孔令澤，董可海，唐巖輝，賴帥光，曲彥宇

（1.海軍航空大學(xué) 岸防兵學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001；2.海軍航空大學(xué) 航空基礎(chǔ)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001）

1 引言

硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推進(jìn)劑是當(dāng)前高能、低特征信號(hào)固體推進(jìn)劑研制和使用的重點(diǎn)，在長(zhǎng)期貯存過程中，容易受多種因素的影響發(fā)生老化，進(jìn)而影響固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。因此，對(duì)推進(jìn)劑的貯存壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估，對(duì)于保證所在武器裝備的作戰(zhàn)效能并進(jìn)行合理的戰(zhàn)略規(guī)劃具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行固體推進(jìn)劑壽命預(yù)估研究的主要方法是以高溫?zé)峒铀倮匣瘜?shí)驗(yàn)和Arrhenius、Berthelot 等方程為基礎(chǔ)，通過線性、指數(shù)和對(duì)數(shù)三種老化模型進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算［1-5］。陳捷等［6］分別以0.05%與0.1%的分解深度，基于Berthelot 方程，對(duì)多種炸藥在不同溫度下的貯存壽命進(jìn)行了對(duì)比，探究了在利用布氏壓力計(jì)評(píng)估炸藥壽命時(shí)，不同分解深度產(chǎn)生差異的原因。Celina、Bematein 與陳西戰(zhàn)等［2，7-8］基于以上思路對(duì)相關(guān)推進(jìn)劑貯存壽命進(jìn)行了預(yù)估。王國(guó)強(qiáng)等［9］通過四種溫度（55、65、75、85 ℃）下的老化實(shí)驗(yàn)得到了丁羥推進(jìn)劑最大延伸率變化數(shù)據(jù)，采用Berthelot 方程求得了丁羥推進(jìn)劑的貯存壽命。Gillen，Ei-mazrt 等［10-13］基于實(shí)驗(yàn)分析，采用相關(guān)數(shù)學(xué)模型對(duì)Arrhenius、Berthelot等基本方程進(jìn)行了修正。陳海建等［14］將Arrhenius 方程修正為三參數(shù)表達(dá)式，以建立活化能與貯存溫度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，結(jié)果表明這種方法減小了近10%的誤差。傅惠民等［15］則將整體預(yù)測(cè)方法和兩步回歸分析法引入到壽命預(yù)估數(shù)學(xué)模型中。張昊等［16］建立了固體推進(jìn)劑線性活化能壽命預(yù)估法，通過與Arrhenius 等方法以及實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，證明了該方法的可靠性。為使實(shí)驗(yàn)條件更加接近貯存實(shí)際，研究者在高溫?zé)峒铀倮匣瘜?shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了熱力耦合、濕熱耦合等一系列新的老化實(shí)驗(yàn)，而貯存壽命預(yù)估模型也隨之不斷改進(jìn)。張昊等［17］通過NEPE 推進(jìn)劑在定載荷、定應(yīng)變條件下的老化特征數(shù)據(jù)建立了四參數(shù)預(yù)估模型。鄒思斯等［18］建立了線性-指數(shù)融合二元回歸模型用于熱力耦合實(shí)驗(yàn)中端羥基聚丁二烯（HTPB）推進(jìn)劑貯存壽命的預(yù) 估。Bertrand［19］提出赤池信息準(zhǔn)則（Akaike Information Criterion，AIC）、貝葉斯信息準(zhǔn)則（Bayesian Information Criterions，BIC）對(duì)推進(jìn)劑的壽命預(yù)估進(jìn)行分段處理，以適應(yīng)濕熱老化條件。綜合而言，當(dāng)前提出的眾多固體推進(jìn)劑壽命預(yù)估模型，均是以力學(xué)、活化能、凝膠百分?jǐn)?shù)等傳統(tǒng)老化特征數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。在實(shí)際中，此類數(shù)據(jù)的獲取均需采用對(duì)原始固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱人工取樣檢測(cè)的方式，取樣過程繁瑣，且會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱帶來一定的破壞，而基于推進(jìn)劑貯存過程中氣體成分的無損型性能檢測(cè)方法，雖然更為安全高效，但受限于氣體傳感器等技術(shù)手段的限制，目前國(guó)內(nèi)外均處于起步階段，僅有Sandia實(shí)驗(yàn)室［20］、TNO Prins-Maurits 研究室［21］等少數(shù)單位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱老化過程中的NO2、O2等氣體成分進(jìn)行了一定的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，但并未基于此進(jìn)一步提出相應(yīng)的無損型壽命預(yù)估模型。

