一種基于自重誘發(fā)壓力條件下nepe推進(jìn)劑貯存壽命的預(yù)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于火炸藥技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及自重誘發(fā)壓力條件下NEPE推進(jìn)劑裝藥貯 存壽命的預(yù)估方法，尤其涉及承受一定自重壓力的NEPE推進(jìn)劑，經(jīng)過不同溫度的加速試驗(yàn) 后，以拉伸強(qiáng)度作為失效參量評(píng)定NEPE推進(jìn)劑的貯存壽命。
【背景技術(shù)】
[0002] 硝酸酯增塑的聚醚推進(jìn)劑（NEPE推進(jìn)劑）是美國于上世紀(jì)70年代末、80年代初 發(fā)展起來的新一代固體推進(jìn)劑，這種推進(jìn)劑綜合了雙基推進(jìn)劑和復(fù)合推進(jìn)劑的優(yōu)點(diǎn)，是目 前能量性能和力學(xué)性能優(yōu)異的新型推進(jìn)劑，代表著高能固體推進(jìn)劑的發(fā)展方向。NEPE推進(jìn) 劑作為一種以高聚物粘合劑為彈性基體、摻雜有氧化劑和金屬燃料等組分的復(fù)合材料，在 長貯過程中會(huì)發(fā)生緩慢的物理、化學(xué)變化，導(dǎo)致能量、力學(xué)、燃燒等性能發(fā)生變化，影響固體 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、可靠性及貯存壽命。目前，重量為幾百公斤的NEPE推進(jìn)劑多為大尺 寸裝藥，位于底部的裝藥承受極大的壓力，這種自重載荷會(huì)導(dǎo)致裝藥力學(xué)性能下降、藥柱破 裂，同時(shí)使分解產(chǎn)生的自催化氣體不易逸出，嚴(yán)重影響大尺寸NEPE推進(jìn)劑的安全使用和貯 存壽命。與此同時(shí)，雙基推進(jìn)劑采用安定劑含量降至50%作為安全貯存壽命終點(diǎn)，復(fù)合推進(jìn) 劑以力學(xué)性能失效為關(guān)鍵參量，已分別建立了加速壽命試驗(yàn)方法，而NEPE推進(jìn)劑的加速壽 命試驗(yàn)?zāi)壳爸贿M(jìn)行了單溫度應(yīng)力的壽命預(yù)估研宄，未考慮自重產(chǎn)生的誘發(fā)壓力對(duì)NEPE推 進(jìn)劑貯存壽命的影響。因此，在承受一定自重壓力的NEPE推進(jìn)劑貯存過程中，在考慮自重 載荷的情況下，很有必要建立NEPE推進(jìn)劑壽命評(píng)估方法，為推進(jìn)劑的設(shè)計(jì)、貯存和使用時(shí) 的可靠性和安全性提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 大尺寸NEPE推進(jìn)劑裝藥在長期貯存過程中，位于底部的裝藥承受極大的壓力，這 部分裝藥在長貯過程中一方面高聚物緩慢降解，引起力學(xué)性能降低，另一方面自重載荷作 用下發(fā)生力學(xué)松弛，力學(xué)性能降低。針對(duì)大尺寸NEPE推進(jìn)劑貯存過程中存在的問題，本發(fā) 明提供一種可模擬大尺寸NEPE推進(jìn)劑貯存時(shí)承受的自重載荷，以拉伸強(qiáng)度作為力學(xué)老化 特征參量，評(píng)定大尺寸NEPE推進(jìn)劑裝藥的貯存期限的方法。該方法根據(jù)力學(xué)性能老化變化 的規(guī)律性，結(jié)合老化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，提出以拉伸強(qiáng)度為特征參量，采用不同溫度加速試驗(yàn) 的方法，評(píng)定承受一定自重載荷NEPE推進(jìn)劑裝藥貯存壽命的方法。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：
