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装备环境工程第20卷第10期·64·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年10月固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展霍文龙，谢丽娜，孙雪莹，张婷婷，张健，夏德斌，杨玉林，林凯峰*（哈尔滨工业大学 化工与化学学院，哈尔滨 150001）摘要：基于固体推进剂的贮存老化，以NEPE推进剂和以HTPB推进剂为代表，综述了近年来固体推进剂老化进程中所受的各种影响因素、作用机制及化学反应机理研究进展。
总结了温湿度、应力和环境气氛为代表的外部环境因素，配方性质、组分变化和添加剂等内部影响因素对推进剂老化及贮存失效期限的影响。
分别从微观和宏观角度出发，分析了内外部各种影响因素加速或减缓固体推进剂老化进程的作用机制。
此外，针对黏合剂、氧化剂、防老剂等化学组分，总结了固体推进剂贮存老化期间发生的氧化交联、分解、降解断链等主要化学反应，并分析了各个反应发生的机理及原因。
最后，展望了未来固体推进剂老化影响因素研究的发展趋势，并为今后固体推进剂老化机理及失效模式研究提供了研究思路。
关键词：固体推进剂；老化过程；影响因素；作用机制；化学反应；机理；失效模式中图分类号：V512 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)10-0064-13DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.10.008Affecting Factors and Chemical Reaction Mechanism of CompositeSolid Propellants during the Aging ProcessHUO Wen-long, XIE Li-na, SUN Xue-ying, ZHANG Ting-ting, ZHANG Jian,XIA De-bin, YANG Yu-lin, LIN Kai-feng*(School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)ABSTRACT: Based on storage aging of solid propellants, the research progress of various affecting factors, action mode and chemical reaction mechanism on the aging process of solid propellants in recent years is reviewed with NEPE propellants and HTPB propellants as the representatives. The effects of external environmental factors such as temperature and humidity, stress and ambient atmosphere, formula properties, composition changes and additives on propellant aging and storage failure time are summarized. The mechanism of internal and external factors to accelerate or slow down the aging process of solid propellant is analyzed from micro and macro perspectives. In addition, the oxidative crosslinking, decomposition and chain breaking of chemical components such as adhesives, oxidants and antioxidants during propellant aging are summarized, and the mechanism and reasons of each reaction are analyzed. Finally, the future development trend of the research on the affecting factors of solid propellant aging is prospected, and the research routes for the research on the aging mechanism and failure mode of solid pro-pellant in the future are provided.