為此，鑒于NEPE 推進(jìn)劑老化過程中釋放的特征氣體變化與主要成分之間的密切關(guān)系［22］，本研究通過高溫?zé)峒铀倮匣?、氣體含量監(jiān)測(cè)、單向拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，對(duì)推進(jìn)劑的老化性能特征參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用相關(guān)性分析方法和貯存壽命預(yù)估模型，提出一種以特征氣體釋放量為基礎(chǔ)參數(shù)的無損型壽命預(yù)估模型。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 推進(jìn)劑配方與定應(yīng)變夾的制備

用于性能測(cè)試與分析的NEPE 推進(jìn)劑的組分主要包括高氯酸銨（Ammonium Perchlorate，AP）、奧克托今（Cyclotetramethylenete-tranitramine，HMX）、鋁（Aluminum，Al）、聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）、硝酸甘油/丁三醇三硝酸酯（Nitroglycerin/1，2，4-Butanetriol Trinitrate，NG/BTTN）與其他添加劑，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為18%、34.5%、18%、6.5%、19%與4%，采用的試樣為沿推進(jìn)劑澆注方向切成的標(biāo)準(zhǔn)啞鈴型試件。

通過田俊良等［23］提出的推進(jìn)劑藥柱立式貯存應(yīng)變有限元計(jì)算方法對(duì)NEPE 推進(jìn)劑型藥柱分析得出，在重力和溫度耦合作用下藥柱熱應(yīng)變最大值約為10%，且絕大部分區(qū)域?yàn)榕c澆注方向相切的壓縮型區(qū)域。為使NEPE 推進(jìn)劑試樣更加符合推進(jìn)劑的實(shí)際貯存情況，設(shè)計(jì)了NEPE 推進(jìn)劑壓縮型定應(yīng)變夾以對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)試樣施加與澆注方向相切的10%壓縮定應(yīng)變，NEPE 壓縮型定應(yīng)變夾如圖1 所示，實(shí)驗(yàn)過程中通過調(diào)整應(yīng)變調(diào)節(jié)桿獲得10%定壓縮應(yīng)變值。

圖1 壓縮應(yīng)變夾設(shè)計(jì)圖與實(shí)物圖Fig.1 Compressive strain clamp

2.2 熱加速老化實(shí)驗(yàn)

NEPE 推進(jìn)劑熱加速貯存老化實(shí)驗(yàn)參考QJ2328A-2005 進(jìn)行：

（1）每個(gè)鋁箔密封實(shí)驗(yàn)袋中放置8 個(gè)啞鈴型試件，總質(zhì)量為（208±2）g，進(jìn)行抽真空處理；

（2）實(shí)驗(yàn)用恒溫箱為GWXT-9148A 型，老化溫度的設(shè)置參照規(guī)定選取50、60、65 和70 ℃為熱加速貯存老化實(shí)驗(yàn)的老化溫度；

（3）四種溫度條件下的傳統(tǒng)老化性能參數(shù)測(cè)定取樣時(shí)間點(diǎn)如表1 所示，取樣時(shí)間間隔根據(jù)推進(jìn)劑的老化性能而定，高溫下時(shí)間間隔短，低溫下時(shí)間間隔長(zhǎng)，取樣時(shí)間點(diǎn)單位為天（d）。

