火箭发动机固体推进剂老化研究

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法固体火箭发动机作为一种行星对行星弹道技术，具有军事应用的价值和重要性。

它的发展受到了众多局限，其中最重要的是固体火箭发动机药柱热老化结构分析问题。

如何能够有效地分析固体火箭发动机药柱热老化结构，以提高发动机性能，降低成本，从而推动固体火箭发动机的发展，一直是研究人员密切关注的焦点。

固体火箭发动机药柱的热老化结构分析包括材料的热老化性能分析、裂纹传播分析和结构建模分析。

材料热老化性能分析旨在研究固体火箭发动机药柱受热老化影响时材料力学性能的变化，包括拉伸强度、塑性应变、断裂强度和断裂延伸等性能；裂纹传播分析旨在研究裂纹在热老化过程中的变化，以评估发动机受热老化影响时结构的稳定性；结构建模分析主要是用于评估药柱热老化过程中的应力场变化，以及随着热老化的不同阶段，发动机结构的耐久性能变化。

目前，用于固体火箭发动机药柱热老化结构分析的方法主要有数值模拟、试验方法和理论分析方法3类。

数字模拟分析方法是利用有限元方法仿真发动机药柱热老化过程中的温度场、应力场和物理量的变化；试验方法是利用实验室的测试来表征材料在热老化过程中的性能变化，从而推导出药柱在热老化条件下的结构变化；理论分析方法是利用理论和数学模型模拟药柱热老化过程中的结构变化情况，以及发动机药柱热老化变化的影响因素。

在分析药柱热老化结构时，应遵循与热老化一致的材料断裂机制，对材料进行正确的参数化，并采用新型的数据分析技术来改进分析的精度。

另外，为了准确分析药柱热老化结构，我们还可以采用现代微观影像技术来检测药柱内部的微观结构变化，从而更有效地评估药柱性能。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法是近年来受到广泛关注的一个方面，也是推动固体火箭发动机发展的一个重要环节。

因此，我们应该充分发挥各项技术优势，有效利用数值模拟、试验与理论分析等方法，加强对固体火箭发动机药柱热老化结构的研究，以期获得更多的科学成果，为固体火箭发动机的发展奠定牢固的基础。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法火箭发动机的发展可追溯到20世纪20年代，至今已经超过一个世纪了。

当初，火箭发动机主要是由液体火箭发动机构成，其发动机药柱采用流体加压燃料和推进剂，以及用于加热和泵料两种作用的加热剂。

随着固体火箭发动机的出现，其发动机药柱采用固体燃料和推进剂，加热剂可以是固体的也可以是液体的，发动机结构变得更为紧凑，效率更高，维护更加容易。

然而，由于固体燃料和推进剂的烧蚀性明显比液体低，推力的稳定性更高，所以在发动机药柱的高温环境下，压力、温度和流量的变化对发动机性能的影响更为明显。

因此，除了精确模拟固体火箭发动机药柱内部的热流量分布以外，还需要了解发动机药柱热老化结构分析方法，以预测发动机药柱内部的热力学性能及相关技术指标。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析是固体火箭发动机研究的一个重要组成部分，是对发动机药柱热老化结构的研究和分析。

它具有以下几个特点：首先，要研究发动机药柱的热老化结构，必须进行结构分析，评估药柱结构的稳定性和强度，以准确预测发动机热老化行为；其次，要进行核心热分析，评估发动机药柱内部温度分布情况，分析药柱表面、中心等位置的温度场，推导发动机药柱的温度和温度变化趋势；第三，要进行水分分析，采用热模型来预测固体火箭药柱的氢气蒸发率，从而分析药柱内部压力场、温度场以及水分分布；第四，要进行热稳定性分析，采用材料学模型分析发动机药柱的热稳定性状况，以预测药柱在高温下的性能变化。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析具有很强的可靠性和实用性，可帮助研究者更好地了解发动机药柱的热老化结构和性能。

通过精确分析，可以准确计算出发动机药柱内部温度场、压力场和水分分布等性能指标，为发动机性能设计提供重要的参考依据。

此外，利用热老化结构研究，可以优化固体火箭发动机药柱的开发工作，保障药柱的可靠性和可靠性。

综上所述，固体火箭发动机药柱热老化结构分析是火箭发动机研究的一个重要组成部分，可以全面了解发动机药柱的温度、压力、水分等内部性能指标，为发动机设计和优化提供重要参考。

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。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法近年来，因具有较高的比冲力、短燃烧时间和高温的优点，固体火箭发动机已被广泛应用于航天技术领域。

