活化能与温度无关的假设是不严谨的。 通过相关的碰撞理论和试验证明，A 和 T 存在 关联。由于当活化能定义为临界能量和分子平
那么传统的阿雷乌尼斯（Arrhenius）方程在预 测推进剂贮存寿命的时候，将会存在较大的误 差，所以需要对方程修正。
1.2.1 老化起点修正
1.1.2 基本模型 依据航天工业部颁布的标准 QJ2328-2005 《复合固体推进剂储存老化试验方法》，复合
选取预估推进剂安全贮存寿命时常用的指
数模 固化反应的终点并不是老化终点，因为在
R 是通用气体常数，单位
；T 为绝 均能量的差是反应所需能量，且分子平均能量
对温度，单位 K。其意义是在一定温度范围内， 与 T 相关，所以可以得出活化能一定与 T 相关。
前因子和活化能可视为恒定值，反应速率随着 温度的增加而增加。其物理意义可由碰撞理论 (collision theory) 和活化络合物理论 (activatedcomplex theory) 解释。[3]
浅谈对固体火箭发动机使用寿命的研究与预估
浅谈对固体火箭发动机使用寿命的研究与预估摘要：本文概述了近年来固体火箭发动机寿命的研究方法，简要介绍几种固体火箭发动机寿命预佑的方法，同时从各个方面论述延长固体火箭发动机寿命采取的措施；对固体火箭发动机的延寿及修补方法进行简单的介绍，预测研究固体火箭发动机使用寿命在未来的发展趋势。
关键词：固体火箭发动机；发动机使用寿命；寿命预测一、引言固体火箭发动机的寿命预测具有着深远的意义，无论是从经济角度还是环保角度，人们总是希望固体火箭发动机的使用寿命更长，或是预测得更准确。
当固体火箭发动机超寿时，我们并不希望立即销毁，而是力所能及地延长其寿命。
固体火箭发动机寿命预测的重要性在逐渐凸显，如果预估的寿命长于真实寿命，失效的发动机会导致飞行器发射失败，甚至发生灾难性的爆炸，危及发射平台和人员的安全；如果预估的时间过短，会使大批可用发动机报废销毁，不但造成经济损失，而且污染生态环境。
二、固体火箭发动机使用寿命预测技术的发展近代固体火箭发动机源自于20世纪的硝化甘油无烟火药的发明，在经过一个世纪的发展，固体火箭发动机的贮藏时间和可靠性能得到了很大的提高，其寿命预测也是各国首要攻克的难题。
固体火箭发动机的寿命主要取决于推进剂药柱的物理和化学性能，同时还要考虑工作时发动机的内弹道性能和结构的完整性。
我们主要通过分析固体火箭发动机装药的化学特性和物理特性来判断其是否到寿。
在实际贮藏过程中，发动机的金属壳体只要不被腐蚀，它的机械性能就不会发生显著变化；而复合材料壳体只要贮存环境稳定，他的机械强度将不会损失太多，而最主要的密封橡胶材料是可以进行定期更换的，因此固体推进剂失效将成为固体发动机到寿最主要的因素。
影响贮存时药柱结构的完整性以及发射的过程中内弹道稳定性的因素有很多，包括装药老化引起的能量损失、发射场温度变化导致的燃烧室内燃气压力的变化、装药力学性能的变化导致的结构破坏等等。
但多年研究结果表明，推进剂力学性能是影响内弹道特性变化最关键的因素，因此近年来的研究工作都把推进剂力学性能作为固体火箭发动机寿命评估的关键参数。
固体火箭发动机HTPB推进剂燃速性能老化研究
海 军 航 空 工 程 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｖ ａ ｌ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｉｃ ｔ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
２ ０ １ ５
于推进剂 活化能受温度 的影响 比较大 ， 为提高 推进剂 寿命预估 的准确性 ， 文 中采用修 正的阿 累尼乌斯 方程
— —
三点线性 活化能法 来计算 该推进剂 高低 温贮存
解、 氧化和 断链 等化 学变 化“ ～ １ ， 这些 变化 会影 响推 进
剂 的力学 性能和燃烧 性能 ， 从 而影 响发 动机 的工作 性
