丁羟推进剂结构状态与力学性能的相关性研究评述

贮存过程中的老化使丁羟复合固体推进剂的结构状态发生变化从而对其力学性能产生影响,严重影响推进剂装药的结构完整性和发动机的使用寿命.针对这一问题,国内外相关学者进行了大量的研究工作.从理论研究与实验研究两方面介绍了国内外该领域的相关研究进展,重点对研究取得的主要成果和存在的问题进行了分析评述.通过分析总结,指出了本领域未来的研究方向和研究重点,提出了具体的研究思路.分析认为,丁羟推进剂作为一种固体填料填充的高分子复合材料,其结构状态与力学性能密切相关.从推进剂的化学结构、网络结构和微观结构等方面来研究其结构状态与力学性能的相关性,对揭示固体推进剂化学-力学关联失效机理颇有裨益.     

机械球磨法制备Al/C复合粒子及其对HTPB推进剂的性能影响

为了提高Al粉的活性和燃烧效率,采用机械球磨法制备了一种Al/C复合粒子并优化了球磨条件,当C质量分数为30%、球料比为14、转速为350 rad·s-1、环境介质为正己烷、湿磨时间为2 h时,复合粒子中Al和C的晶粒尺寸分别为33.2 nm和42.5 nm,粒子的相对有效活性为70.33%.同时,研究了复合粒子对HTPB推进剂的黏度、力学、爆热、燃速等的影响.研究结果表明,复合粒子会增加HTPB推进剂的黏度,但是体系是一个典型剪切变稀的流体,复合粒子加入量越多,剪切变稀程度越大,因此选择合适的添加量和加工条件,含复合粒子的推进剂能高质量成型;且复合粒子能有效改善HTPB推进剂的力学强度,当其替代Al粉比例从0%增加到30%,平均最大拉伸强度和断裂强度分别从0.37,0.32 MPa增加至0.75,0.69 MPa;且复合粒子的替代量为15%时,HTPB推进剂的爆热和燃速分别较空白提高9.91%和48.27%.      

超支化聚氨酯在HTPB推进剂中的应用研究

为改善丁羟复合固体推进剂（HTPB推进剂）的性能,选用超支化聚氨酯（HBPU）作为HTPB推进剂的助黏合剂,制备了含有超支化聚氨酯的HTPB推进剂. 采用DSC法研究了HBPU与HTPB推进剂主要组分的相容性,同时进行了HBPU对HTPB推进剂流变性能和力学性能的影响研究. 研究结果表明,HBPU与AP、HTPB相容性好;HTPB推进剂表观黏度随着HBPU的质量分数增加而增大;当HBPU质量分数为7%时,超支化聚氨酯改性的HTPB推进剂最大拉伸强度提高了24.17%,最大延伸率提高了22.84%.      

固体推进剂在高压水射流作用下的点火模式

研究固体推进剂在高压水射流作用下的点火模式.利用压电传感器、热电偶和扫描电镜测量了丁羟固体推进剂在高压水射流作用下的压力峰值、温度和组分变化,分析了丁羟固体推进剂在高压水射流作用下的点火模式.研究结果表明,含二茂铁的丁羟固体推进剂在高压水射流作用下存在3种点火模式,其中最可能发生的是由高氯酸铵、二茂铁和水蒸气组成的混合体系被机械火花或静电火花点燃.     

高压水射流冲击固体推进剂的温度效应实验研究

针对固体推进剂在高压水射流作用下点火机理尚不明确的问题,选用不同配方的丁羟固体推进剂为研究对象,进行了高压水射流的冲击实验研究.实验结果表明:高压水射流冲击固体推进剂过程中温度明显增加;推进剂的组分高氯酸铵(AP)和二茂铁的含量对升温速率有明显影响.     

固化剂和催化剂对HTPB固化特性的影响

采用Brookfield旋转黏度计、邵氏硬度计和拉力试验机,分别测试了固化剂为TDI(2,4-甲苯二异氰酸酯)和IPDI(异氟尔酮二异氰酸酯),催化剂分别为三苯基铋(TPB)、二月桂酸二丁基锡(T-12)、乙酰丙酮铁(Fe(AA)3),HTPB胶液体系在60℃固化时不同时刻的黏度、硬度和固化完成后的拉伸强度。结果表明:TDI做固化剂时,HTPB胶液体系的黏度和拉伸强度大于IPDI做固化剂时的黏度变化和拉伸强度值,固化完全的时间小于IPDI做固化剂时的胶液。催化剂分别为TPB、T-12、Fe(AA)3,催化剂含量在0.01%~0.05%间变化时,Fe(AA)3的HTPB胶液体系的黏度变化最大,以TPB做催化剂的胶液的拉伸强度变化幅度最小。     