固体火箭发动机药柱是固体火箭发动机最重要的工作部件，他们负责转换燃料消磨至最小的能量放出，并负责火箭发动机的热性能。

由于固体火箭发动机药柱具有高温、高热负荷和其他恶劣条件，其结构可能会受到因热老化引起的损坏。

为了有效地应对这一问题，提出了一种新的，能够有效分析固体火箭发动机药柱热老化结构的方法。

首先，根据典型的固体火箭发动机药柱结构及使用条件，建立热老化过程的数学模型。

其次，运用动态/静态热流模型来分析固体火箭发动机药柱的热老化结构。

然后，利用数值求解进行温度场和应力场的数值计算，得出温度和应力场的分布情况，并建立损伤模型，测量热老化过程中药柱结构的变形程度。

最后，结合热老化理论，基于固体火箭发动机药柱结构耐受性来确定热老化后结构的使用寿命。

为了验证该方法的有效性，我们通过模拟实验对其进行了验证。

实验结果表明，在分析固体火箭发动机药柱热老化结构时，该方法能够有效地评估其结构变形程度、热老化寿命和承受热负荷。

总之，本文提出的一种新的分析固体火箭发动机药柱热老化结构的方法，能够有效地评估其热老化结构及其耐受性，以及热老化过程中药柱结构的变形程度。

随着固体火箭发动机的发展，本文提出的新方法将为固体火箭发动机研究提供有效的指导。

某固体推进剂热加速老化试验与贮存寿命预估
试验步骤：
1.选取适当的固体推进剂样品，例如常用的聚合物固体火箭发动机推
进剂。

2.将样品放入加热箱中，以一定的温度和时间加热，使其发生老化。

3.取出样品，进行物理性质和化学性质的测试，包括显微结构、密度、机械性能、热性能、化学成分等。

4.根据测试结果分析样品老化的程度和特征，进而评估其贮存寿命。

预估方法：
1.基于试验结果，建立推进剂老化模型，探究其老化机理。

2.使用模型对不同贮存条件下的样品进行模拟，预测样品在不同贮存
时间下的老化特征和贮存寿命。

3.结合试验数据，对模拟结果进行修正和验证，提高预估的准确性。

4.根据预估结果，制定合理的储存和使用方案，保证推进剂在储存和
使用过程中的质量稳定和可靠性。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法近年来，固体火箭发动机技术发展迅速，被广泛应用于太空探索、运载火箭和洲际弹道导弹等领域。

随着对火箭发动机性能要求的提高，固体火箭发动机药柱必须具有良好的耐热性能才能保证发动机正常运行。

然而，固体火箭发动机药柱热老化过程的分析和预测仍是一个复杂的问题。

因此，探索一种有效的固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法，对提高固体火箭发动机性能具有重要意义。

首先，固体火箭发动机药柱的热老化是一个复杂的过程，它涉及到药柱中不同结构的变化，例如材料性质、结构和温度等。

因此，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，就必须了解药柱所处环境以及发动机药柱材料在不同温度下的改变。

其次，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，必须建立反映药柱热老化机理的有效模型。

常用的模型有力学模型、化学模型和物理模型等。

例如，力学模型可以有效地揭示药柱的热老化机制，化学模型可以很好地模拟药柱材料在不同环境下的性质改变，物理模型可以准确地预测药柱热老化行为。

此外，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，还需要利用相关实验手段。

通过实验，可以掌握药柱的热老化过程，为后续的模型建立提供准确的实验数据。

例如，可通过热性能实验、压缩实验、冲击实验等方法，获取药柱的热老化特性数据。

最后，要有效分析固体火箭发动机药柱热老化过程，必须进行多项结构设计，以使药柱在热老化过程中稳定。

一般来说，药柱结构设计包括夯实芯片、加强结构、减少热量积累和采用耐热材料等几个方面。

此外，可以采用模型试验或计算机模拟等方法，对药柱进行结构优化，最大限度地提高发动机性能。

综上所述，固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法应包括以下几个步骤：首先，要了解药柱所处环境以及发动机药柱材料在不同温度下的改变；其次，建立反映药柱热老化机理的有效模型；再次，利用实验手段获取药柱的热老化特性数据；最后，进行结构设计和结构优化，使药柱热老化稳定，提高发动机性能。

文章编号:1006-2793(2001)01-0043-03HTPB复合固体推进剂老化损伤的CT研究阳建红,崔学伟,辜　健,陈　飞(第二炮兵工程学院机械力学教研室,西安　710025)摘要:针对HT PB复合固体推进剂老化存在的材料性能劣化问题,采用了计算机层析识别技术研究HT P B复合固体推进剂材料老化损伤,通过HT PB复合固体推进剂损伤的数学模型,定量描述了材料的老化问题,并将其代入推进剂粘弹本构方程,结果表明,老化损伤的粘弹本构方程能够一定程度上描述损伤老化引起的材料劣化问题。

关键词:端羟基聚丁二烯推进剂;计算机辅助断层成像;老化;损伤中图分类号:V512 文献标识码:A1　引言HTPB复合固体推进剂是一种化学不稳定材料,在贮存过程中,由于自身结构和外界作用,内部会发生化学老化及组分扩散[1],这是一个复杂的物理化学过程,影响推进剂力学性能。