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 ２ ５ ℃ 下和高温 ７ ０ ￣ Ｃ 下 的老化速度 ； 由此 ， 通过高 温７ ０ ￣ Ｃ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 ， Ｈ Ｔ Ｐ Ｂ 推进剂燃速逐渐降低 。
高温 加速 老化 实验 和活化 能理论 ［ ６ 】 ， 推 测发动 机推 进 剂 在 常温 ２ ５ 。 Ｉ ＝ 下 贮 存 期 对应 的推 进 剂 试 样 在 高 温
７ ０ ￣ Ｃ下加 速老化 的贮 存期 ， 从 而快速获得 该型 固体火
箭发 动机 全寿命 期 内 ５ ℃ 下不 同贮存期 的发动机
第３ Ｏ 卷 第４ 期
、 ， ０ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． ４
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — １ ５ ２ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ － ０ ３ ４ ９ — ０ ４
国外大型固体火箭发动机立式贮存老化研究状况
件。 在固体火箭发动机储存使用过程中，由于各种因 素长期的综合作用，固体推进剂会出现裂纹、脱粘、力 学性能下降等老化现象。 大型固体火箭发动机在长期 立式贮存条件下（ 如发射井贮存），还会发生变形或下 沉，这种过度变形会改变推进剂内孔型面，致使药柱燃 面形状变化或阻塞燃气通道，从而导致发动机内弹道 性能改变或引起发动机爆炸。 因此，大型固体火箭发 动机推进剂药柱下沉是设计人员考虑的重要问题。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｇｉｎｇ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｒｏｃｋｅｔ ｍｏｔｏｒｓ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｉｓｓｉｌｅｓ． Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｓｏｌ⁃ ｉｄ ｒｏｃｋｅｔ ｍｏｔｏｒ， ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｇｒａｉｎ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｏｒ ｃａｓｅ⁃ｌｉｎｅｒ⁃ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ｄｅ⁃ｂｏｎｄｉｎｇ， ｃａｎ ｏｃｃｕｒ ｗｉｔｈ ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ａｇｉｎｇ ｉｓｓｕｅｓ， ｔｈｅ ａｇｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ， ｔｈｅｎ ｓｏｍｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ⁃ｃｈｅｍｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ａｇｉｎｇ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ， ａｇｉｎｇ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｄａｔａ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｒｏｃｋｅｔ ｍｏｔｏｒ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｉｎｕｔｅｍａｎ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｐｒｏｇｒａｍ， ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｅｍｐｈａｓｉｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｅｒｉｏｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ ｓｌｕｍｐ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｏｌ⁃ ｉｄ ｒｏｃｋｅｔ ｍｏｔｏｒｓ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｏｒａｇｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｏｌｉｄ ｒｏｃｋｅｔ ｍｏ⁃ ｔｏｒ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
用扫描电镜研究固体推进剂老化过程
用扫描电镜研究固体推进剂老化过程摘要：本文将讨论利用扫描电镜（SEM）研究固体推进剂老化过程的可行性。
通过使用SEM，我们可以定量评估推进剂结构中不同元素的形成和分布，从而了解原材料对推进剂老化过程的影响。
从图像分析中可以获得有关材料性能变化的定量信息，从而确定推进剂老化过程的时间和温度条件。
此外，还将讨论SEM如何用于发现改性剂对推进剂老化过程的影响，以充实推进剂开发和性能改进的研究。
关键词：扫描电镜（SEM），固体推进剂，老化，定量分析，图像分析，改性剂正文：随着近年来固体推进剂的发展，为了确保其在苛刻的使用环境中的安全性，开发固体推进剂老化过程的研究越来越受到关注。
而扫描电镜（SEM）技术能够提供一种结构和微观缺陷方面的深入研究，从而有助于更好地理解推进剂老化过程。
SEM技术通过细节成像和元素显微成像来识别材料中不同元素的分布和形成，同时也可以进行定量分析，从而比其他实验方法更深入地研究推进剂老化过程。
此外，SEM技术还能用来识别改性剂对推进剂老化过程的影响，从而为推进剂性能改进提供科学依据。
本文将介绍如何利用SEM技术来研究固体推进剂老化过程，以及这种技术对推进剂开发和性能改进的重要性。
由于SEM提供了一种定量分析固体推进剂老化过程的有效方法，因此可以应用于多个领域。
首先，通过使用SEM，可以定量评估原材料对推进剂老化过程的影响，从而更好地确定推进剂的稳定性。
其次，SEM可以用来获得有关老化过程的定量信息，从而确定时间和温度条件。
此外，还可以用SEM研究发现改性剂对推进剂老化过程的影响，以进一步实现推进剂性能改进。
在实际应用中，应用SEM研究固体推进剂老化过程的可行性将引入一系列新方法。
首先，确定标准实验程序并采集尽可能多的数据是决定SEM分析结果有效性的关键。
其次，SEM分析时，必须正确选择成像工作参数并正确解释图像结果，以保证实验的准确性。
此外，要考虑到仪器的精度和准确性，同时应对所有测试样品进行程序性检查。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[ 1]
随着固体火箭发动机在导弹武器装备上的广泛应用, 其储存性能的研究日益受到人们的关注
。而固
体火箭发动机的储存性能 , 在很大程度上取决于固体推进剂储存期间的老化性能。固体推进剂老化是一种 不可逆的变化过程, 是由不可逆的化学反应和物理变化而形成的。如果由于固体推进剂老化不能满足发动 机的性能指标时 , 则认为发动机寿命已经终结 , 所以固体推进剂老化性能对固体火箭推进的导弹装备有着特 殊的意义。长期以来科技人员对影响固体推进剂老化的主要因素、 老化机理以及推进剂老化预估方法等方 面做了积极地探索, 尤其国外对固体推进剂老化研究起步较早 , 取得大量的研究成果
火箭发动机固体推进剂老化研究
张志峰,
摘
马岑睿,
高
峰,
三原
李旭昌
713800)储存固体火箭发动机性能的固体推进剂老化问题, 探讨了固体推进剂老
