基于近红外光谱技术的固体推进剂燃速模型化快速预估方法

利用近红外光谱技术建立了基于近红外光谱的固体推进剂燃速快速预估模型,通过波谱范围筛选和光谱预处理对模型进行优化,并采用内部验证和外部验证对该模型进行评价,验证模型的精密度及准确度。结果表明,基于近红外光谱技术的固体推进剂燃速快速预估模型测试时间约为2 min,燃速偏差范围为-0.122~0.067 mm/s,精密度测试相对标准偏差≤0.4%,准确度测试偏差-0.029~0.057 mm/s。该方法能够在药浆混合阶段快速预测固体推进剂的燃速,提供了一种简单快捷和稳定可靠的燃速测定新方法。

基于超声的标准发动机动态燃速测试技术

以标准发动机的动态燃速测试技术为研究对象,应用超声测厚原理获取固定声速点火条件下的发动机动态燃速、压强数据;分析提出一种基于特征点的动态燃烧信号辨识方法,获取发动机点火过程中推进剂退移厚度与时间变化数据;通过试验的方法建立常温状态不同压强下的声速校准模型,结合测试过程压强数据计算得到发动机点火过程中超声的实时声速,代入前期在固定声速条件下获取的推进剂退移厚度与时间数据中,通过求导获取点火过程中发动机的实时燃速。计算结果表明:基于超声的动态燃速测试方法能够实现整机的动态燃速测试,具有较高的时间分辨精度,其中基于超声的动态燃速测试燃烧时间与传统压强-时间曲线计算得到的燃烧时间误差为0.235%。此外,对比发动机点火后压强-时间与动态燃速-时间曲线发现,发动机建压完成后的动态燃速与压强曲线变化趋势呈一定相似性。

一种面向丁羟推进剂燃速预测的机器学习融合模型

建立了以端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂原材料参数和组分含量为输入变量、燃速值为输出的机器学习预测模型。首先,通过经验性单因素规律对包括随机森林回归、支持向量回归、高斯过程回归、核岭回归和径向基函数模型等进行了初筛;然后,以最大绝对误差(AE_(max))、最大相对误差(RE_(max))、均方根误差(RMSE)及平均绝对误差(MAE)作为模型的性能评价指标,对不同模型的预测性能进行对比,筛选出最大相对误差RE_(max)<5%的模型,对通过筛选的模型进行融合获得最终的燃速预测模型,并将融合模型与单一模型的预测性能进行对比;最后,利用样本集外的10组数据对融合模型的预测精度进行了验证。结果表明,融合模型的RE_(max)和RMSE小于任何单一模型,其中AE_(max)=0.68、RE_(max)=3.97%、RMSE=0.3214、MAE=0.253,可实现对此类HTPB推进剂燃速的高精度、高效率预测。

含能燃速抑制剂的制备及其对AP分解的负催化效应

燃速抑制剂作为固体推进剂的核心功能组分,在降低固体推进剂高压燃速方面起关键作用。精准设计具有降速效应的季铵与醛基结构,获得高氮三氨基胍乙二醛二维共聚物(Triaminoguaniding Glyoxal two dimensional Copolymer,TAGP)含能配体,并与碱土金属离子K^(+)、Ba^(2+)和Ca^(2+)发生络合反应,制备系列新型含能燃速抑制剂(TAGP-M)。采用粉末衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜/能谱和差示扫描量热/热重联用等技术分析其形貌、结构和热稳定性,并研究这些含能燃速抑制剂对高氯酸铵(Ammonium Perchlorate,AP)热分解的负催化作用。研究结果表明:TAGP-K对AP转晶抑制最为显著,使AP的转晶吸热峰温提高5.9℃、低温分解峰峰温升高28.7℃;添加10 wt%的TAGP-K,可使AP的最大热分解速率降低58%;TAGP-Ca燃速抑制剂可使AP的释能效应集中在高温分解过程,AP/TAGP-Ca混合体系的放热量比纯AP提高50%以上;TAGP-Ca和TAGP-Ba燃速抑制剂在抑制含AP分解的同时提高了其释能效率;TAGP-M燃速抑制剂在分解过程中释放NH_(3)并与AP分解产物HClO_(4)结合,形成更难分解的M(ClO_(4)^(-))n;通过碱土离子与ClO_(4)^(-)离子强静电作用,抑制后者分解产生氧化性气氛,进而抑制AP高温放热反应过程。