因此,研究HT PB复合固体推进剂老化不仅有必要,而且对于固体导弹贮存、使用和延寿有决定性的意义。

研究推进剂老化一般对推进剂试件加速老化后测试其化学结构、力学性能和燃烧性能等。

参考文献[1]从推进剂试件加速老化后其交联度、硬度、力学性能和燃烧性能等方面作了较为系统的实验研究,由于老化涉及面较广,很难确定引起老化的因素并给出其规律。

而损伤力学不考虑引起老化的原因,只通过试验考虑老化的综合效应,其关键是确定表征材料劣化的特征参数——损伤变量。

本文从损伤力学角度出发,应用先进的计算机层析识别技术,通过测试不同老化程度的HT PB复合固体推进剂CT数[2],综合老化的各种因素将引起的变化,用CT数定义损伤变量,即表征材料劣化的特征参数。

2　CT扫描的检测原理 由于不同波长的X射线穿透物质能力不同,不同的物质对同一波长的X射线的吸收能力不同。

用一束已知强度为I0的X射线穿透扫描断面层,并在另一端测得衰减后的光强I,信号源所发出的X射线在物体中穿行应满足的信号衰减方程为d I/d x=- m I0(1)式中 m为被测材料每单位质量的衰减常数,只与材料入射的X射线波长有关; 表示该处的物质密度;d x为光线透射路径的长度微元。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法固体火箭发动机（SRE）的药柱是其中最重要的组成部分之一，其质量和耐久性直接关系到发动机性能的可靠性。

为了保证药柱性能可靠，需要在设计阶段正确评估其热老化结构。

药柱热老化结构分析是用来确定药柱热老化效果的重要方法，它可以有效地模拟火箭发动机在高温高压情况下的发动机热环境，从而提供有效的药柱热老化数据。

二、热老化结构分析方法
1、模拟技术
热老化结构分析方法主要是采用Finite Volume Methos （FVM）技术模拟药柱热老化过程，FVM是一种应变和能量转移技术。

此技术可以将任意复杂的三维热流动和热辐射问题分解为若干三角形元件，并通过解决每个元件中的热流动和热辐射问题，最终得到整个药柱的热老化结构分析结果。

2、药柱的热老化数据
采用FVM技术模拟药柱热老化过程后，可以得到药柱热老化过程中的温度场和速度场，以及任意时刻药柱边界表面外表面温度分布，以及热老化前后药柱几何形状变化情况，这些数据可以用于评估药柱结构的稳定性。

三、结论
固体火箭发动机的药柱是其中重要的组成部分，其质量和耐久性直接影响着发动机的性能和可靠性。

热老化结构分析是一种重要
的方法，可以有效的模拟药柱的热老化过程，定量地分析药柱热老化效果，从而确保其稳定性和可靠性。

本文介绍了热老化结构分析方法，包括模拟技术、得到热老化数据和对热老化结构的结论。

固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法近年来，随着航空航天技术的不断发展，固体火箭发动机已经成为今天航空航天技术的重要组成部分。

固体火箭发动机的成功运行需要药柱的稳定性，而药柱的稳定性受到热老化的影响，其结构性能是热老化程度的直接反映。

因此，研究固体火箭发动机药柱热老化结构分析方法变得越来越重要。

固体火箭发动机药柱热老化指的是在空间运行环境中，药柱受到高温、高压、振动等众多因素的共同影响，因而产生的结构失效。

药柱热老化可以分为晶界扩散热老化和金相热老化两种。

在晶界扩散热老化过程中，由于空间环境的持续影响，药柱的晶体结构发生改变，使物理性质发生变化，影响药柱的热稳定性和机械强度。

而在金相热老化过程中，当高温下药柱的相互作用发生变化，金属的晶体结构发生变化，导致药柱表面的化学结构及性质发生改变，影响药柱的热老化程度。

因此，固体火箭发动机药柱热老化结构分析，尤其是金相热老化和晶界扩散热老化的研究已经成为国内外研究者热衷的研究课题之一。

首先，使用扫描电子显微镜(SEM)来分析固体火箭发动机药柱的热老化结构。

由于药柱热老化过程中的微观变形，药柱的结构会发生变化，使药柱表面的显微图像发生变化，反映出不同程度的热老化结构。

通过比较分析，可以准确地评估药柱热老化程度。

其次，使用X射线衍射仪(XRD)分析药柱在热老化过程中晶体结构的变化。

XRD采用X射线能谱仪来研究药柱中特定晶体的结构变化，从而可以提供有关金属晶体结构的详细信息，如晶格参数、晶格缺陷种类和数量等，有助于评估药柱的热老化程度。

此外，还可以使用X光透射电子显微镜(TEM)来研究药柱在热老化过程中的结构变化。

TEM技术可以获得非常详细的结构信息，以反映金属晶体中微观特性的变化，如晶体结构变形、晶界形状及形状等，并可以提供固体火箭发动机药柱热老化结构变化的详细信息。

最后，借助微观分析技术，可以研究固体火箭发动机药柱热老化过程中的晶界扩散机制。

通过使用微观分析技术，可以获得关于温度、压力和时间对固体火箭发动机药柱热老化过程的影响的详细信息，并研究药柱在热老化过程中的结构变化。