化的主要因素; 从固体推进剂组分的影响 、 环境湿度 、 储存温度等方面分析了其影响固体推进剂 老化的机理 ; 对推进剂老化预估研究方法进行了比较详尽的总结和评述, 重点分析了固体推进 剂老化失效预估的力学性能法、 活化能法 、 凝胶含量法、 傅里叶红外光谱分析法和动态粘弹分析 法 , 并对这些研究方法的内容和结果的可信度进行了分析。最后从深入研究固体推进剂的老化 机理以及结合现代分析仪器的应用等方面对固体推进剂老化研究的发展趋势进行了展望。 关键词 : 固体推进剂 ; 老化机理 ; 失效预估 DO I : 10 3969 / j issn 1009- 3516 2009 05 002 中图分类号 : V435 文献标识码: A 文章编号: 1009- 3516( 2009) 05- 0005- 05
3 固体推进剂老化失效判据及老化失效预估方法
从火箭发动机技术对固体推进剂的要求来看, 首先要求固体推进剂的能量性质满足需要。同时具有良 好的力学性能, 也就是要求固体推进剂装药在储存、 运输、 发射过程中能经受各种力 ( 惯性力、 离心力、 燃气 流的摩擦力和燃气压力 )的作用而不破碎、 不变形; 在使用温度范围内不软化、 不变脆、 不产生裂纹、 不与发 动机绝热层或包复层 脱粘 ; 此外还要求具有合适的内弹道性能等。所有影响到发动机工作性能的推进剂 老化的阶段性变化都可作为推进剂老化的判据, 例如推进剂药柱的强度指标 , 推进剂中某种添加剂的突变 等。 3 1 力学性能法 力学性能法的原理是基于固体推进剂的老化性能与其力学性能的变化相关。如采用应力松驰法、 蠕变 及单向拉伸法等 , 但是采用应力松驰法、 蠕变及单向拉伸法等研究固体推进剂的热老化时 , 由于大变形所引 起的分子链滑移的物理变化也掺杂在其中 , 使得固体推进剂的老化与其力学性能变化之间的相关性较为复 杂 , 所以用这些方法预估推进剂的老化误差较大。张仕念等根据推进剂的抗拉强度变化扶植以其他参数的 相关性对推进剂的贮存可靠性进行了评估 , 得到了丁羧推进剂信度较高的寿命预估结论 3 2 活化能法 该方法是一种快速预估推进剂老化的方法 , 其基本原理是利用固体推进剂储存老化反应的表观活化能 作为推进剂失效的判据, 利用先进的热分析法、 动态分析法等分析测试方法 , 用少量的样品 , 快速求出推进剂 的表观活化能, 再根据某一温度下高温加速老化的实验数据就可以进行推进剂老化预估。由于这一方法基 于推进剂储存过程中的化学变化符合阿累尼乌斯方程为前提, 以及求取活化能采用的分析测试的原理及方 法各不相同 , 求取的活化能差别较大 , 因此 , 用活化能法预估推进剂老化的准确性较差。其主要用于快速筛 选固体推进剂配方以及比较推进剂配方的储存性能等方面。 3 3 凝胶含量法 凝胶含量法的原理是基于推进剂在制成一定形状的药柱后其机械性能的变化作为老化失效的判据, 而 且假定凝胶含量与机械性能二者之间存在着直接的关系 , 因为凝胶生成表示发生了聚合物交联反应 , 并认为 在老化过程中凝胶含量是连续增加的 , 这样由固体推进剂老化过程中凝胶含量的分析测定可得到相应的机 械性能数据 , 根据推进剂机械性能变化就能预估推进剂的老化状况。 L ayton 对 T P - H 1010 固体推进剂作了 储存老化试验, 在作了化学分析和机械性能测试之后, 总结了固体推进剂老化期间内凝胶含量的变化关系。 L ayton利用这一方法得出的推进剂老化数据与 10 年监察试验所得的数据非常一致
第 10 卷第 5 期 2009 年 10 月
*
空
军
工
程
大
学
学
报 ( 自然 科学版 )
V o.l 10 N o . 5 O ct . 2009
JOURNA L O F A I R FORCE ENG I NEER I NG UN I VER SITY ( NATU RAL SC I ENCE ED I TI ON )
第 5期
张志峰等 : 火箭发动机固体推进剂老化研究
7
应当特别指出的是, 用加速老化法估算出的推进剂的使用寿命可能与实际结果不相符合, 这主要是加速 老化试验条件与实际条件不符合的缘故。因此 , 推进剂加速试验的温度不宜太高 , 应尽可能接近实际储存温 度。所以确定推进剂的老化时间时, 最好在 50! - 60! 之间进行试验。
6
空军工程大学学报 ( 自然科学版 )
2009 年
