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《北京理工大学》 2016年
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基于微损检测的固体火箭发动机整机加速试验方法研究

王庆云  
【摘要】:发动机装药与推进剂方坯在自然贮存和加速老化过程中存在诸多的差异,采用方坯试件预测得到的结果往往与实际发动机寿命存在很大差异,因此固体火箭发动机整机加速老化试验对于发动机寿命预估具有重要意义。鉴于整机加速老化时无法对小尺寸发动机装药在内部取样进行测试,基于微损检测的固体火箭发动机整机加速老化试验方法研究可为开展小尺寸发动机寿命预估提供重要的技术支撑。调研了各种可用的微损检测参数及其对应的传统老化参数,并根据实际情况选择了凝胶含量、二茂铁含量以及溶胶红外特性作为待选的微损检测参数。设计了微损检测参数与老化表征参数试验和方坯加速老化试验,为获得微损检测参数与传统老化参数之间的关系和整机加速老化参数奠定了基础。进行了微损检测参数与传统老化参数关联性分析,结果显示,二茂铁含量与燃速之间有着明显的线性关系,可以用二茂铁含量来表征燃速;溶胶红外特性能在一定程度上表征推进剂的老化过程,但是与力学性能之间关系不明显;凝胶含量与最大延伸率之间有着明显的线性关系,采用凝胶含量作为微损表征参数,并建立起了两者之间的经验模型。针对方坯加速老化试验最大延伸率出现的后期增大的异常情况,分析了湿度在加速老化过程中对力学性能结果的影响,一定范围内的湿度在加速老化过程中的“增塑效应”能引起最大延伸率变大。在工程应用中,如果在高湿气候时间较长的地区进行HTPB推进剂高温加速老化试验时,应尽量控制保温箱的湿度条件和设计合理的推进剂样品布置方案,避免出现局部湿气积聚对力学性能测试结果的影响。利用最大延伸率作为老化表征参数,排除了异常数据的干扰后计算得到了整机加速老化试验的各种参数。将自然老化一段时间的发动机取得的凝胶含量经经验模型转换为最大延伸率的值,并与65℃条件下方坯加速老化试验所测得的最大延伸率的值归一化之后,放在同一坐标系中进行比较,结果发现自然取样所得最大延伸率的值与方坯加速老化的结果具有很好的统一性,这验证了老化参数和经验模型的合理性。以方坯加速老化得到的整机加速老化参数进行了整机加速老化试验,按照等效一年的时间取样得到的凝胶含量结果。将得到的凝胶含量转换为最大延伸率,利用该结果计算得到性能下降速率,与方坯得到的结果进行对比,按比例对方坯加速老化得到的整机加速老化参数进行了修正。
【关键词】:固体火箭发动机 微损检测 整机加速老化试验方法 寿命预估
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V435
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-11
  • 第1章 绪论11-18
  • 1.1 本文研究的背景及意义11-12
  • 1.2 相关领域研究及其进展12-15
  • 1.2.1 老化机理研究12
  • 1.2.2 表征参数分析12-13
  • 1.2.3 对于老化模型修正研究13-14
  • 1.2.4 关于整机加速老化试验方法的研究14-15
  • 1.3 本文的主要工作15-16
  • 1.4 研究总体思路16-18
  • 第2章 试验方法及试验条件18-27
  • 2.1 试验方案研究18-21
  • 2.1.1 问题的提出18-19
  • 2.1.2 传统老化参数及微损检测参数的选取19-20
  • 2.1.3 关联性试验方案的确定20-21
  • 2.2 推进剂方坯加速老化试验方法21-23
  • 2.2.1 主要原材料21
  • 2.2.2 试验仪器设备21
  • 2.2.3 推进剂方坯加速老化条件21-23
  • 2.2.4 单轴拉伸力学性能测试23
  • 2.3 微损检测参数试验方法23-26
  • 2.3.1 主要试剂与仪器23-24
  • 2.3.2 凝胶含量测试24-25
  • 2.3.3 燃速及二茂铁含量测试25
  • 2.3.4 溶胶红外试验方法25-26
  • 2.4 本章总结26-27
  • 第3章 微损检测参数与传统老化参数关联性分析27-36
  • 3.1 燃速与二茂铁含量关联性分析27-29
  • 3.1.1 二茂铁含量与燃速经验模型的建立27-28
  • 3.1.2 燃速及二茂铁含量试验结果28-29
  • 3.2 最大延伸率与凝胶含量29-32
  • 3.2.1 最大延伸率测试结果29-30
  • 3.2.2 凝胶含量试验结果30-31
  • 3.2.3 最大延伸率与凝胶含量关联性分析31-32
  • 3.3 溶胶红外特性与力学性能32-35
  • 3.3.1 溶胶红外试验结果32-33
  • 3.3.2 溶胶红外特性与力学性能关联性探讨33-35
  • 3.4 本章总结35-36
  • 第4章 试验数据处理36-57
  • 4.1 力学性能测试结果36-37
  • 4.1.1 抗拉强度试验结果36-37
  • 4.1.2 初始模量试验结果37
  • 4.2 最大延伸率试验异常结果处理37-47
  • 4.2.1 最大延伸率异常结果38-39
  • 4.2.2 异常原因分析39-43
  • 4.2.3 影响机理讨论43-47
  • 4.3 老化表征参数计算及寿命预估47-52
  • 4.3.1 老化模型47-50
  • 4.3.2 模型求解及寿命计算50-52
  • 4.4 转化率法52-55
  • 4.4.1 转化率的测定52-54
  • 4.4.2 模型求解54-55
  • 4.5 本章小结55-57
  • 第5章 发动机整机加速老化试验57-65
  • 5.1 方坯加速试验所确定参数57-58
  • 5.1.1 加速温度57
  • 5.1.2 活化能及加速因子57-58
  • 5.1.3 试验时间58
  • 5.2 对整机加速老化试验参数的修正58-63
  • 5.2.1 自然取样59-61
  • 5.2.2 整机加速老化对参数的修正61-63
  • 5.3 整机加速老化试验补充条件63-64
  • 5.4 本章小结64-65
  • 总结与展望65-67
  • 参考文献67-70
  • 攻读学位期间发表论文与研究成果清单70-71
  • 致谢71

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