【摘要】：固體推進劑作為戰(zhàn)略戰(zhàn)術導彈及宇航推進系統(tǒng)的動力源,是武器裝備的核心關鍵技術,其力學性能影響能量性能的發(fā)揮,進而影響武器裝備的使用范圍。為滿足新型導彈武器裝備對推進劑高能量性能的要求,采用含能粘合劑GAP和高能量密度炸藥CL-20獲得了目前標準實測能量最高的GAP/CL-20固體推進劑,但該推進劑存在基礎力學性能較差、調(diào)節(jié)途徑有限等不足。本文致力于研究GAP/CL-20高能固體推進劑配方組成對力學性能的影響規(guī)律,確定主要影響因素并分析其影響機理,提出有效的調(diào)節(jié)方法,為GAP/CL-20高能固體推進劑的應用提供技術支撐。采用單向拉伸試驗研究了配方組成對GAP/CL-20高能固體推進劑力學性能的影響規(guī)律,結果表明,粘合劑、鍵合劑、增塑劑及增塑比是該推進劑力學性能的主要影響因素。PEG替代GAP,推進劑抗拉強度由0.39 MPa提高至0.45 MPa,伸長率由98.3%提高至417.7%;Bu-NENA替代NG/BTTN,推進劑抗拉強度由0.62 MPa降低至0.30 MPa,伸長率由48.2%提高至84.4%;使用NG/BTTN增塑劑,增塑比由1.0提高至3.0,推進劑抗拉強度由0.62 MPa降低至0.39 MPa,伸長率由48.2%提高至98.3%;加入NPBA鍵合劑使推進劑抗拉強度由0.13 MPa提高至0.39 MPa,伸長率由233.4%降低至98.3%。運用反相氣相色譜法和接觸角法,研究了主要組分的表面性質及組分間相互作用,GAP基體與CL-20的粘附功為70.69 mJ·m~(-2),低于PEG基體與HMX的98.61mJ·m~(-2),表明GAP基體與CL-20的相互作用弱于PEG基體與HMX的相互作用。利用分子動力學方法,計算了粘合劑分子與炸藥分子間的結合能,PEG與HMX的結合能為456.48 kJ·mol~(-1),比GAP與CL-20的結合能259.32 kJ·mol~(-1)高76.03%,表明GAP與CL-20的相互作用比PEG與HMX的相互作用大幅減弱。同時,使用動態(tài)熱機械分析研究了推進劑中間相結構變化的影響,中間相和粘合劑基體對推進劑tanδ的貢獻的比值用A值表示,A值越小說明界面粘接情況越好。常溫下GAP/CL-20推進劑的A值為13.15,大于PEG/CL-20推進劑的4.91和GAP/HMX推進劑的10.24,表明GAP/CL-20推進劑的粘接情況較差。通過掃描電鏡法觀察了推進劑的原位拉伸過程,結果表明,與PEG/CL-20推進劑相比,GAP/CL-20推進劑的顆粒更容易“脫濕”,且“脫濕”擴展速率更快。從實驗測試與理論計算兩方面,揭示了GAP/CL-20高能固體推進劑力學性能差的根本原因之一是GAP基體與CL-20界面相互作用差。根據(jù)規(guī)律性和機理性研究結果,在高彈性聚合物狀態(tài)方程及廣義交聯(lián)點模型基礎上,考慮GAP/CL-20固體推進劑的大劑量增塑、GAP剛性分子鏈及CL-20與GAP基體相互作用等性質,建立了高增塑GAP/CL-20高能固體推進劑力學性能的物理和數(shù)學模型,并分析了造成力學性能較差的根本原因是GAP網(wǎng)絡結構剛性較強和GAP基體與CL-20界面作用強度低。最后,從粘合劑結構特性及界面相互作用等方面提出了GAP/CL-20高能推進劑力學性能調(diào)節(jié)方法,采用添加大分子量粘合劑G-GAP和鍵合劑NPBA等手段對調(diào)節(jié)方法進行了有效驗證。
【學位授予單位】：航天動力技術研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V512
【圖文】：

圖 1-1 課題研究方案通過開展 GAP/CL-20 高能固體推進劑力學性能影響規(guī)律的研究，確定主要影素并研究其對推進劑力學性能的影響機理。通過多種實驗手段，研究固體推進劑要組分的表界面性能、組分間相互作用強度，以及推進劑在拉伸過程中的力學行為

推進劑啞鈴型試樣示意圖（單位:mm）

圖 2-2 推進劑原位拉伸試樣示意圖（單位: mm）機械分析（DMA）析（DMA）是指在程序控制溫度條件下，測損耗與溫度的相關關系的技術[77]。通過 DMA

【參考文獻】

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本文編號：2769627