固体推进剂需要制成具有一定形状和尺寸的药柱, 一般称之为装药。装药在储存使用过程中由于各种 因素长期的综合作用 , 其机械强度可能大幅度下降 , 表面变色, 发粘、 发脆、 变软、 产生裂纹 , 严重时甚至完全 丧失原有的几何形状和机械强度, 这种现象称为 老化 , 老化会使推进剂的能量降低 , 化学安定性下降, 最 后变得达不到使用指标, 失去使用价值, 使用老化的药柱, 在发动机工作过程中可能出现事故。影响固体推 进剂老化的因素主要有固体推进剂的组分、 湿度 (水分 ) 、 储存温度以及其他一些相关因素 1 2 1 固体推进剂组分的影响 固体推进剂的种类不同, 组成成分差异较大 , 对推进剂老化影响较为复杂。有些由于某种成分的热分 解 , 如有的氧化剂分解放出的活性产物会攻击粘合剂的薄弱环节; 还有为改善推进剂某些性能而加入的各种 添加剂的相互影响, 如有些成分的分解产物可能与其他组分发生反应; 此外 , 推进剂所用的固化剂不同, 也会 使推进剂的老化性能差异很大。 1 2 2 湿度 ( 水分 ) 的影响 推进剂中的氧化剂 (如高氯酸铵 AP )很容易吸潮 , 湿气渗入推进剂内部和衬层界面处, 粘合剂网络交联 点处便发生水解 , 造成化学键断裂; 高湿度还可以引起氧化剂溶解、 迁移和沉淀, 造成力学性能变坏 ; 水分聚 集在氧化剂晶面上, 在周围形成低模量液层, 可以破坏粘合剂与氧化剂间的结合。 1 2 3 储存温度的影响 从分子运动学的观点看, 温度升高将加快分子的运动速度 , 从而加速推进剂的老化。其具体影响是: 温 度升高后, 推进剂交联和降解速度比低温下要大得多, 此时如果断链超过交联, 则推进剂将软化 ; 组分迁移速 度增加 , 引起包覆层和推进剂粘接性能下降; 粘合剂高分子在高温下易产生断链 , 在太低的温度下又会结晶, 使推进剂硬而脆 , 延伸率降低, 呈现明显的老化现象。 1 2 4 其他老化因素的影响 影响推进剂老化的因素还有很多 , 如推进剂在使用期间受到的各种振动、 冲击及环境应力等。 综上所述, 各种影响因素引起的老化表现和破坏方式归纳于表 1 。
[ 11] [ 10]
。
。
由于凝胶含量法把固体推进剂老化过程中的机械性能变化与固体推进剂粘结剂分子的微观变化联系在 一起, 使用的样品量很少, 样品可以直接从现场储存或现场操作的发动机中获取 , 可以作为一种固体火箭发 动机药柱无损检测手段。 3 4 傅里叶红外光谱分析法 傅里叶红外光谱分析法原理类似凝胶含量法, 不同在于利用 FT IR 技术分析推进剂的红外光谱或推进 剂的凝胶部分的红外光谱以及溶胶部分的红外光谱 , 根据红外光谱与固体推进剂的宏观性能之间存在着相 关性, 寻求与推进剂宏观性能相关的特征结构 ( 或红外光谱峰 ) , 以及与宏观性能存在相关的特征结构的方 法 , 如推进剂的溶胶部分的红外光谱与最大应力时的应变之间的对应关系, 通过相关分析就可以预估固体推 进剂的老化情况。因而, FT I R 技术的进一步发展有望成为一种固体火箭发动机药柱阵地无损检测手段, 用 于推进剂的老化研究。 3 5 动态粘弹分析法 动态粘弹分析法 ( DMA ) 是基于现代固体复合推进剂是以粘结剂为基体、 以固体氧化剂和金属粉末作为 填料的一种粘弹材料。用动态粘弹法来研究固体推进剂的老化过程, 测试在极短时间内完成, 而且试样在测 试过程中变形很小, 可以基本排除了分子链滑移所引起的物理变化。动态粘弹法属于非破坏性试验 , 试验中
2 固体推进剂老化的研究方法
2 1 长期观测法 自从推进剂老化研究受到人们关注以来, 研究人员就一直在探索如何对推进剂老化进行研究的试验方 法。最初的试验是在自然条件下, 让固体推进剂正常使用直至其老化, 在其老化过程中定期对其性能参数进 行检测 , 以判断推进剂的老化性能。这种方法时间周期过长 , 耗费时间和人力。 2 2 加速老化法 由于长期观测法耗时过长 , 因此在人工条件下对推进剂加以高温, 使其老化过程加速。通常选取几个温 度点进行高温加速老化试验, 根据推进剂的温度和失效时间的关系 , 可以判断出推进剂老化程度与时间的关 系 , 也就可以推出推进剂常温储存时的使用寿命。