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氧化石墨烯对含CL-20的nepe推进剂热分解及燃烧性能的影响

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推进技术 2024年

作者：杨猛方鸣余涛张欣怡孟赛钦付小龙汤成龙黄佐华西安交通大学能源与动力工程学院西安近代化学研究所

为了研究氧化石墨烯（GO）对含CL-20的nepe推进剂热分解和燃烧过程的影响，利用溶剂-非溶剂法制备了不同GO含量的nepe推进剂，采用扫描电子显微镜（SEM-EDS）、同步热分析仪（STA）及快速热加载实验平台（RCM）对所制备的nepe推进剂微... 详细信息

为了研究氧化石墨烯（GO）对含CL-20的nepe推进剂热分解和燃烧过程的影响，利用溶剂-非溶剂法制备了不同GO含量的nepe推进剂，采用扫描电子显微镜（SEM-EDS）、同步热分析仪（STA）及快速热加载实验平台（RCM）对所制备的nepe推进剂微观形貌、热分解动力学参数及燃速进行分析。结果表明，GO的添加使nepe推进剂表面形成紧密的层状结构，将暴露在表面的大粒径CL-20、HMX及AP包覆，使其暴露在表面的含量减少；而Al粒径较小会均匀分布在GO层状结构中，导致表面的Al含量增多。不含氧化石墨烯的nepe推进剂GO0热分解主要包括5个放热阶段，添加氧化石墨烯使得推进剂热分解合并为3个主要的放热过程。GO添加对CL-20及HMX热分解起到抑制作用，但促进了AP热分解。GO0基础配方在3.5 MPa和825 K下的燃速为9.5 mm/s，添加0.025%～0.1%的氧化石墨烯，使得nepe推进剂燃速提高10%～20%。

关键词： nepe推进剂钝感弹药氧化石墨烯热分析燃烧性能

考虑热-化学耦合的nepe推进剂固化过程数值模拟

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固体火箭技术 2024年

作者：陈国庆惠维维聂嘉良曹鹏王健儒东北电力大学建筑工程学院西安航天化学动力有限公司北京工业大学城市建设学部西安航天动力技术研究院

采用热-化学耦合模型来表征热传导和固化动力学反应，利用物理试验测定了硝酸酯增塑聚醚(nepe)推进剂在不同固化度下的热参数和密度，研究了nepe推进剂药柱在固化过程中温度场和固化度的分布和演变规律。结果表明，由于推进剂固化反应... 详细信息

采用热-化学耦合模型来表征热传导和固化动力学反应，利用物理试验测定了硝酸酯增塑聚醚(nepe)推进剂在不同固化度下的热参数和密度，研究了nepe推进剂药柱在固化过程中温度场和固化度的分布和演变规律。结果表明，由于推进剂固化反应的生热速率与外界热量传递速率存在差异，导致固化过程中出现内部温度场和固化度场分布不均匀的现象。固化时间为1～4 d时，药柱中心位置的温度较高(最高57.6 ℃)，外侧较低；固化时间大于等于5 d时，药柱温度场慢慢与环境温度(50 ℃)趋向于平衡。推进剂固化度-时间曲线近似为“S”型，固化时间小于1 d时和大于4 d时，固化速率缓慢；固化时间2～4 d时，固化速率快。固体发动机的m数对推进剂固化温度和固化速率有一定影响，m数越大，推进剂的最高温度越高，同时温差也越大，温度差会导致推进剂药柱内部固化速率产生差异，造成推进剂达到指定固化度的时间变长。

关键词： nepe推进剂药柱热-化学耦合模型固化动力学反应温度场固化度场

低应变率下nepe推进剂“双屈服”特性及其粘-弹-塑性屈服模型

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推进技术 2024年

作者：申志彬张宇轩邓旷威国防科技大学空天科学学院空天任务智能规划与仿真湖南省重点实验室

固体发动机全寿命周期中，推进剂药柱长期处于低应变率状态。为了分析硝酸酯增塑聚醚（nepe）推进剂在低应变率下的屈服与损伤特性，开展了nepe推进剂在低应变率(1.190×10-5～2.381×10-2s-1)下的单轴拉伸试验。研究表明，nepe推进剂... 详细信息

固体发动机全寿命周期中，推进剂药柱长期处于低应变率状态。为了分析硝酸酯增塑聚醚（nepe）推进剂在低应变率下的屈服与损伤特性，开展了nepe推进剂在低应变率(1.190×10-5～2.381×10-2s-1)下的单轴拉伸试验。研究表明，nepe推进剂的应力-应变曲线呈“双屈服”态，最大抗拉强度、断裂强度随拉伸速率的下降而明显下降，但初始屈服点（“脱湿点”）与后继屈服点不受应变率的影响，两级屈服点应变近似保持一个稳定值，分别为13.5%和55.4%。因此，可将“脱湿点”应力视为推进剂的屈服强度。在此基础上，构建了nepe推进剂粘-弹-塑性屈服模型，通过引入动屈服函数，建立了动屈服强度、黏塑性应变率与静屈服强度之间的关系。结合试验数据，nepe推进剂静屈服强度为0.22MPa。

