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考虑NEPE推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析

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兵器装备工程学报 2024年第4期45卷 90-99页

作者：周东谟韩王申钟山伟陈航吴晗旭刘向阳中北大学机电工程学院太原030051 北京理工大学宇航学院北京100081

为研究NEPE推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响,构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型,提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法,并对轴向和横向联合过载作用下NEPE推进剂药柱进行了结构完整性分析... 详细信息

为研究NEPE推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响,构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型,提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法,并对轴向和横向联合过载作用下NEPE推进剂药柱进行了结构完整性分析。结果表明:在轴向和横向联合过载作用下,NEPE推进剂药柱处于拉压共存状态,且药柱的拉伸和压缩区域与推进剂本构模型无关;推进剂的拉压不对称性对其力学响应有一定的影响,考虑拉压不对称性的最大等效应变为1.54,介于分别由拉伸本构计算得到的应变0.193和压缩本构计算得到的应变0.100之间。考虑拉压不对称性的安全系数为5.68,大于未考虑时的安全系数1.73和4.98,传统的结构完整性评估方法较为保守。

关键词： NEPE推进剂拉压不对称结构完整性过载力学响应

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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

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

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

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NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的表征

火炸药学报 2021年第3期44卷 356-360页

作者：闫志鸿陶涛隋欣王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081 北京机电工程总体设计部北京100854

为研究NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的变化规律,对加速老化后的NEPE推进剂进行了单向拉伸试验和傅里叶红外光谱试验;采用二阶高斯拟合与对数拟合方法分别建立了老化过程中的抗拉强度模型与强度拐点出现时间与老化温度的相关性模型;通... 详细信息

为研究NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的变化规律,对加速老化后的NEPE推进剂进行了单向拉伸试验和傅里叶红外光谱试验;采用二阶高斯拟合与对数拟合方法分别建立了老化过程中的抗拉强度模型与强度拐点出现时间与老化温度的相关性模型;通过红外光谱数据和抗拉强度数据的相关度分析,发现了抗拉强度拐点后与其高度相关的红外特征峰。结果表明,NEPE推进剂老化过程中抗拉强度先出现波动,一段时间后抗拉强度加速下降,其强度拐点出现时间和老化温度呈对数平方关系lg2(t)=-0.217T+18.397。处于拐点后的抗拉强度可由推进剂自身红外光谱特征峰定量表征;推进剂抗拉强度与推进剂红外光谱中769cm-1与1639cm-1波数的光谱二阶导数值的加和有最大相关度,并建立了拟合方程,而这两处波长分别为O—NO2的变形振动吸收峰和不对称伸缩振动吸收峰对应的波数处;证明了利用傅里叶红外光谱表征NEPE推进剂抗拉强度的可行性。

关键词： NEPE推进剂红外光谱抗拉强度推进剂老化

CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃烧性能的影响

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火炸药学报 2020年第2期43卷 195-202页

作者：周水平吴芳唐根汪越庞爱民宋会彬王艳萍航天化学动力技术重点实验室湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

采用静态与水下声发射法测试了CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃速与压强指数的影响;采用DSC与TG-IR联用研究了CL-20对NEPE推进剂热分解行为的影响。结果表明,随着CL-20质量分数由42%增至50%,推进剂燃速与压强指数上升,燃烧效率提高... 详细信息

采用静态与水下声发射法测试了CL-20含量及其粒度级配对NEPE推进剂燃速与压强指数的影响;采用DSC与TG-IR联用研究了CL-20对NEPE推进剂热分解行为的影响。结果表明,随着CL-20质量分数由42%增至50%,推进剂燃速与压强指数上升,燃烧效率提高,表明CL-20氧化能力高于GAP/硝酸酯含能黏合剂体系;随着CL-20/HMX、CL-20/Al质量比增高,推进剂燃速上升,燃烧效率上升;CL-20对推进剂燃速和压强指数的贡献高于HMX;随着CL-20/AP质量比增高,CL-20/AP混合体系分解产物氧化能力降低,燃烧反应速率降低,燃速降低;CL-20粒度级配对NEPE推进剂燃烧行为影响显著,当CL-20的粒径(d50)在5~50μm时,随着细粒度CL-20含量增高,推进剂燃速与燃速压强指数下降;当体系中存在超细粒度CL-20(d50=500nm)时,推进剂燃速与燃速压强指数随着超细粒度CL-20含量的增加而有所增加,4种粒度CL-20对NEPE推进剂燃速的贡献顺序为:粗粒度>中粒度>超细粒度>细粒度。