燃速催化剂对小喉径长工作时间燃气发生器喷管沉积的影响

小喉径长时间工作燃气发生器易在喷管产生沉积。针对低燃温燃气发生剂配方中的燃速催化剂种类、含量对喷管沉积的影响,采用配方理论计算、药柱内弹道性能试验、喷管沉积物组成分析以及喷管温度场仿真模拟等手段进行了机理研究。结果表明:低燃温燃气发生剂中的燃速催化剂种类对喷管沉积存在较大影响,铁系燃速催化剂比含锌催化剂更易沉积;燃速催化剂含量越高,越容易出现沉积;喷管沉积主要成分为碳、铁元素,在燃气中的组成为FeCl_(2),其沉积机理是,在低燃温燃气发生器喷管的温度场下FeCl_(2)存在固液转化过程,其含量超过0.13%时,易在喷管处沉积。据此提出了降低含铁燃速催化剂的含量或采用无铁燃速催化剂的改善措施。

超声波测量大尺寸固体火箭发动机燃速的关键技术

确定固体火箭发动机工作时的真实燃速是发动机研制中的难题,而利用超声波测量是目前比较可行的方案。综述了利用超声波测量动态燃速和大尺寸发动机燃速的相关技术,并针对低频超声波开展了钢壳体/推进剂组合件的静态试验和钢壳体固体发动机热试车试验验证。通过综述和试验验证指出采用低频超声波是测量大尺寸固体发动机燃速的最可行的方案,提出进一步的研究方向是优化探头布置方案,并给出超声数据处理的建议。

冲量法固体推进剂燃速测试原始数据有效性判定

为了定义并明确冲量法燃速测试的应用边界,通过对“推进剂药柱点火不同步”、“存在侵蚀”、“推进剂药柱同心度不好”3种情况下终了燃面偏离设计值的分析,提出以最大压强尤其是最大推力处的下降速率作为冲量法燃速测试数据有效性的判据,该判据同时解决了“裸露的推进剂药柱表面同步点火”无法评判的问题。根据燃烧室在无加质条件下燃气质量的变化规律,计算获得燃烧室压强随时间的改变趋势,与试验压强-时间曲线进行对比,提出数据有效性因子K,给出了原始数据有效性的数值判定方法。研究表明,当数据有效性因子K=1~1.2时,冲量法燃速测试结果与恒压发动机燃速测试结果一致性较好,数据有效。同时验证了喷管烧蚀会影响冲量燃速测试的压强范围,但不影响燃速测试结果。

固体推进剂燃速测试技术研究进展

综述了固体推进剂的静态燃速、动态燃速和特定环境下的燃烧测试技术的研究现状以及各种燃速测试方法的特点,分析认为固体推进剂燃速测试技术的总体发展规律是由静态燃速测试逐步发展到动态燃速测试,在动态燃速测试的基础上出现了旋转过载燃速测试技术和压强瞬变条件下的燃速测试技术。现有燃速测试技术还用于测试固体推进剂常用高能添加剂的燃烧性能。提出了固体推进剂燃烧性能测试技术的发展方向:高压(超高压)燃烧性能测试技术、超低压(真空)燃烧性能测试技术、低温微重力环境下的燃烧性能测试技术等。附参考文献55篇。

基于蓝光阴影图像法的固体推进剂药条燃速测量方法

针对图像法固体推进剂药条燃速测量方法受火焰辐射影响问题,提出蓝光阴影图像法固体推进剂药条实时燃速测量方法,搭建相应的实验测量系统并进行燃速测试。在常压下利用该方法对药条A进行了5次重复性实验,开展了6种不同配方推进剂药条燃速测试,将蓝光阴影图像法得到的拟合燃速与靶线法测试结果进行对比,并对6种药条的实时燃速进行分析。结果表明,与直接成像法比较,蓝光阴影图像法可有效消除燃面处火焰自发辐射影响,提高燃面识别精度;对药条A进行的重复性实验中,平均值为2.534 mm/s,标准差为0.034 mm/s,扩展不确定度为0.069 mm/s,表明方法具有较高的稳定性;6种药条的拟合燃速与靶线法燃速结果对比,最大相对偏差为3.7%,说明该方法具有较高的测量精度。分析6种药条实时燃速的波动性发现,燃速高的药条往往其波动性较大,燃速接近时药条的波动性主要受药条配方的影响。