关键词： nepe推进剂低应变率屈服 “脱湿”损伤粘-弹-塑性

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nepe推进剂初始模量与平衡模量关系研究

固体火箭技术 2022年第2期45卷 216-221页

作者：王小英钱勖薛元利汪越张峰涛航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003 陕西电器研究所西安710025

为快速获取硝酸酯增塑聚醚(nepe)固体推进剂的平衡模量值,充分利用单向拉伸试验中易获取的初始模量值,开展推进剂初始模量与平衡模量关系研究。首先,针对nepe推进剂,根据时温等效原理绘制出固体推进剂的松弛模量主曲线,依照获得的主曲... 详细信息

为快速获取硝酸酯增塑聚醚(nepe)固体推进剂的平衡模量值,充分利用单向拉伸试验中易获取的初始模量值,开展推进剂初始模量与平衡模量关系研究。首先,针对nepe推进剂,根据时温等效原理绘制出固体推进剂的松弛模量主曲线,依照获得的主曲线定义了工程松弛平衡模量取值方法,并与25℃下的单向拉伸初始模量值进行了对比。结果表明,固体推进剂常温初始模量与其平衡模量值存在部分正相关性,但线性关系较弱,分析认为是时间尺度差异较大所致。同时,利用时温等效原理绘制出nepe推进剂的初始模量主曲线,在进行折合时间转化后,与松弛模量主曲线具有较高的重合性,表明同时域、不同测试方法下模量测试结果具有一致性,因此可利用同时域内的推进剂初始模量预估其平衡模量。

关键词： nepe推进剂初始模量松弛模量平衡模量交联密度

nepe推进剂燃烧表面铝团聚物动态行为研究

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推进技术 2023年第3期44卷 243-251页

作者：涂乘崟凌志刚董龙龙庄宇倩李映坤周长省蔡文祥陈雄南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 内蒙合成化工研究所内蒙古呼和浩特010000

针对nepe推进剂燃烧表面铝团聚物的动态行为,在1,2,3MPa的N2环境中,对nepe推进剂中铝团聚物在燃烧表面和脱离燃面后的动态燃烧过程进行了研究,提出了燃面与铝颗粒联合运动的简化理论模型。结果表明,铝颗粒的团聚分为堆积、聚集和团聚三... 详细信息

针对nepe推进剂燃烧表面铝团聚物的动态行为,在1,2,3MPa的N2环境中,对nepe推进剂中铝团聚物在燃烧表面和脱离燃面后的动态燃烧过程进行了研究,提出了燃面与铝颗粒联合运动的简化理论模型。结果表明,铝颗粒的团聚分为堆积、聚集和团聚三个过程,铝团聚物在燃烧表面以及脱离燃面后均可能发生二次团聚,铝团聚物的二次团聚过程通常会形成大尺寸的铝团聚物。通过燃面与铝颗粒协同运动的简化理论模型,认为铝团聚的团聚时间受到压强、铝颗粒的体积分数和半径的影响。同尺寸铝团聚物的团聚时间随着压强的增大而较小,且在高压环境中的影响程度降低,与理论模型一致。同时压强会影响铝团聚物脱离燃面后的随流运动速率,同一压强条件下,直径越小的初始团聚物随流运动速率越快,直径越大的初始团聚物随流运动速率越慢。

关键词： nepe推进剂铝颗粒团聚高速摄像燃烧理论

考虑围压效应的nepe推进剂药柱结构完整性分析

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推进技术 2022年第10期43卷 402-412页

作者：刘向阳王辉周东谟惠步青吴晗旭中北大学机电工程学院山西太原030051 北京理工大学宇航学院北京100081

为研究围压效应对nepe推进剂药柱结构完整性的影响,对包含围压效应的含损伤非线性粘弹性本构模型进行了增量推导,编制本构模型的UMAT子程序对nepe药柱在点火增压载荷下的力学响应及结构完整性进行了分析。结果显示:围压效应对nepe推进... 详细信息

为研究围压效应对nepe推进剂药柱结构完整性的影响,对包含围压效应的含损伤非线性粘弹性本构模型进行了增量推导,编制本构模型的UMAT子程序对nepe药柱在点火增压载荷下的力学响应及结构完整性进行了分析。结果显示:围压效应对nepe推进剂药柱力学响应的影响与损伤应变阈值有关,当药柱的应变响应低于0围压下nepe推进剂的损伤应变阈值时,围压效应对药柱的力学响应的影响可忽略;当药柱的应变响应高于0围压下nepe推进剂的损伤应变阈值时,药柱应力响应增大、应变响应降低。5.4MPa围压作用使药柱最大等效应力增加约26%,等效应变降低约12%。围压的压实作用能够大幅降低药柱的损伤程度,5.4MPa的围压作用可降低损伤系数约40%左右。考虑围压效应时采用双剪强度准则和Von Mises应力准则计算得到药柱安全系数分别为3.06和2.11,未考虑围压效应时采用传统的Von Mises应力准则计算得到药柱安全系数为1.97,围压效应可明显提高药柱安全系数,传统的发动机药柱结构完整性评估方法趋于保守。