近红外光谱法快速测定端羟基聚丁二烯固体推进剂药浆中功能组分含量

应用近红外光谱（NIR）技术并采用偏最小二乘法（PLS）模型,针对端羟基聚丁二烯（HTPB）固体推进剂药浆中燃速催化剂（BA）、增塑剂癸二酸二辛酯（DOS）和氧化剂高氯酸铵（AP）的含量建立了快速定量测定的方法。对BA、DOS和AP质量分数进行定量分析的结果表明,PLS-1模型和PLS-2模型对样品中BA和DOS质量分数的相关系数均能达到0.99以上,预测值平均相对误差均在5.0%左右;PLS-2模型对样品中AP质量分数的相关系数为0.9903,预测值平均相对误差为0.84%。实验结果说明利用近红外光谱法能够对HTPB固体推进剂药浆中功能组分的含量进行快速准确的定量分析。     

固体推进剂/衬层粘接界面脱粘失效的数值模拟

基于SEM(scanning electron microscope)得到的细观形貌和颗粒分布建立了复合固体推进剂/衬层细观有限元模型。使用Cohesive单元来模拟复合固体推进剂基体/颗粒界面和复合固体推进剂/衬层界面的脱粘。计算分析了单轴准静态拉伸作用下复合固体推进剂/衬层界面处不同颗粒含量和不同强化/老化程度对脱粘过程的影响。计算结果表明,衬层界面的老化和颗粒数量的增加都会导致衬层界面更容易脱粘失效,失效应变随推进剂/衬层界面处颗粒含量的增加而增大,而峰值应力先减小而后增大。峰值应力和失效应变随衬层老化而减小,但对衬层界面强化不敏感。     

温度交变条件下固体推进剂贮存寿命评估

针对固体推进剂在温度交替变化下贮存寿命评估难的问题,提出一种基于修正Coffin-Manson模型的寿命评估方法. 首先,利用固体推进剂在多个加速应力水平下的温度循环加速退化数据,采用线性回归方法获得性能退化曲线; 然后,结合失效阈值确定不同加速应力水平下的伪寿命;最后,采用多元回归方法确定加速模型—修正Coffin-Manson模型,进而外推正常条件下固体推进剂贮存寿命. 采用本方法评估某固体推进剂在实际应力水平下的贮存寿命为16.7 a,与实际贮存寿命相比误差约为7.22%,表明该方法具有有效性和可行性,可以推广到其他固体推进剂或弹药在温度交替变化环境下的贮存寿命评估.      

固废基复合地聚合物的凝结时间与流变性能

试验研制了建筑废弃砖粉-高钙粉煤灰基复合地聚合物,并系统研究了其凝结时间与流变性能.结果表明:地聚合物凝结时间随着废弃砖粉掺量的增加而缩短,随水玻璃模数的增大而逐渐缩短,随水玻璃用量的增加而延长,随养护温度的升高而迅速缩短;利用Matlab对固废基复合地聚合物的流变曲线进行拟合,发现实测数据符合赫切尔-巴尔克莱流体本构关系;随废弃砖粉掺量的增大,复合地聚合物浆体的屈服应力和稠度系数均呈增大趋势,流变指数相应降低.     

钻井废弃泥浆固相物资源化利用

 对废弃泥浆固液分离后固相物资源化利用进行可行性研究：将20%—30%的固化剂(体积)、6%—10%的骨料(黏土和砂子、石屑或碎石、矿渣等),425^#普通硅酸盐水泥掺入10%;促凝剂3%—5%加入固相物搅拌后,可直接用于边坡加固或场地硬化,也可通过搅拌挤压后制成免烧砖,用于井场围墙、生活区和井非承重承压区建设。对制成的免烧砖的建筑性能和环保指标进行分析确定其符合标准要求。从效益角度分析,此方法改变了勘探过程中传统钻井废弃物的处理方式,实现了钻井液废弃物减量化、无害化、资源化的循环利用,以消除石油天然气勘探过程中的环境风险。     

固体火箭发动机装药结构完整性研究进展

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.     

高压水射流与丁羟推进剂相互作用的数值模拟

为研究丁羟推进剂在高压水射流作用下的点火机理,采用LS-DYNA软件和Euler算法,对高压水射流冲击丁羟推进剂的相互作用过程进行数值模拟.分析了不同水射流速度和直径下丁羟推进剂的压力变化,得到了不同组成的丁羟推进剂的冲击起爆判据.高氯酸铵(AP)和二茂铁含量越高的推进剂,冲击起爆的临界值越低.数值模拟结果与理论分析结果具有很好的一致性.     