颗粒粘结高燃速推进剂燃速设计方法的研究(英文)

介绍了颗粒粘结高燃速固体推进剂的工艺特点 ,利用推进剂燃烧特征化学基团方法预估了几种小药粒和速燃粘结剂的燃速 。

B/KNO_(3)点火药低压燃速规律研究

为了研究B/KNO_(3)点火药在低压下的燃速规律,制备了B/KNO_(3)点火药,并测试了B/KNO_(3)点火药在不同低压环境、不同初始温度条件下的燃速规律。结果表明:低压环境下,B/KNO_(3)点火药的燃速随着环境压力下降呈线性减小;同一环境压力下,随着初始温度升高,B/KNO_(3)点火药的燃速缓慢增大;环境压力比初始温度对B/KNO_(3)点火药燃速的影响更大。

高低温循环保存下片状变燃速发射药的燃烧稳定性

为了研究片状变燃速发射药在高低温循环保存下的燃烧稳定性,将样品形貌及燃烧性能变化作为考察依据,以70℃高温10 h,-50℃低温10 h为一个循环周期,对片状变燃速发射药样品进行了20次高低温循环保存。通过光学显微镜观察了高低温循环前后片状变燃速发射药的表面形貌,利用密闭爆发器测试了高温50℃、常温20℃、低温-40℃下高低温循环前后片状变燃速发射药的燃烧性能。显微观测发现经高低温循环后,片状变燃速发射药表层气泡扩大增多,发射药断面出现塑性形变现象,内外层界面结合保持紧密,没有开裂与脱黏。密闭爆发器试验反映了该类型发射药经过高低温循环后,高温、常温、低温下动态活度曲线与高低温循环前都基本重合,动态活度变化值ΔL最大值出现在低温条件下,为2.57%,能量渐增性释放规律基本不变。高低温循环下,片状变燃速发射药在高压常温‑低温阶段的燃速温度系数对比原样在相同条件下显著降低,高温与低温下片状变燃速发射药的压力指数差距对比原样在相同条件下减小。结果表明,片状变燃速发射药在高低温循环条件下界面和燃烧性能稳定,具有较好的变温贮存稳定性。

低燃速、低烧蚀丁羟推进剂/衬层黏结试件界面性能研究

采用单向拉伸宏观观察试验,研究了某低燃速丁羟(HTPB)推进剂/衬层界面脱黏的影响因素。结果表明:推进剂配方组分是推进剂界面脱黏的主要影响因素,通过选择合适的HTPB规格、降速剂和固化剂,可显著改善推进剂/衬层黏结试件的界面黏结性能;衬层的预固化时间大于9 h后,试件的界面黏结性能达到最优。

不同层状变燃速发射药药型的内弹道性能数值模拟

为研究药型对层状变燃速发射药内弹道性能的影响,基于经典内弹道理论建立了多种药型的层状变燃速发射药物理燃烧模型,并推导计算了对应的形状函数与燃气生成猛度表达式,通过VC++软件对在定容条件下的不同药型的层状变燃速发射药内弹道性能进行了数值计算。结果表明:圆饼与方片层状变燃速发射药的燃烧性能相似,且比两面包覆的矩形变燃速发射药燃烧性能好;对于长方体变燃速发射药四面包覆比两面包覆的燃气生成猛度有明显的提高。在12.7mm枪装填条件下,长方体四面包覆比两面包覆膛内最大压力和弹丸初速分别降低11.94%和2.39%。