关键词： nepe推进剂围压结构完整性双剪强度准则安全系数

声共振混合在nepe推进剂制备中的初步应用研究

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固体火箭技术 2022年第2期45卷 269-273页

作者：潘新洲陆志猛王小英张林汪越航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003 湖北航鹏化学动力科技有限责任公司襄阳441003

声共振混合(RAM)不需使用桨叶,避免了被混物料与桨叶间的局部强剪切、摩擦和挤压等作用力,降低了混合过程中的热刺激和力刺激,提高了混合工序的本质安全性。根据声共振混合技术特点,采用SEM3型声共振混合机研究了不同投料量、混合时间... 详细信息

声共振混合(RAM)不需使用桨叶,避免了被混物料与桨叶间的局部强剪切、摩擦和挤压等作用力,降低了混合过程中的热刺激和力刺激,提高了混合工序的本质安全性。根据声共振混合技术特点,采用SEM3型声共振混合机研究了不同投料量、混合时间等工艺参数对nepe推进剂安全、燃烧、力学和工艺等性能的影响,并与立式混合机制备推进剂性能进行了比较。结果表明,推进剂出料药浆的撞击感度、摩擦感度和静电火花感度与立式混合制备推进剂药浆安全性能相当;在500、800、1000 g不同投料量下制备推进剂的实测密度与立式混合制备推进剂基本相同,表明声共振混合工艺可有效混匀推进剂药浆;推进剂7 MPa药条燃速较立式混合制备燃速低0.14~0.22 mm/s,在20、70、-30℃下的最大抗拉强度要明显低于立式混合制备的推进剂力学性能。

关键词：声共振无桨混合 nepe推进剂感度

交联密度为特征参量的nepe推进剂贮存寿命评估方法研究

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固体火箭技术 2022年第1期45卷 92-96页

作者：祝艳龙丁黎安静杜姣姣周静西安近代化学研究所西安710065

为探索新的特征参量来预估nepe推进剂的贮存寿命,采用高温加速老化方法,通过老化样品性能测试,检测老化过程中爆热、力学性能、燃速、有效安定剂含量、热爆炸临界温度、交联密度等参量的变化,并利用Bethelot方程评估nepe推进剂的贮存寿... 详细信息

为探索新的特征参量来预估nepe推进剂的贮存寿命,采用高温加速老化方法,通过老化样品性能测试,检测老化过程中爆热、力学性能、燃速、有效安定剂含量、热爆炸临界温度、交联密度等参量的变化,并利用Bethelot方程评估nepe推进剂的贮存寿命。结果表明,nepe推进剂在高温加速老化过程中爆热、燃速、热爆炸临界温度及有效安定剂含量随老化时间未出现显著变化,最大抗拉强度、交联密度随老化时间显著降低且具有规律性,表明力学性能、交联密度的下降是推进剂的主要失效模式,即力学性能和交联密度可作为特征参量;以交联密度性能下降至85%作为失效终点,评估nepe推进剂在30℃下的贮存寿命为18.5 a,两种不同特征参量对nepe推进剂贮存寿命的评估结果基本一致,可为nepe推进剂贮存寿命研究提供指导。

关键词： nepe推进剂加速老化贮存寿命交联密度

nepe推进剂用HTPB衬层老化研究(Ⅰ)——化学环境对衬层老化行为的影响

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固体火箭技术 2010年第3期33卷 294-298,322页

作者：池旭辉庞爱民彭松吴丰军朱学珍常华封学华中国航天科技集团公司四院四十二所襄樊441003 海军航空工程学院烟台264001

根据衬层的使用特点,研究了nepe推进剂用HTPB衬层在nepe推进剂环境及自由状态下的老化特性,发现nepe推进剂对HTPB衬层的固化和老化都有严重影响。nepe推进剂药浆影响HTPB衬层固化,导致衬层固化不完全。nepe推进剂环境下的取样衬层与衬... 详细信息

根据衬层的使用特点,研究了nepe推进剂用HTPB衬层在nepe推进剂环境及自由状态下的老化特性,发现nepe推进剂对HTPB衬层的固化和老化都有严重影响。nepe推进剂药浆影响HTPB衬层固化,导致衬层固化不完全。nepe推进剂环境下的取样衬层与衬层材料具有不同的老化机理。取样衬层老化过程中HTPB网络发生了交联反应,模量、凝胶分数增大;而衬层材料老化以降解断链反应为主。老化对衬层材料动态损耗因子没有明显影响,但对取样衬层损耗因子曲线α峰影响显著。

关键词：物理化学衬层 nepe推进剂老化凝胶分数动态力学性能