羅濤　陳芳　宋文

摘 要：對(duì)固體推進(jìn)劑的老化性能進(jìn)行深入研究和分析，對(duì)固體推進(jìn)劑的安全儲(chǔ)存壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，有助于彈藥的安全儲(chǔ)存。本文首先對(duì)固體推進(jìn)劑老化性能進(jìn)行研究，然后闡述了固體推進(jìn)劑研究對(duì)計(jì)算機(jī)模擬方法的運(yùn)用，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：固體推進(jìn)劑；老化性能；研究進(jìn)展

1 固體推進(jìn)劑儲(chǔ)存壽命的有效預(yù)測(cè)

到目前為止，在對(duì)推進(jìn)劑的儲(chǔ)存壽命進(jìn)行預(yù)估時(shí)，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)專家均選用半經(jīng)驗(yàn)公式，將Arrhenius方程作為主要工具，將溫度、時(shí)間和固體推進(jìn)劑之間的關(guān)系作為主要依據(jù)，對(duì)一種較為合適的性能評(píng)定參數(shù)進(jìn)行選取，如凝膠百分?jǐn)?shù)、強(qiáng)度、延伸率、模量等，以對(duì)固體推進(jìn)劑的儲(chǔ)存壽命預(yù)估模型進(jìn)行構(gòu)建，對(duì)固體推進(jìn)劑的儲(chǔ)存壽命進(jìn)行預(yù)估，最后可靠性分析固體推進(jìn)劑預(yù)估的儲(chǔ)存壽命。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，眾多科研人員的不斷努力，到目前為止，我國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)不少新型固體推進(jìn)劑儲(chǔ)存壽命的預(yù)估模型，對(duì)預(yù)估精度進(jìn)行了有效提高，具有越來(lái)越高的使用價(jià)值。例如，華路等人通過(guò)有效結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法，構(gòu)建出遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以對(duì)固體推進(jìn)劑的力學(xué)性能進(jìn)行有效預(yù)估，通過(guò)對(duì)這種模型進(jìn)行運(yùn)用，對(duì)某一種固體推進(jìn)在各種不同的時(shí)間、濕度、溫度下的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、延伸率進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，研究結(jié)果為這種新模型能夠較為準(zhǔn)確預(yù)估固體推進(jìn)劑的儲(chǔ)存壽命，具有較強(qiáng)的泛化能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果能夠是比較一致的，這對(duì)研究固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性課題來(lái)說(shuō)是非常有用的。針對(duì)環(huán)境條件和固體推進(jìn)劑力學(xué)性能之間存在的復(fù)雜關(guān)系，通過(guò)運(yùn)用新型預(yù)估模型能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效模擬，這種模型的預(yù)估精度比較高，無(wú)需進(jìn)行大量試樣，適用規(guī)模大，研究周期時(shí)間比較短，有助于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的進(jìn)一步研究。

2 固體推進(jìn)劑老化性能的研究

2.1 固體推進(jìn)劑的老化機(jī)理

固體推進(jìn)的老化機(jī)理，包括兩種類(lèi)型，即化學(xué)老化、物理老化。其中，化學(xué)老化，就是指在固體推進(jìn)進(jìn)進(jìn)行儲(chǔ)存過(guò)程中，推進(jìn)劑內(nèi)部組分自動(dòng)出現(xiàn)一些化學(xué)反應(yīng)和變化，包括黏合劑的氧化交聯(lián)、后固化、熱分解、水解等；物理老化，就是指在固體推進(jìn)劑在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生物理性質(zhì)變化的規(guī)律，包括增塑劑的遷移、晶組分的晶析、襯層和推進(jìn)劑之間的脫黏等。固體劑在發(fā)生老化現(xiàn)象以后，自身的化學(xué)安定性和能量會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象，進(jìn)而不能夠滿足使用要求，不再具備使用價(jià)值，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，如果運(yùn)用老化的藥柱，常常會(huì)發(fā)生安全事故。通過(guò)深入研究在最近幾年關(guān)于固體推進(jìn)劑老化機(jī)理的研究結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，固體推進(jìn)劑因受多種不同因素的影響，包括應(yīng)力狀態(tài)、儲(chǔ)存環(huán)境等，隨著時(shí)間的推移，固體推進(jìn)劑的個(gè)組分便會(huì)發(fā)生化學(xué)老化或者物理老化反映，導(dǎo)致固體推進(jìn)劑的結(jié)構(gòu)合組分發(fā)生變化，降低化學(xué)安定性，無(wú)法滿足使用指標(biāo)要求。