表1 四種老化溫度性能采樣點(diǎn)Table 1 Performance sampling time point at four temperatures d

2.3 單向拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用WDW-100D111 型電子拉伸機(jī)測(cè)試試樣的最大抗拉強(qiáng)度σm、最大延伸率εm，測(cè)試參照QJ924-85 中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，測(cè)試溫度為（25±2）℃，相對(duì)濕度≤70%，拉伸速率100 mm·min-1，每個(gè)熱老化實(shí)驗(yàn)溫度下的取樣點(diǎn)取5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)啞鈴型試件進(jìn)行測(cè)試，將5 個(gè)試件最大抗拉強(qiáng)度σm、最大延伸率εm的平均值視為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)溫度取樣點(diǎn)下推進(jìn)劑的最大抗拉強(qiáng)度、最大延伸率。

2.4 特征氣體含量監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)

選取HCl、NO、CO 作為特征氣體進(jìn)行含量監(jiān)測(cè)，分子模擬結(jié)果與氣體監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，HCl 與AP 分解有關(guān)，NO 與NG、BTTN、HMX 的熱分解相關(guān)，CO 與粘合劑、固化體系、NG、BTTN、HMX 的分解存在內(nèi)在關(guān)系［24-26］。對(duì)老化試驗(yàn)樣品釋放氣體的采樣與測(cè)量過程分別如圖2a 與圖2b 所示，監(jiān)測(cè)時(shí)間與高溫?zé)峒铀倮匣瘜?shí)驗(yàn)取樣時(shí)間相同，采用針筒注射器對(duì)推進(jìn)劑老化生成的氣體進(jìn)行采樣（圖2a），并讀取相應(yīng)的氣體體積值，隨后選用PGM-6208 泵吸式氣體檢測(cè)儀對(duì)特征氣體進(jìn)行濃度測(cè)試（圖2b），特征氣體含量值的計(jì)算方法如式（1）所示，每個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)采樣五組數(shù)據(jù)計(jì)算其平均值。三種特征氣體傳感器的測(cè)量范圍與精度值分別為：HCl（0-1000，0.1）、NO（0-1000，0.01）、CO（0-5000，0.01），單位均為mg·kg-1。

圖2 特征氣體采樣與測(cè)量Fig.2 Characteristic gas sampling and measurement

式中，A為氣體質(zhì)量，μg；C為氣體濃度值，mg·kg-1；M為氣體相對(duì)分子質(zhì)量；V為氣體體積，mL；大氣壓強(qiáng)均為1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

以下為兩個(gè)與特征氣體含量監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的參數(shù)的定義：

（1）氣體含量百分比Bi：表示同一溫度下，第i個(gè)采樣點(diǎn)的氣體質(zhì)量Ai與當(dāng)前溫度下最后一個(gè)采樣點(diǎn)氣體質(zhì)量Aend的百分比值，無量綱；

（2）平均質(zhì)量釋放量Q：表示單位質(zhì)量的NEPE 推進(jìn)劑釋放的某氣體質(zhì)量，μg·g-1。

3 結(jié)果與討論

3.1 準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖3 分別為通過單向拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)得到的四種老化溫度條件下的NEPE 推進(jìn)劑最大抗拉強(qiáng)度σm和最大延伸率εm隨時(shí)間的變化曲線。根據(jù)圖3 中σm的變化規(guī)律，將整個(gè)老化過程劃分為三個(gè)階段：第一階段為老化初期，50，60，65，70 ℃分別對(duì)應(yīng)（0～35）、（0～15）、（0～9）和（0～3）d，老化初期σm小幅增大；第二階段為老化中期，四種溫度下分別對(duì)應(yīng)（35～190）、（15～90）、（9～54）和（3～28）d，老化中期σm發(fā)生小幅震蕩；第三階段為老化后期，對(duì)應(yīng)于50，60，65，70 ℃的（190～250）、（90～120）、（54～72）和（28～42）d，此時(shí)σm急劇減小。同時(shí)，根據(jù)圖3 可知，190，90，54，28 d 分別為四種溫度下σm開始急劇減小的標(biāo)志天數(shù)。而εm則隨著老化時(shí)間的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)老化初期逐漸增大，老化后期急劇減小的規(guī)律，且最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的老化時(shí)間與上述標(biāo)志天數(shù)點(diǎn)重合。