收稿日期：2023-09-14；修订日期：2023-10-14Received：2023-09-14；Revised：2023-10-14引文格式：霍文龙, 谢丽娜, 孙雪莹, 等. 固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展[J]. 装备环境工程, 2023, 20(10): 64-76. HUO Wen-long, XIE Li-na, SUN Xue-ying, et al. Affecting Factors and Chemical Reaction Mechanism of Composite Solid Propellants during the Aging Process[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(10): 64-76.*通信作者（Corresponding author）第20卷第10期霍文龙，等：固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展·65·KEY WORDS: solid propellant; aging process; affecting factors;action mode; chemical reaction; mechanism; failure mode固体推进剂是固体火箭发动机的能源材料，它能够在燃烧过程中快速释放出化学能量，同时产生高温气体产物。
国外固体推进剂装药工艺安全性技术分析随着火箭技术的不断发展，固体推进剂已经成为了高性能火箭的重要组成部分。
固体推进剂的特点是结构简单、具有高能量密度等优点，但是也存在一定的安全隐患。
本文主要针对国外固体推进剂装药工艺的安全性进行技术分析。
一、固体推进剂的危险性固体推进剂的主要成分是含能材料，如硝酸铵、五氧化二磷等，这些物质具有易燃易爆的特性，一旦受到外界刺激就会引发爆炸，造成极大的伤害和财产损失。
固体推进剂在装药过程中也存在一定的危险性。
由于固体推进剂的成形难度较大，装药时需要采用高压下进行，一旦加工操作不当或设备故障，容易引发爆炸事故。
因此，在固体推进剂装药工艺中，必须采取科学的安全措施，防止意外事故的发生。
1. 人员安全在固体推进剂装药工艺中，首先要保证人员安全。
加工过程中必须有技术骨干对操作人员进行严格的技术安全培训，确保所有人员都了解装药的危险性，知道怎样在装药过程中保持自身的安全。
同时，装药现场必须设置合理的安全防护措施，如安全隔离区、报警器等，确保装药过程中任何因素的冲击都不会对人员造成危害。
2. 装药设备的安全装药设备是固体推进剂装药工艺的关键环节，其安全性直接关系到装药过程的安全和成功。
因此，在装药设备选型和设计中，必须注重安全性考虑。
装药设备必须符合国家的安全标准，设备的使用、维护和保养都要有专业技术人员进行。
同时，装药设备的使用过程必须有专业的操作手册，装药人员必须按照操作要求进行操作，确保设备能够正常运行，不会造成装药事故的发生。
3. 固体推进剂的贮存与运输安全固体推进剂装药工艺中还要涉及到固体推进剂的贮存与运输，这也是安全的重点之一。
推进剂的贮存必须在专门的贮存场所进行，贮存场所必须符合国家要求。
在推进剂的贮存过程中，必须严禁使用火种、电烙铁等明火工具，以免造成意外事故。
推进剂的运输也必须严格遵守国家运输规定，运输过程中必须采取科学合理的措施，防止推进剂泄漏，避免对人员造成危害。
老化实验过程中发现，固体推进剂的凝胶(不溶性粘结剂)在贮存老化期间的含量是持续增加的。
并且提出机械性能与凝胶含量在其老化过程中存在着直接关系，测得机械性能的变化关系式与凝胶含量的变化关系式后，将两式合并以后，可以通过凝胶含量的变化计算得出推进剂在贮存老化后的机械性能数值。
这一方法通过将固体推进剂在贮存老化过程中粘结剂分子的变化与机械性能的变化联系起来，不仅可以直接从现场操作的发动机中获取推进剂，其样品的用量也相对较少，所以凝胶含量法又作为一种无损的药柱检测手段，专门用于阵地使用固体推进剂的贮存寿命预估。
3 活化能法活化能法是固体推进剂贮存寿命预估中一种较为快速的方法，其常用公式为：log ∑=C+303RT·E式中C 代表常数项;E 代表摩尔气体常数(J·K -1·mol -1);T 代表热力学温度;E 为表观活化能(J·mol -1)。
活化能法是利用动态分析法和热分析法等先进的测试方法，用少量的推进剂样品求出在老化反应中固体推进剂的表观活化能E 的数值，再根据加速老化反应在某一温度下的实验数据推算出推进剂的贮存寿命∑。
4 动态粘弹分析法固体推进剂是一种以金属粉末和固体氧化剂作为填料，粘结剂为基体的粘弹材料。
动态粘弹法在很大程度上弥补了应力松弛不足、蠕变以及采用单轴拉伸的测试方法研究固体推进剂贮存老化的问题时，对于样品材料过大而变形导致的化学反应与分子链滑移的物理现象混合在一起的缺陷。
并且该法的优势在于固体推进剂的样品用量少、准确度较高，属于非破坏性试验测试;能够从现场操作的发动机中或贮存现场直接获取，因此，动态粘弹法预估固体推进剂寿命的测试实验中模量的变化能够更加真实、准确的反映出推进剂贮存热氧老化的变化实质。