[0005] -種基于自重誘發(fā)壓力條件下NEPE推進(jìn)劑貯存壽命的預(yù)估方法，其特征在于：
[0006] 1.開展恒定應(yīng)力載荷下不同溫度的加速試驗(yàn)
[0007] ①根據(jù)裝藥質(zhì)量，制作恒定壓力載荷下NEPE推進(jìn)劑加速老化試驗(yàn)件
[0008] 試驗(yàn)所用壓力加載裝置由3部分組成：支撐單元、壓力加載單元、樣品盒裝置。
[0009] 支撐單元由底座、墊塊、支架、立柱、大固定螺母組成。立柱安裝于底座上，用于支 撐和固定壓力加載單元的蓋板；支架安裝于底座中央，用于固定加載單元的加壓柱。墊塊位 于樣品盒底部，便于緊固卡安裝。
[0010] 壓力加載單元由蓋板、立柱孔、導(dǎo)向柱孔、導(dǎo)向柱、彈簧、加壓柱組成。加壓柱底面 位于樣品盒上方，導(dǎo)向柱底面位于加壓柱上端面，標(biāo)定好彈性系數(shù)的彈簧安裝于導(dǎo)向柱上。 蓋板的立柱孔裝配于立柱上，使蓋板作用于彈簧上，同時(shí)導(dǎo)向柱安裝于蓋板導(dǎo)向柱孔內(nèi)。
[0011] 樣品盒裝置由樣品盒、樣品盒蓋板、樣品、樣品盒底板、緊固卡、螺釘、小固定螺 母、排氣孔、螺釘孔組成。樣品盒底板位于樣品盒內(nèi)底部，樣品裝在樣品盒內(nèi)，樣品盒蓋板位 于樣品盒內(nèi)上部，樣品盒側(cè)面開有排氣孔，便于裝藥老化釋放氣體，防止過渡累積導(dǎo)致自催 化反應(yīng)過于強(qiáng)烈而引發(fā)燃燒爆炸等安全事故。緊固卡分別位于樣品盒上下，緊固卡兩端分 別有兩個(gè)螺釘孔，用螺釘通過螺釘孔和小固定螺母進(jìn)行螺接，用于緊固樣品盒底板和蓋板， 使樣品保持恒定壓力。
[0012] 制作試驗(yàn)件流程：NEPE推進(jìn)劑制作成坯藥或試片。樣品盒底板置于樣品盒底部， 試樣方坯藥塊或試片裝入樣品盒，蓋上樣品盒蓋板。緊固卡配合螺釘固定樣品盒底板和蓋 板，作為預(yù)制試件。將預(yù)制試件放在壓力加載單元加壓柱下端面，根據(jù)模擬載荷重量彈簧彈 性系數(shù)計(jì)算絕對(duì)形變量，對(duì)蓋板施加壓力，以獲得制定壓力。壓力通過彈簧及加壓柱將壓力 傳導(dǎo)給樣品盒蓋板，進(jìn)而作用于推進(jìn)劑試樣，達(dá)到預(yù)定壓力之后，停止加壓，并通過緊固卡 配合螺釘緊固樣品盒底板和蓋板，制成試驗(yàn)件。
[0013] ②單溫度應(yīng)水平溫度加速壽命試驗(yàn)
[0014] 試驗(yàn)件放到50°C~85°C范圍內(nèi)一恒定溫度的安全型恒溫水浴試驗(yàn)箱中加速老 化。
[0015] 按時(shí)間間隔取出試驗(yàn)件，自然冷至室溫后，從壓力加載裝置取出帶有緊固卡的樣 品盒，置于防靜電塑料袋內(nèi)密封保管。每個(gè)溫度壓力應(yīng)力水平組合取樣完成后，取出樣品盒 中的試樣，進(jìn)行相關(guān)性能測試。
[0016] 2. NEPE推進(jìn)劑裝藥老化過程性能變化規(guī)律
[0017] 通過熱加速老化試驗(yàn)，獲得恒定壓力單一溫度條件下各種性能隨老化時(shí)間的變化 規(guī)律。
[0018] ①能量性能：爆熱隨老化時(shí)間的變化規(guī)律
[0019] 能量性能按照"GJB 772A-97方法701. 1絕熱法"測定爆熱。
[0020] ②靜態(tài)力學(xué)性能：抗張強(qiáng)度/延伸率隨老化時(shí)間的變化規(guī)律
