长期贮存发动机中HTPB推进剂老化特性及蠕变本构模型

为了研究固体火箭发动机长期贮存期间老化对推进剂力学性能的影响,开展了三种温度(50℃,60℃与70℃)下为期60天的高温加速老化试验。对老化前后HTPB推进剂进行了定速拉伸试验与蠕变试验,并采用扫描电镜观察了其表面细观形貌。引入扩裂元件,结合Arrhenius方程,建立了含老化因子的推进剂蠕变全过程本构模型,利用试验数据拟合了模型参数并验证了其有效性。结果表明:随着老化进程的加剧,推进剂最大伸长率逐渐减小,最大抗拉强度会依次出现下降、波动、上升三个阶段。所建本构模型能较好地表征贮存1.5年后推进剂的蠕变全过程,预测曲线与试验结果曲线最大误差为13.35%。

岗梅化学成分、药理作用及质量控制的研究进展

岗梅为冬青属植物梅叶冬青的干燥根及茎,是岭南凉茶的主要原料之一。其化学成分以三萜、酚酸、多糖、挥发油等为主,具有抗炎解热镇痛、抗病原微生物、抗肿瘤、抗补体、抗溃疡、抗阿尔茨海默病等广泛药理作用,具有极高的药用和经济价值,然其质量标准和质量评价研究存在诸多不足。在对其化学成分、药理作用、质量研究进行归纳概述的基础上,根据质量标志物(Quality marker,Q-marker)理论,从成分特有性、变化性、有效性、可测性四个方面对岗梅的质量标志物进行分析与讨论,认为岗梅的三萜类和酚酸类成分可作为岗梅的质量标志物,以期为岗梅质量评价体系的规范与完善提供参考。

固体火箭发动机粘接界面剪切蠕变特性分析与快速预测模型

固体火箭发动机在立式贮存期间,受自重载荷影响,在侧壁粘接界面会产生剪切蠕变行为,威胁发动机的结构安全性和贮存寿命。为研究粘接界面剪切蠕变特性,对某型发动机剪切界面试验件进行了多种温度与应力下的剪切蠕变实验,获得其剪应变-时间关系,分析了粘接界面力学性能随温度与剪切蠕变载荷变化的响应和规律,最终构建了一种适用于线性粘弹性阶段的发动机粘接界面剪切蠕变快速预测模型。结果表明,该快速预测模型构建方式简单,且预测值与实验值相差低于10%,可以较好地预测线性粘弹性阶段粘接界面短期蠕变行为。

“固体发动机药柱结构完整性”专栏导语

固体发动机是各类导弹武器和火箭的常用动力装置之一。近年来,新型高性能固体发动机研制提出了高装填分数、宽温适应性和强界面粘接性能等苛刻要求。在制造、运输、贮存、维护、使用等全寿命周期过程中,固体发动机会受到温度载荷、振动载荷。

BACE_(1)酶响应型脑神经元靶向递药系统的构建及其安全性考察

制备了BACE_(1)酶响应型载体嵌段聚合物MPEG-BA linker-PZLL。以槲皮素作为载药亦可发挥其抗氧化的作用来缓解阿尔茨海默症患者脑内的氧化应激状态,与纳米递药系统结合后能更好地提高其释药率,并可通过响应肽对于BACE_(1)酶消耗来减少Aβ肽的形成。运用薄膜分散法来制备载槲皮素的BACE_(1)酶敏感靶向纳米递药系统。检测了聚合物载体的核磁以及粒径、形态、电位等指标,呈现出典型的球状纳米结构,判断该系统已成功构建;并初步评价了Quc@MBP NPs的体外释放和体外安全性,在小鼠脑微血管内皮细胞和大鼠神经元细胞上显示了较好的安全性,验证了其作为抗AD药物递送载体的潜力。该递药系统设计简单,质量可控,具有良好的体外形貌和安全性,为抗阿尔茨海默病的纳米载体的设计提供了新思路。

长贮过程中发动机HTPB推进剂老化机理分析

为揭示固体推进剂在长期贮存过程中的老化机理,解剖了自然贮存19年贴壁浇注的端羟基聚丁二烯橡胶推进剂装药发动机,沿着药柱径向不同位置进行了取样,并采用扫描电镜、能量色散X射线光谱仪、红外吸收光谱、交联密度等多种手段对这些样品进行了测试分析。研究发现:贴壁浇注发动机药柱不同位置推进剂的老化程度不尽相同,越靠近非金属壳体位置,推进剂的老化程度越严重。进一步深入分析表明:除了丁羟胶中双键的氧化断链和端羟基的缩合等影响推进剂老化,铝粉氧化产生的铝离子会催化丁羟胶双键与氯气或水发生加成反应生成C=Cl双键和仲醇,而铝离子迁移和分布的不均匀会引起药柱老化的不均匀性。研究结果对推进剂配方设计和防老化措施的研究具有重要意义。