圖3 推進(jìn)劑最大抗拉強(qiáng)度與最大延伸率Fig.3 Maximum tensile strength and elongation of propellant at different aging time points

3.2 特征氣體含量監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖4 為四種熱老化溫度下，HCl、NO、CO 三種特征無機(jī)氣體含量百分比隨老化時(shí)間的變化情況，表2為四種熱老化溫度下三種特征氣體含量最大值數(shù)據(jù)。

由圖4 以及表2 可知，熱老化溫度越高，特征氣體含量變化速率越快，可見此時(shí)推進(jìn)劑內(nèi)部各組分老化越明顯。但在氣體總量上，老化后期不同溫度下同一類型氣體的釋放量均較為相近；對(duì)比而言，三種特征無機(jī)氣體中CO 氣體釋放量最多，不同溫度條件下最后一個(gè)采樣點(diǎn)的釋放量均達(dá)到1300000 μg 以上，NO 和HCl 氣體在最后一個(gè)采樣點(diǎn)的釋放量分別為110000 μg 和20000 μg 以上，總量明顯少于CO。分析認(rèn)為，造成該現(xiàn)象的主要原因?yàn)镹EPE 推進(jìn)劑中與HCl 氣體釋放相關(guān)的AP 較其他成分更為穩(wěn)定，因此HCl 氣體釋放總量最少，CO 氣體可由粘合劑、增塑劑等成分老化直接生成，且性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定；而NO 氣體則來自NEPE 中粘合劑、增塑劑老化產(chǎn)物NO2與H2O 等成分的反應(yīng)，且由于NEPE 中含有一定量能夠吸收氮氧化物的安定劑成分，導(dǎo)致NO 氣體釋放總量明顯少于CO；從氣體含量與老化時(shí)間的關(guān)系角度分析，將整個(gè)老化過程劃分為三個(gè)階段：第一階段為老化前期，50，60，65，70 ℃分別對(duì)應(yīng)（0～25）、（0～15）、（0～10）和（0～5）d，此階段HCl 氣體釋放量增長(zhǎng)較快，NO 與CO 氣體釋放量基本保持不變；第二階段為老化中期，50，60，65，70 ℃分別對(duì)應(yīng)（25～175）、（15～85）、（10～55）和（5～30）d，三種特征氣體含量在此階段均增長(zhǎng)緩慢；第三階段為老化后期，HCl、CO 與NO 氣體含量均迅速增加，該現(xiàn)象能夠較為直觀的反映NEPE 推進(jìn)劑粘合劑基體和增塑劑的老化特征。對(duì)于HCl 氣體釋放量老化中期增長(zhǎng)緩慢，老化初期和后期增長(zhǎng)較快的現(xiàn)象，分析認(rèn)為，老化初期試樣受應(yīng)變夾擠壓變形最大，造成少數(shù)AP 顆粒斷裂，而老化后期隨著推進(jìn)劑受熱時(shí)間的增長(zhǎng)加之推進(jìn)劑內(nèi)部孔洞的出現(xiàn)，最終造成AP 在這兩個(gè)階段的老化過程中分解較快，而老化中期HCl 氣體釋放量增長(zhǎng)緩慢與AP 成分的化學(xué)性能穩(wěn)定性相符。

表2 長(zhǎng)周期不同溫度下三種特征氣體含量最大值Table 2 Maximum contents of three kinds of characteristic gases in long period at different temperatures

圖4 長(zhǎng)周期特征氣體含量與老化時(shí)間關(guān)系Fig.4 The relationship between the percentage of characteristic gas and aging time in long period