Husband 用动态粘弹法研究了方胚药样品与火箭发动机中的样品贮存温度T 与动态贮存模量G 和时间的关系，进而推0 引言固体推进剂在航天、航空领域有着广泛的应用。
固体火箭发动机综述
固体火箭发动机（solid rocket motor 简称：SRM）是指使用固体推进剂的化学火箭发动机，又称固体推进剂火箭发动机。
它由药柱、燃烧室、喷管和点火装置等部件组成。
按照燃烧室的结构形式，固体火箭发动机分为整体式固体发动机和分段式固体发动机等类型。
与液体火箭发动机相比较，固体火箭发动机具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧室中常备待用和操纵方便可靠等优点。
因此，固体火箭发动机主要用作火箭弹，导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。
固体火箭发动机的优点包括：结构简单，没有复杂的燃料输送和贮存系统，部件较少，故障率相对较低；贮存和安全性好，固体燃料易于存储，不易泄漏，且具有较好的安全性，适合长期贮存；机动性好，固体火箭发动机推力大，响应速度快，适用于需要快速加速和变轨的场合，如军事导弹；制造工艺相对简单，固体火箭发动机的制造工艺相对简单，成本较低。
固体火箭发动机的缺点包括：比冲较低，固体燃料的能量密度一般低于液体燃料，导致发动机的推力效率较低；燃烧延续时间短，不适用于需要长时间推力的任务；燃料质量大，固体燃料的质量较大，限制了火箭的载荷能力；无法停机，一旦固体火箭发动机点燃，就无法在没有耗尽燃料的情况下停止工作，这对控制火箭的飞行轨迹带来挑战。
每种发动机技术的发展都符合其特定的应用需求和时代背景，随着技术的进步，这些发动机的性能也在不断提升和完善。
我国目前常用火箭推进剂的类型、成分和特点及适用范围火箭推进剂是火箭发动机的关键组成部分，是用来产生推力以推动火箭运行的燃料。
我国目前常用的火箭推进剂包括固体推进剂、液体推进剂和混合推进剂。
这三种推进剂都有各自独特的成分和特点，并且适用范围也有所不同。
1. 固体推进剂固体推进剂是一种将燃料和氧化剂以固态形式混合在一起的推进剂。
这种推进剂不需要外部提供氧化剂，因为燃料本身就含有氧化剂。
我国常用的固体推进剂包括含有颗粒铝、固体氧化剂和粘结剂的复合材料。
这种推进剂具有结构简单、便于携带和储存的特点，适用于一些短程和中程导弹以及一些小型火箭。
2. 液体推进剂液体推进剂是将燃料和氧化剂分别存储在两个独立的容器中，需要在燃烧前相互混合。
我国常用的液体推进剂包括液氧和煤油、液氢和液氧等。
这种推进剂具有推进剂比冲高、推力可调节的特点，适用于一些需要长时间飞行和对推进力要求较高的任务，比如运载火箭。
3. 混合推进剂混合推进剂是将燃料和氧化剂混合在一起形成可以直接燃烧的混合物。
我国常用的混合推进剂包括液氧和丙烷、液氧和甲烷等。
这种推进剂具有简化结构、操作安全性高的特点，适用于一些需要迅速反应和可控性要求较高的任务，比如火箭的姿态控制系统。
总结回顾：我国目前常用的火箭推进剂类型多样，各具特点，并在不同范围内发挥作用。
固体推进剂适用于短程导弹和小型火箭；液体推进剂适用于长程和对推进力要求高的任务；混合推进剂适用于对反应迅速和可控性要求高的任务。
个人观点和理解：在火箭发动机的研究和发展中，不同的推进剂类型都有着各自的优势和局限性。
进一步深入探讨每种推进剂的燃烧原理、燃烧效率和环境影响，对于火箭技术的进步和完善，具有重要意义。
至此，一篇关于我国目前常用火箭推进剂的深度、广度兼具的文章就完成了。
火箭推进剂是火箭发动机的核心部件，对于火箭的性能和运行起着至关重要的作用。
随着我国航天技术的不断发展和进步，我国对火箭推进剂的研究也在不断深入，不断追求更高的推进效率、更稳定的性能以及更环保的特性。
固体推进剂性能与技术
庞爱民
【期刊名称】《含能材料》
【年(卷),期】2022(30)8
【摘要】固体推进剂主要由粘合剂、氧化剂(炸药)、金属燃料、增塑剂及功能助剂等组成,经过特定混合工艺和复杂的物理过程、化学反应等形成,其性能的优劣直接
影响着航天器的效能。
固体推进剂性能主要包括能量、燃烧、工艺、力学、安全、贮存老化等性能。
固体推进剂关键技术主要包括关键原材料设计与制备技术、配方设计与仿真技术、燃烧与能量释放机制、力学与贮存稳定性、工艺扩试与安全控制、衬层界面粘结与绝热层一体化设计等。
新材料、新技术、新工艺的创新发展不断促进固体推进剂技术的进步,不断拓展固体推进剂的功能和应用领域。
高能量、高安全、强适应、低成本、智能化等发展方向需要系统研究固体推进剂基础科学问题和相关机制机理,尤其是燃烧、力学、工艺、贮存老化等关键核心技术的突破,将进一
步推动固体推进剂专业技术领域的发展。
【总页数】1页(PI0002)
【作者】庞爱民
【作者单位】《固体火箭技术》编委会;航天动力技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】V51
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