苍耳草化学成分、药理作用及质量标志物预测分析

苍耳草广泛分布于东北、华北、华东、华南、西北及西南各省区,药用资源丰富,用药历史悠久,其化学成分主要包括酚酸及其衍生物类、倍半萜内酯类、挥发油类和脂肪酸类等成分,具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、增强免疫、调节血糖等药理作用,临床用于治疗鼻炎、肩周炎、麻风、痢疾、关节炎、癌症等疾病。在对其化学成分、药理作用及临床应用和安全性评价做概述的基础上,根据中药质量标志物的核心概念,对苍耳草的质量标志物(quality marker,Q-marker)进行预测分析,认为苍耳草的酚酸类、倍半萜内酯类、挥发油类及水溶性苷类成分是苍耳草的质量标志物,为苍耳草质量评价体系的建立提供参考。

长期贮存HTPB推进剂蠕变特性分析

固体发动机贮存过程中推进剂在自重荷载作用下会发生蠕变,为研究HTPB推进剂长期贮存期间的蠕变特性,采用MSC.Marc计算了卧式与立式贮存两种工况下发动机的最大Von Mises应力;基于数值计算结果设计并开展了1000 s短期往复蠕变试验与10000 s长期蠕变试验。结果表明,推进剂蠕变从变形开始到最终破坏的过程可分为瞬时变形、衰减蠕变、稳态蠕变以及加速蠕变破坏四个阶段。蠕变应力水平小于0.1 MPa时,衰减蠕变趋于稳定,蠕变应变25.32%可作为该推进剂蠕变进入稳态蠕变阶段的临界值。蠕变过程会对试样造成损伤,损伤程度与蠕变时间和应力大小正相关。拼接了短期蠕变试验数据,拼接曲线与长期蠕变试验数据曲线一致性较好。试验结论可为固体发动机结构完整性和贮存寿命评估提供参考。

固体推进剂宽温-气体围压试验系统设计与试验

针对固体推进剂常压条件下力学性能满足要求,而发动机药柱结构完整性破坏频发的难题,研制了固体推进剂宽温气体围压试验系统,对某 HTPB 推进剂进行了不同环境压力、温度和拉伸速率下的定速拉伸试验,获得了环境压力、温度和拉伸速率对推进剂应力应变曲线的影响规律。研究表明,围压环境下推进剂应力应变曲线没有明显的“脱湿”点,推进剂的抗拉强度明显提高;快速拉伸条件下,围压环境极大地降低了推进剂的延伸率,23 ℃常温 8 MPa 围压环境 1000mm/min拉伸速率条件下推进剂最大延伸率相对常压条件降低45%;低温围压快速拉伸条件下推进剂的力学性能最为恶劣,-50℃低温8MPa围压环境500mm/min拉伸速率条件下推进剂最大延伸率降至11%。相关方法和结论可为固体发动机精细结构完整性分析和贮存寿命预估提供参考。

采用扩展有限元法的线式爆炸分离装置裂纹扩展分析

为了提高线式爆炸分离装置的安全性,本研究基于扩展有限元法,通过创建二维和三维动态裂纹扩展模型,探索了线式爆炸分离装置在爆轰波作用过程中的动态裂纹扩展和止裂机理。研究表明,分离壳体的裂纹扩展路径独立于裂纹初始角度;不考虑载荷时序时,二维和三维动态裂纹扩展的主方向分别沿着分离壳体的径向和环向;考虑载荷时序时,受不同区域应力波的联合作用,三维裂纹沿环向扩展的同时会沿着轴向扩展,但裂纹的扩展均不会影响到止裂槽以外的结构。所提方法和相应结论可为线式爆炸分离装置设计提供参考。