高能固体推进剂药浆流动性的研究

采用测定浓悬浮体系稳态粘度的方法,研究了固体氧化剂HMX粒度级配和金属燃烧剂铝粉球形化对高能固体推进剂药浆流动性的影响,在固体含量为73％～75％的配方中,保持AP,Al含量及粒度分布不变,随着粗/细HMX比例的增加,体系的表观粘度下降,药浆流动性改善,在保持HMX和AP含量及粒度分布不变的情况下,用球形铝粉代替粒状铝粉,同样起到降低药浆表观粘度的作用,且中位径d_(50)越小越明显.同时观察到加入的燃速催化剂具有催化固化反应进行,使推进剂药浆的表观粘度不断增加的作用.进一步证实所加入的燃速催化剂与固化催化剂之间具有交互作用。     

复合推进剂低压燃烧性能测试研究

采用高速摄影燃速测试系统和真空箱-非壅塞燃气发生器测试系统实现了HTPB(端羟基聚丁二烯)复合推进剂低压平均燃速测试和不稳定燃烧测试。由测试结果得出AP(高氯酸铵)总含量、AP平均粒径、催化剂对平均燃速的影响规律以及AP总含量、AP平均粒径、平均燃速对推进剂低压不稳定燃烧的影响规律。     

垃圾土降解规律及填埋场沉降计算分析

通过垃圾土有机物降解试验,提出垃圾土有机物降解规律的计算公式和参数确定方法,并推导了垃圾土沉降计算模型.以深圳下坪垃圾填埋场为例,根据试验材料中的有机物和降解残余物含量以及特征降解时间,计算得到降解速率和降解量随时间变化规律.实例分析表明:变形计算模型能够反映压缩和降解引起垃圾土的变形特性.     

Experimental investigation of dynamic mechanical properties of foamed magnesium oxysulfate cementitious material

With the rapid reutilization of solid waste materials, it is imperative to investigate the properties of composite materials formed by the addition of solid waste materials. Basic foamed magnesium oxysulfate cementitious material(FMOCM) with and without solid waste materials were studied and compared. This study focused on the internal structures and quasi-static and dynamic mechanical properties of FMOCM. The results showed that the internal cavity structure of the FMOCM underwent significant changes, and the pore sizes became smaller owing to the addition of recycled materials and wood flour, which greatly improved the quasi-static strength of the FMOCM. It was found that the FMOCM had obvious strain rate effects. By comparing the dynamic strength factors, the dynamic strength of the regular FMOCM almost doubled, and the addition of solid waste materials weakened the strain rate effect. Only when the strain rate was lower did the FMOCM with solid waste materials show better toughness compared to the more serious fracture of the regular FMOCM. Furthermore, this study demonstrated the broad application prospects of solid waste materials in magnesium oxysulfide cementitious materials.     

鄱阳湖区利用水泥窑协同处理固废与生活垃圾的可行性分析

与传统填埋、堆肥、焚烧等方式相比,利用水泥窑协同处理固废与生活垃圾具有优势.鄱阳湖区存在利用水泥窑协同处理固废与生活垃圾的可行性,集中表现在两方面:1)鄱阳湖区分布着数量众多的水泥窑、存在日益增多的固废与生活垃圾,具备有效处理固废与生活垃圾的现实基础; 2)利用水泥窑协同处理鄱阳湖区固废与生活垃圾存在有利条件与可能性,因为它不但能减少2次污染、降低固废与垃圾处理成本,而且能够降低水泥生产成本,有助于提高废弃物处理及水泥生产企业的积极性.     

复合推进剂粉尘最小点火能的实验研究

为研究复合推进剂在高压水射流冲击作用下的点火机理,采用哈特曼管粉尘爆炸设备,测试了典型复合推进剂粉尘的最小点火能,分析了成分、温度、湿度对最小点火能的影响.实验结果表明,湿度增加,粉尘体系最小点火能升高;温度增加,粉尘体系最小点火能降低;二茂铁含量对粉尘体系的最小点火能影响最为明显.     

高含固餐厨垃圾半干法厌氧发酵系统运行分析

对为期1年左右的上海浦东新区黎明有机质固废处理厂餐厨垃圾厌氧发酵工程工艺、生产运行状况进行了汇总分析。结果表明:采用基于完全混合式厌氧发酵反应器的半干法厌氧发酵工程,适合高含固餐厨垃圾的厌氧发酵和沼气生产;当厌氧系统维持进料的含固率在10%～20%时,进料有机负荷的年平均值为2. 31 kg VS/(m~3·d),厌氧发酵液的溶解性化学需氧量(SCOD)均值为7 577 mg/L。运行期间厌氧发酵液pH、NH_4~+-N变化较平稳,碱度/挥发性脂肪酸(VFA/ALK)比值均小于0. 11。餐厨垃圾厌氧发酵的VS降解率平均值高达85. 40%,沼气产率均值为672. 09 Nm~3/t VS;该厌氧发酵系统调试1年来各项运行指标良好,可为高含固餐厨垃圾半干法厌氧发酵工程提供有益参考。