4 壽命預(yù)估模型

4.1 特征氣體釋放量與最大抗拉強(qiáng)度相關(guān)性

當(dāng)前以準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能為基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)推進(jìn)劑進(jìn)行壽命預(yù)估應(yīng)用較廣，且結(jié)果的可靠性與公信力較強(qiáng)，根據(jù)張興高［27］、劉文亮［28］與楊根［29］等的研究，NEPE 推進(jìn)劑最大抗拉強(qiáng)度-時(shí)間變化曲線具有一級(jí)反應(yīng)特性，以最大抗拉強(qiáng)度進(jìn)行壽命預(yù)估可靠性較高。因此，本研究以NEPE 推進(jìn)劑的最大抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，選取能夠進(jìn)行有效壽命預(yù)估的特征氣體釋放量作為參數(shù)。從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，該參數(shù)必須具有與老化溫度無關(guān)，而與最大抗拉強(qiáng)度單一相關(guān)的特性。為此，首先通過灰色關(guān)聯(lián)分析法（Grey Relational Analysis，GRA）選取與最大抗拉強(qiáng)度關(guān)聯(lián)度較大的氣體種類，然后通過線性回歸法和單因素方差分析法來檢驗(yàn)不同參數(shù)的單一相關(guān)性，以判斷能否利用該參數(shù)進(jìn)行后續(xù)NEPE 推進(jìn)劑貯存壽命的預(yù)估。另外，為方便后續(xù)計(jì)算分析，采用平均質(zhì)量釋放量Q來代表各種類型的氣體含量數(shù)據(jù)。

4.1.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析法是一種通過判斷研究對(duì)象曲線變化相似程度來計(jì)算關(guān)聯(lián)度的方法［30］，最大抗拉強(qiáng)度σm與平均質(zhì)量釋放量Q關(guān)聯(lián)度的計(jì)算流程圖如圖5 所示，灰色關(guān)聯(lián)度的計(jì)算結(jié)果見表3。

圖5 灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算流程Fig.5 Calculation process of grey relational analysis

由表3 可知，不同溫度條件下CO 氣體含量與最大抗拉強(qiáng)度關(guān)聯(lián)度最大，為0.93～0.95，NO 次之，為0.80～0.84，HCl 最小，僅為0.37～0.39。因此，確定將CO 氣體含量作為后續(xù)單一相關(guān)性分析的研究對(duì)象。

表3 特征氣體含量與最大抗拉強(qiáng)度關(guān)聯(lián)度Table 3 Correlation between characteristic gas content and maxium tensile strength

4.1.2 單一相關(guān)性分析

為判斷NEPE 推進(jìn)劑最大抗拉強(qiáng)度與CO 氣體含量的單一相關(guān)性，首先基于式（2）對(duì)兩種參數(shù)在不同老化溫度下的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到相應(yīng)的擬合方程和相關(guān)系數(shù)r。然后采用單因素方差分析法對(duì)擬合得到的a、b數(shù)據(jù)進(jìn)行F檢驗(yàn)，以定量化分析溫度對(duì)CO氣體釋放量的影響。表4 為系數(shù)a、b的單因素方差分析結(jié)果。

表4 系數(shù)a、b 的單因素方差分析結(jié)果Table 4 Analysis of variance（ANOVA）results of a and b

表4 中F為顯著性水平α=0.05 時(shí)計(jì)算得到的F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，F(xiàn)0.95為查F檢驗(yàn)臨界值表所得數(shù)據(jù)。由表4可知，F(xiàn)值均小于F0.95，可以證明a、b系數(shù)差異不顯著，CO 氣體平均質(zhì)量釋放量與最大抗拉強(qiáng)度存在單一相關(guān)性，因此可以作為后續(xù)NEPE 推進(jìn)劑壽命預(yù)估模型的基本參數(shù)。