异黄绵马酸PB对红色毛癣菌生物被膜的抑制作用观察

目的观察异黄绵马酸PB对红色毛癣菌生物被膜的抑制作用,并探讨其可能作用机制。方法构建红色毛癣菌生物被膜,用XTT法测定异黄绵马酸PB、两性霉素B、盐酸特比萘芬对红色毛癣菌生物被膜的最低抑菌浓度(s MIC),计算抑制50%及80%被膜生长的药物浓度即s MIC50、s MIC80。取红色毛癣菌生物被膜分为正常组、异黄绵马酸PB组、AMB组、TBF组,后三组分别用125. 00、2. 00、125. 00μg/m L异黄绵马酸PB、两性霉素B、盐酸特比萘芬处理,于扫描电镜下观察药物对生物被膜形态变化的影响,通过超高效液相色谱法测定红色毛癣菌生物被膜细胞膜成分麦角甾醇在药物作用前后的含量变化,采用qRT-PCR法测定红色毛癣菌生物被膜ERG1、MEP4 mRNA的表达。结果异黄绵马酸PB对红色毛癣菌生物被膜的s MIC50及s MIC80分别为31. 25、62. 5～125μg/m L。扫描电镜结果显示,异黄绵马酸PB组红色毛癣菌生物被膜生长明显受到抑制,菌丝呈扁平状且出现大量断裂,未见分生孢子,仅有少量干瘪状细胞外基质。正常组、异黄绵马酸PB组红色毛癣菌生物被膜中麦角甾醇含量分别为(3. 68±0. 05)、(2. 36±0. 01)μg/g,ERG1 mRNA相对表达量分别为1. 36±0. 03、1. 00±0. 06,MEP4 mRNA相对表达量分别为2. 86±0. 08、1. 00±0. 08,异黄绵马酸PB组与正常组相比P均<0. 01。结论异黄绵马酸PB对红色毛癣菌生物被膜具有较好的抑制作用,其作用机制可能与抑制红色毛癣菌麦角甾醇的生物合成,抑制麦角甾醇合成相关基因ERG1及毒性基因MEP4有关。

固体火箭发动机复合材料壳体裙黏接性能分析

采用数值计算方法研究复合材料壳体裙连接结构的黏接性能。通过建立纤维缠绕壳体的有限元模型,采用内聚力模型定义裙黏接面的接触关系,引入黏接界面的损伤失效准则,模拟黏接界面的脱黏行为,以此预测裙连接结构的极限承载。同时,研究壳体的轴向和环向应变及黏接面上的剪应力分布情况,以及弹性层的弹性模量与黏接长度对黏接性能的影响。数值算例表明,计算结果与实验数据相吻合,验证了该方法的正确性。所提方法可用于裙连接结构的优化设计中。

固体火箭发动机故障诊断技术现状及发展思考

固体火箭发动机的健康状态是导弹武器或运载系统任务成败的重要因素,故障诊断技术可提前预判发动机健康状态,预估其贮存寿命。根据发动机状态参数获取和故障诊断决策方式的不同,故障诊断技术可分为基于知识、基于机理模型和基于数据驱动三类。简述了基于检测技术和专家判断,即基于知识的发动机故障诊断技术现状;阐述了基于机理模型的发动机典型结构(推进剂药柱、复合材料壳体及其界面)健康监测技术现状,介绍了基于数据驱动和在线监测的发动机故障诊断技术现状;在评述当前发动机故障诊断技术特点的基础上,指出基于机理模型、基于数据驱动及其混合的故障诊断技术将是未来重要的发展趋势;最后展望了并重发展的贮存状态监检测技术和工作过程监检测技术,以及多种诊断方法优势互补的混合诊断技术、发动机健康状态自监测等重点技术发展方向。

复合固体推进剂等效力学性能VCFEM细观预示方法

根据固体推进剂的细观结构特征,采用等圆最优装载方式生成代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)模型,并结合Voronoi单元有限元方法(Voronoi Cell Finite Element Method,VCFEM)和均匀化方法,发展了一种可预示固体推进剂等效力学性能的数值分析方法,从而得到体分比和组分材料对等效模量和等效泊松比的影响规律。为证明该方法的有效性,设计一个对称数值模型,通过对该方法和传统有限元方法的节点位移结果的比较,发现两者之间的相对误差小于5%,且VCFEM用少量单元就完成了分析,提高了计算效率。通过对不同细观结构下推进剂RVE模型的计算,发现随着夹杂体分比的增大,夹杂的颗粒增强效应越明显,基体材料的变化比夹杂材料对等效力学性能有着更加显著的影响。

固体推进剂黏弹性本构模型及其有限元应用研究

基于时温等效原理和WLF方程建立推进剂黏弹性泊松比主曲线方程,进而建立考虑时间温度相关泊松比的推进剂本构模型。基于增量有限元方法,采用完全显式积分算法推导增量形式的黏弹性本构方程。根据MSC. Marc用户子程序编程规则,确定本构模型对应的一致切线刚度矩阵从而实现本构模型的有限元应用。先后通过固化降温以及点火增压工况,分别采用黏弹性泊松比以及弹性泊松比对药柱结构进行应力应变力学响应分析,并对比不同类型泊松比对应力应变场的影响。研究方法和结果可为发动机药柱的精细结构完整性分析提供参考。