[0021] 力學(xué)性能按照"GJB770B-2005413. 1最大抗壓強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度、最大伸長率和斷裂 伸長率單向拉伸法"測量啞鈴型老化試樣的抗張強(qiáng)度/延伸率。
[0022] ③燃燒性能：燃速隨老化時(shí)間的變化規(guī)律
[0023] 按照"GJB 770B-2005方法706. 1靶線法"測定NEPE試樣燃速。
[0024] ④安定性：安定劑含量隨老化時(shí)間的變化規(guī)律
[0025] 按照"GJB 770B-2005方法210. 1中定劑溴化法"測定NEPE濕熱老化試樣的安定 劑含量。
[0026] 3.確定NEPE推進(jìn)劑裝藥失效模式
[0027] 對(duì)比溫度-壓力載荷作用下NEPE推進(jìn)劑老化性能退化規(guī)律，力學(xué)性能拉伸強(qiáng)度、 延伸率變化最為顯著，是NEPE推進(jìn)劑的主要失效模式。拉伸強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律適 合作為失效參量。
[0028] 4.多溫度應(yīng)力水平加速壽命試驗(yàn)預(yù)估NEPE推進(jìn)劑裝藥壽命
[0029] 分別開展4種溫度溫度加速壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)件放到50°C~85°C安全型恒溫水浴試 驗(yàn)箱中加速老化。按時(shí)間間隔取出試驗(yàn)件，自然冷至室溫后，從壓力加載裝置取出帶有緊固 卡的樣品盒，置于防靜電塑料袋內(nèi)密封保管。每個(gè)溫度壓力應(yīng)力水平組合取樣完成后，取出 樣品盒中的試樣，進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測試。
[0030] 通過四個(gè)溫度應(yīng)力水平下的加速試驗(yàn)，獲得拉伸強(qiáng)度變化規(guī)律，采用貝瑟洛特方 程預(yù)估NEPE推進(jìn)劑的貯存壽命，貝瑟洛特方程如下：
[0031] T = A+B log τ (I)
[0032] 式中：T--加熱溫度，°C ;
[0033] τ 存時(shí)間，天；
[0034] A、B--系數(shù)。
[0035] 本發(fā)明的基于自重誘發(fā)壓力條件下NEPE推進(jìn)劑貯存壽命的預(yù)估方法，有益效果 體現(xiàn)在以下幾方面：
[0036] (1)針對(duì)大尺寸NEPE推進(jìn)劑裝藥，提供了一種加載恒定應(yīng)力模擬自重載荷進(jìn)行熱 加速老化的方法。
[0037] (2)提出了一種溫度-恒定壓力雙應(yīng)力作用下獲得NEPE推進(jìn)劑裝藥失效參量的方 法。
[0038] (3)提出采用拉伸強(qiáng)度作為模擬NEPE推進(jìn)劑自重載荷作用下熱加速老化的失效 參量，預(yù)估推進(jìn)劑IC存壽命。
【附圖說明】
[0039] 圖1壓力加載裝置示意圖。
[0040] 1-底座，2-墊塊，3-支架，4-樣品盒，5-立柱，6-加壓柱，7-導(dǎo)向柱，8-彈簧，9-蓋 板，1〇 _大固定螺母，11_緊固卡，12-樣品盒蓋板，13-樣品，14-排氣孔，15-樣品盒底板。
[0041] 圖2蓋板示意圖。
[0042] 16-立柱孔，17-導(dǎo)向柱孔。
[0043] 圖3樣品盒裝配不意圖。
[0044] 18-螺釘，19-小固定螺母。
[0045] 圖4樣品盒裝配剖面示意圖。
[0046] 圖5樣品盒底板不意圖。
[0047] 圖6樣品盒蓋板示意圖。
[0048] 圖7緊固卡示意圖。
[0049] 20-螺釘孔。
[0050] 圖8最大抗拉強(qiáng)度變化率和時(shí)間的