4.2 預(yù)估模型建立

4.2.1 模型建立

（1）傳統(tǒng)壽命預(yù)估模型

經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步計(jì)算可知，求取的各模型的相關(guān)性系數(shù)中，指數(shù)型模型的相關(guān)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)數(shù)和線性模型，因此選取一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程（式（3））作為NEPE 推進(jìn)劑壽命預(yù)估的基本模型。將實(shí)驗(yàn)得到的性能參數(shù)引入式（3），并通過式（4）所示的Arrhenius方程，采用最小二乘法即可求得NEPE 推進(jìn)劑的貯存壽命t。

式中，P為某一時(shí)刻的性能參數(shù)；P0為常數(shù)；t為老化時(shí)間，年（a）；K為性能變化速率，mol·L-1·s-1；A為指前因子；E為表觀活化能，kJ·mol-1；R為普適氣體常數(shù)，8.314J·（mol·K）-1；T為熱力學(xué)溫度，K。

（2）改進(jìn)型壽命預(yù)估模型確定

研究表明，指前因子A大致與溫度T的m次方有關(guān)，因此通過增加T、m系數(shù)來修正Arrhenius 方程存在的誤差，其合理性已經(jīng)得到了有效證明［31］。改進(jìn)型壽命預(yù)估模型如式（5）所示，將該模型與一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程（式（3））結(jié)合，通過轉(zhuǎn)換得到式（6）、式（7），并采用成組數(shù)據(jù)回歸分析法對(duì)系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，即可確定NEPE 推進(jìn)劑貯存壽命t的計(jì)算公式。

4.2.2 特征參數(shù)確定與預(yù)估模型結(jié)果與分析

由于最大抗拉強(qiáng)度與CO 氣體含量之間存在單一相關(guān)性，因此對(duì)于上述兩種壽命預(yù)估模型，本研究確定了兩種可能的特征參數(shù)預(yù)估方式，一種是將最大抗拉強(qiáng)度作為基本參數(shù)直接進(jìn)行壽命預(yù)估模型系數(shù)的估計(jì)，另一種是將CO 氣體平均質(zhì)量釋放量作為基本參數(shù)進(jìn)行預(yù)估模型中系數(shù)的估計(jì)。

將兩類特征參數(shù)數(shù)據(jù)引入兩種推進(jìn)劑壽命預(yù)估模型中，求得預(yù)估壽命t的具體表達(dá)式，結(jié)果見表5。其中，ⅰ、ⅱ分別為以σm為特征參數(shù)的傳統(tǒng)壽命預(yù)估模型和改進(jìn)型壽命預(yù)估模型表達(dá)式，ⅲ、ⅳ分別為以Q為特征參數(shù)的兩種模型表達(dá)式，r2為擬合表達(dá)式的相關(guān)性系數(shù)平方值。

表5 四種壽命預(yù)估模型表達(dá)式Table 5 Expression of four life prediction models

對(duì)比圖3 和圖4 可知，在四種高溫?zé)峒铀倮匣瘲l件下，最大抗拉強(qiáng)度值σm達(dá)到［0.44，0.48］MPa 是推進(jìn)劑性能急速下滑的重要拐點(diǎn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的CO 氣體平均質(zhì)量釋放量Q為［2900，3250］。為更好地驗(yàn)證上述四種壽命預(yù)估模型的準(zhǔn)確性，本研究繼續(xù)對(duì)25，35，45，55，65 ℃五種溫度條件下，σm達(dá)到0.44 MPa和Q達(dá)到3250 時(shí)的老化壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果見表6，預(yù)測(cè)結(jié)果單位為年（a）。

表6 NEPE 推進(jìn)劑貯存壽命預(yù)估結(jié)果Table 6 Estimated results of NEPE propellant storage life