双脉冲发动机Ⅰ脉冲工作过程中EPDM隔层烧蚀特性

针对双脉冲发动机脉冲隔离装置——三元乙丙(EPDM)隔层的烧蚀问题,建立了Ⅰ脉冲发动机燃烧室两相流动仿真模型,分析了隔层的热载荷环境特性,开展了隔层动态烧蚀过程仿真研究,获得了隔层温度和烧蚀量的变化历程,并通过隔层烧蚀实验进行了验证。研究结果表明,Ⅰ脉冲工作初期隔层外表面温度急剧增加,烧蚀量缓慢增加,随着热流的持续作用,隔层内部温度上升速率变缓,而隔层烧蚀量急剧增加。隔层烧蚀较为严重的区域为轴向与径向的过渡段,这与隔层表面热流密度的分布趋势一致。计算得到隔层环向削弱槽附近烧蚀厚度为2.0 mm,实验测得隔层烧蚀厚度为2.21 mm,误差为9.5%,表明隔层烧蚀计算模型具有足够的精度。

固体火箭发动机橡胶密封结构可靠性试验及评估方法

由于关系到固体导弹的首翻期,“O”形橡胶静密封结构可靠性一直是固体火箭发动机寿命研究的重要内容。在梳理和分析密封结构全寿命周期剖面中长期贮存、快速点火升压和短时间工作平衡这三个典型阶段载荷及其变化的基础上,以密封接触应力为表征参数,基于应力-强度干涉模型建立了重点考虑前两个阶段的密封结构可靠性评估方法。为快速准确模拟第一阶段密封结构的贮存性能变化过程,采用了步进应力加速贮存试验项目;为获得第二阶段的密封结构可靠性的广义强度和应力,提出了密封面张开速率及回弹过程密封接触应力测试项目,构成了密封结构全寿命周期可靠性试验方法。据此,开展了F108“O”形密封结构的贮存试验和评估,验证了该方法的可用性和准确性。

固体发动机推进剂/绝热层界面Ⅰ型脱粘力学行为试验与仿真研究

为了准确描述和预测固体发动机界面的粘接性能,为固体发动机结构完整性分析提供有效参考,通过商业有限元软件ABAQUS用户子程序(UEL)对基于势函数的PPR内聚力单元进行了二次开发,设计了固体发动机推进剂/绝热层界面Ⅰ型脱粘试验方案,并基于试验的反演分析获得 PPR 内聚力模型对应的特征参数,对不同加载速率下粘接界面的断裂与损伤特性进行了相关研究。研究表明,PPR 内聚力模型能够较好地描述界面脱粘过程,且粘接界面的力学行为具有显著的率相关性,随着加载速率的增大,粘接界面的内聚能和内聚强度均增大,法向初始刚度和损伤起始位移均减小。此外,I 型界面脱粘试验过程中加载力随位移的变化可分为强化阶段和损伤演化阶段,粘接界面的速率相关性主要体现在损伤演化阶段。

考虑粘弹性泊松比的固体推进剂蠕变型本构模型

在粘弹性材料中,泊松比是时间和温度相关的函数。提出了一种新的考虑时间和温度相关泊松比的推进剂蠕变型本构模型。为了建立合适的本构模型,采用拉普拉斯变换方法对经典蠕变型本构模型进行了改进,将时间无关的弹性泊松比变换成时间相关的粘弹性泊松比。基于时温等效原理,将泊松比的时间和温度相关特性利用WLF方程进行建立联系。基于蠕变型本构模型的增量形式将该模型开发到有限元程序MSC.MARC中。针对星孔发动机点火增压工况进行了结构完整性分析。仿真结果表明,粘弹性泊松比对结构的应力应变影响介于初始和平衡泊松比对结构分析的影响之间。并且该蠕变型本构模型与松弛型本构模型的分析结果一致。

低温点火条件下药柱结构完整性分析与试验

固体发动机在低温点火条件下,药柱承受低温和压力载荷的联合作用,结构完整性受到严峻考验,极易发生故障。基于三维粘弹性有限元法,采用 MSC. Patran/ Marc 有限元软件,分析了某模拟发动机药柱在低温和低温点火升压两种载荷下的结构完整性,利用固体发动机冷增压试验系统对该型发动机进行了冷增压试验,考虑温度和压力载荷的不耦合特性,将试验结果与数值仿真结果进行了比对分析。研究表明,药柱在低温点火条件下安全系数为 2.46,结构完整性满足要求;试验结果与仿真计算结果一致性较好;相关研究方法和结论可为固体发动机设计、分析与试验提供参考。