短切碳纤维在高能高燃速螺压改性双基推进剂中的应用

根据短切碳纤维的特性,进行高能高燃速改性双基推进剂配方设计。在推进剂中加入不同规格、不同含量的碳纤维,测试推进剂的燃烧性能、力学性能、内弹道性能,研究短切碳纤维对高能高燃速推进剂性能的影响。采用吸收-压延(平辊、沟槽)-螺旋压伸的制备工艺,用靶线法、最大抗拉强度/最大延伸率法、抗压强度/压缩法和比冲推力台法,测试了推进剂性能。结果表明:碳纤维的加入能够显著地提高推进剂的燃速;随着碳纤维长度和含量增加,推进剂燃速呈递增趋势;碳纤维加入后,推进剂的抗压强度有微小幅度的改善;推进剂内弹道性能稳定,曲线平滑,平台效应依然显著。

燃速调节剂对RDX/AP/HTPB推进剂热分解的影响

利用高压差示扫描量热法 (DSC)研究了含不同燃速调节剂 (亚铬酸铜、草酸铵、碳纤维 )的RDX AP HTPB推进剂热分解性能 ,研究发现 ,调速剂对推进剂燃速的影响与其对推进剂主要组分 (RDX、AP和HTPB)峰温、推进剂初始放热量的影响密切相关。燃烧催化剂亚铬酸铜和碳纤维使RDX、AP的分解峰温降低 ,使推进剂的初始分解阶段放热量增大 ,分解放热峰增多 ,故导致推进剂燃速增加 ,而草酸铵使RDX的分解峰温升高 ,使推进剂的初始分解阶段放热量降低 。

RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的实验研究

为了揭示RDX-CMDB推进剂中各常见组分对其燃速温度敏感系数的影响规律,制备了一系列含RDX、铝粉及燃烧催化剂的CMDB推进剂样品。采用氮气靶线法测得其在2~14MPa下的燃速温度敏感系数（σp）。讨论了RDX含量、铝粉、燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的影响。结果表明,提高工作压强、增加RDX含量、添加燃烧催化剂均有助于降低RDX-CMDB推进剂在一定初始条件下的燃速温度敏感系数。配方中引入铝粉后可降低中低压下RDX-CMDB推进剂的燃速温度敏感系数,且燃速温度敏感系数几乎不随压强变化而变化。选用含邻苯二甲酸铅和没食子酸铋锆作燃烧催化剂,均可在2~10MPa下降低RDX-CMDB推进剂的燃速压强指数,同时降低燃速温度敏感系数。

用ACP提高硝胺改性双基推进剂的燃速

通过添加快燃物ACP来提高硝胺改性双基推进剂的燃速, 得到了ACP影响推进剂燃速的一般规律:推进剂的燃速随ACP的含量和粒度的增大而增大。运用热分析、扫描电镜、燃烧火焰单幅照相、燃烧波温度分布等分析和测试手段来研究含ACP的硝胺改性双基推进剂的燃烧过程, 揭示了ACP提高推进剂燃速的机理: ACP的快速燃烧, 使得推进剂燃面增大和传热量增加, 导致推进剂燃速增加。

高能低燃速NEPE推进剂的研究

采用调节 NEPE推进剂的配方组分、添加降速剂等手段进行了一系列降低燃速的研究。研究结果表明 ,增大 AP粒径、降低 NG/DEGDN的比例、适当降低 AP含量、添加少量降速剂 ,可达到降低燃速的目的。通过对 NEPE推进剂配方组分的调节 ,在没有添加降速剂时 ,其 4.0 MPa下燃速可达到 4.7mm/ s,并且实测标准比冲可达到 2 2 39.3N·s/ kg。

RDX-CMDB推进剂的催化热分解Ⅰ.高压热分解与燃速相关性研究

用高压差示扫描量热仪（PDSC）研究了一种RDX-CMDB推进剂在所选用燃速催化剂（没食子高铅、对氨基苯甲酸铜和炭黑）作用下的热分解，并对比了纳米和非纳米催化剂对其热分解的影响。结果表明，压力和不同复合组成的燃速催化剂对PDSC特征量和RDX的相对放热量有影响；在14MPa压力范围内PDSC的特征量和压力可用一经验方程，通过二元回归与燃速关联。该方程能得到表征压力（压强）和放热速度对燃速的贡献程度的参数，能反映较高压力（8-14MPa）下推进剂燃速的平台效应和不同复合组成的燃速催化剂的影响。