2.2 固體推進(jìn)老化性能的影響因素

固體推進(jìn)劑老化性能的內(nèi)部影響因素主要取決于固體推進(jìn)自身的力學(xué)性能、組成、結(jié)構(gòu)。劉雪等人通過(guò)選用減量法，通過(guò)進(jìn)行不同溫度下的熱老化試驗(yàn)，對(duì)4種不同配方HTPB推進(jìn)劑的熱安定性的變化規(guī)律進(jìn)行了深入研究，研究表明，不同配方的HTPB推進(jìn)劑，其熱安定性規(guī)律、特征分解規(guī)律都是比較類(lèi)似的，這對(duì)HTPB推進(jìn)劑庫(kù)房?jī)?chǔ)存性能的預(yù)估來(lái)說(shuō)，具有非常高的參考價(jià)值和利用價(jià)值。

固體推進(jìn)劑老化性能的外部影響因素，包括環(huán)境濕度、環(huán)境溫度等。朱慧等人將某一種固體推進(jìn)劑加速老化性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為主要依據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)兩步回歸、整體預(yù)測(cè)法等方法進(jìn)行選用，對(duì)分別在15℃和20℃下的推進(jìn)劑儲(chǔ)存壽命進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，研究結(jié)果表明，固體推進(jìn)劑的儲(chǔ)存壽命在環(huán)境溫度的小規(guī)模變化情況下受到的影響是非常顯著的。

3 固體推進(jìn)劑研究對(duì)計(jì)算機(jī)模擬方法的運(yùn)用

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用有關(guān)基本原理所構(gòu)建出來(lái)的一套數(shù)學(xué)模型和算法，以能夠?qū)侠淼姆肿有袨椤⒎肿咏Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的方法，極為計(jì)算機(jī)模擬。對(duì)于分子模擬，它不但能夠?qū)Ψ肿芋w系的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行有效模擬，而且能夠?qū)Ψ肿拥撵o態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效模擬。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，在其他相關(guān)領(lǐng)域中，也廣泛使用了分子模擬技術(shù)，包括高分子材料學(xué)、無(wú)機(jī)材料的研發(fā)等。在最近幾年中，人們?cè)谏钊胙芯亢蠊腆w推進(jìn)的微觀方面相關(guān)內(nèi)容時(shí)，越來(lái)越青睞于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，他們希望能夠通過(guò)利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，以對(duì)固體推進(jìn)劑老化行為進(jìn)行有效解釋和說(shuō)明。姚軍等人將化學(xué)方法理論作為主要依據(jù)，對(duì)半經(jīng)驗(yàn)算法進(jìn)行有效結(jié)合，深入計(jì)算了氣相狀態(tài)的硝酸異丙酷分別在堿性條件和熱分解條件中的水解路徑和反應(yīng)機(jī)理，同時(shí)和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了比較，研究后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)利用量化方法，可以對(duì)推進(jìn)劑的分解路徑進(jìn)行有效預(yù)測(cè)和計(jì)算。針對(duì)固體推進(jìn)劑在存儲(chǔ)過(guò)程產(chǎn)生的老化現(xiàn)象，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，人們能夠從微觀層面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)解釋，進(jìn)而能夠有效聯(lián)系固體推進(jìn)進(jìn)的微觀現(xiàn)象和宏觀化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，能夠?qū)ξ⒂^反應(yīng)路徑進(jìn)行有效構(gòu)建，對(duì)反映中間過(guò)程進(jìn)行有效推演，能夠更為深入研究固體推進(jìn)進(jìn)行發(fā)生的多種反映現(xiàn)象，對(duì)未知反應(yīng)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。

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