关键词：物理化学 CL-20 粒度级配 NEPE推进剂燃烧性能水下声发射法

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

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NEPE推进剂破片冲击数值模拟研究

固体火箭技术 2021年第3期44卷 399-408页

作者：孙百政李军王宁赵孝彬程立国航天化学动力技术重点实验室襄阳441003 航天工业固体推进剂安全技术研究中心襄阳441003

为研究NEPE推进剂破片冲击响应特性,利用有限元动力学软件对NEPE推进剂受破片冲击的动力过程进行数值模拟,并进行试验验证。分析不同规格破片冲击起爆NEPE推进剂的情况,计算其临界起爆速度。结果表明,随着破片速度增加,NEPE推进剂受冲... 详细信息

为研究NEPE推进剂破片冲击响应特性,利用有限元动力学软件对NEPE推进剂受破片冲击的动力过程进行数值模拟,并进行试验验证。分析不同规格破片冲击起爆NEPE推进剂的情况,计算其临界起爆速度。结果表明,随着破片速度增加,NEPE推进剂受冲击响应情况有所不同,即破片速度在0~1121 m/s时,推进剂不发生反应;1121~1247 m/s推进剂开始发生反应;1247~2508 m/s推进剂响应情况由快速反应转为爆轰;破片速度大于2508 m/s时,破片直接引爆推进剂;破片质量和体积的增加都会使推进剂临界起爆速度减小,但影响程度递减;圆柱形和立方体破片冲击推进剂的临界起爆速度相近,都小于球形破片;钨合金破片和钢破片的临界起爆速度与破片质量和体积有关,但都小于铝合金破片。文中采用的破片冲击数值模拟研究方法可有效解决NEPE推进剂破片冲击特性研究的难题。

关键词： NEPE推进剂数值模拟临界起爆速度破片规格爆轰

NEPE推进剂热安全性的理论计算与数值模拟

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火炸药学报 2019年第6期42卷 602-607,613页

作者：秦沛文王梦蕾鲁锐华郭春亮黄昌龙李颖赵孝彬彭松湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003 航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003 航天工业固体推进剂安全技术研究中心湖北襄阳441003 应急救生与安全防护湖北省重点实验室湖北襄阳441003

为了预测不同尺寸乃至大尺寸NEPE推进剂的热安全性,在不同尺寸NEPE推进剂热安全性试验的基础上,基于尺寸与热分解反应表观动力学参数之间的数学关系,采用理论计算和数值模拟方法研究了不同尺寸NEPE推进剂的热安全性。结果表明,某尺寸试... 详细信息

为了预测不同尺寸乃至大尺寸NEPE推进剂的热安全性,在不同尺寸NEPE推进剂热安全性试验的基础上,基于尺寸与热分解反应表观动力学参数之间的数学关系,采用理论计算和数值模拟方法研究了不同尺寸NEPE推进剂的热安全性。结果表明,某尺寸试验发动机装药热爆炸临界环境温度和延滞期的数值模拟结果为78~79℃、100~150d(79℃);原始的Semenov、Frank-Kamenetskii、Thomas理论算法和有限元算法得出的热爆炸临界环境温度偏高,工程化修改的Semenov理论算法获得的计算结果与试验结果更为接近;长径比为1的药柱在其直径由10 mm递增至3000 mm过程中尺寸增大,热爆炸临界环境温度由130℃逐渐向60℃靠近,且尺寸越小,增大尺寸导致热爆炸临界环境温度降低的效果越明显。

关键词：爆炸力学 NEPE推进剂热安全性热爆炸临界环境温度理论计算数值模拟