由表5 結(jié)果可知，四種NEPE 推進(jìn)劑壽命預(yù)估模型中，采用CO 氣體平均質(zhì)量釋放量作為參數(shù)的壽命預(yù)估模型的相關(guān)性系數(shù)均大于0.98，而采用最大抗拉強(qiáng)度作為特征參數(shù)直接進(jìn)行壽命預(yù)估的模型相應(yīng)的相關(guān)性系數(shù)均小于0.93，由此可見前者與原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線性相關(guān)性較好。同時(shí)，由表6 中的NEPE 推進(jìn)劑壽命預(yù)估結(jié)果數(shù)據(jù)可知，壽命預(yù)估模型特征參數(shù)相同時(shí)各溫度下通過修正模型計(jì)算得到的預(yù)估壽命值均小于通過傳統(tǒng)模型計(jì)算得到的預(yù)估壽命值。因此，從其與真實(shí)老化實(shí)驗(yàn)契合度和藥柱使用安全性的角度綜合考慮，認(rèn)為采用以CO 氣體平均質(zhì)量釋放量為特征參數(shù)的改進(jìn)型模型ⅳ對(duì)NEPE推進(jìn)劑的貯存壽命進(jìn)行預(yù)估最有效。

后續(xù)以模型ⅳ為基礎(chǔ)，只需在NEPE 型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱外部的合適位置安裝CO 氣體傳感器，就可對(duì)NEPE 推進(jìn)劑藥柱的貯存壽命進(jìn)行預(yù)估，實(shí)現(xiàn)了真正的測(cè)量無損性，從而避免了傳統(tǒng)壽命預(yù)估方法中以力學(xué)性能、安定劑含量等作為預(yù)估參數(shù)時(shí)，需要對(duì)藥柱進(jìn)行有損取樣，操作復(fù)雜等弊端。

5 結(jié)論

研究以10%定壓應(yīng)變條件下高溫?zé)峒铀倮匣?、氣體含量監(jiān)測(cè)、單向拉伸力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過相關(guān)性分析和壽命預(yù)估模型，提出了一種以特征氣體含量變化為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的無損型壽命預(yù)估模型，最終得出以下結(jié)論：

（1）特征氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，CO 氣體釋放量最大，不同溫度條件下的釋放量均達(dá)到1300 mg 以上，且其和NO 氣體均呈現(xiàn)老化初期增長(zhǎng)緩慢，老化后期迅速增加的規(guī)律，HCl 氣體釋放量在老化初期和后期均增長(zhǎng)較快，老化中期增長(zhǎng)較慢。準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)σm和εm在老化初期小幅增大，老化中期前者小幅震蕩，后者逐漸增大，老化后期兩者均急劇減小。

（2）采用灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算了推進(jìn)劑最大抗拉強(qiáng)度與三種規(guī)律性特征氣體釋放量的關(guān)聯(lián)度，得出CO 氣體為與最大抗拉強(qiáng)度關(guān)聯(lián)度值最大的特征氣體種類。通過回歸分析法和單因素方差分析法，計(jì)算證明了最大抗拉強(qiáng)度與CO 氣體釋放量的單一相關(guān)性。

（3）基于傳統(tǒng)老化壽命預(yù)估模型和改進(jìn)的老化壽命預(yù)估模型，建立了四種NEPE 推進(jìn)劑壽命預(yù)估方法，通過相關(guān)性系數(shù)比較和預(yù)估結(jié)果分析，得出通過CO氣體釋放量利用改進(jìn)型壽命預(yù)估模型進(jìn)行NEPE 推進(jìn)劑壽命預(yù)估的結(jié)果最為有效，常溫（25 ℃）下NEPE 推進(jìn)劑的有效貯存壽命為13.8 年。

（4）由于建立無損型壽命預(yù)估模型時(shí)采用的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為推進(jìn)劑方坯，實(shí)驗(yàn)條件為定壓應(yīng)變條件下的高溫?zé)峒铀倮匣瘜?shí)驗(yàn)，因此本研究只是初步證明了采用CO 氣體釋放量推測(cè)NEPE 推進(jìn)劑壽命的可行性，后續(xù)還需建立更加貼合實(shí)際藥柱貯存環(huán)境的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)模型不斷修正，以使壽命的計(jì)算結(jié)果更加有效。