固体推进剂老化性能研究进展

罗涛　陈芳　宋文

摘 要：对固体推进剂的老化性能进行深入研究和分析，对固体推进剂的安全储存寿命进行预测，有助于弹药的安全储存。本文首先对固体推进剂老化性能进行研究，然后阐述了固体推进剂研究对计算机模拟方法的运用，具有重要意义。

关键词：固体推进剂；老化性能；研究進展

1 固体推进剂储存寿命的有效预测

到目前为止，在对推进剂的储存寿命进行预估时，国内外大多数专家均选用半经验公式，将Arrhenius方程作为主要工具，将温度、时间和固体推进剂之间的关系作为主要依据，对一种较为合适的性能评定参数进行选取，如凝胶百分数、强度、延伸率、模量等，以对固体推进剂的储存寿命预估模型进行构建，对固体推进剂的储存寿命进行预估，最后可靠性分析固体推进剂预估的储存寿命。随着我国科学技术水平的不断提高，众多科研人员的不断努力，到目前为止，我国已经出现不少新型固体推进剂储存寿命的预估模型，对预估精度进行了有效提高，具有越来越高的使用价值。例如，华路等人通过有效结合神经网络和遗传算法，构建出遗传神经网络模型，以对固体推进剂的力学性能进行有效预估，通过对这种模型进行运用，对某一种固体推进在各种不同的时间、湿度、温度下的弹性模量、抗拉强度、延伸率进行预测，同时和试验结果进行对比，研究结果为这种新模型能够较为准确预估固体推进剂的储存寿命，具有较强的泛化能力，实验结果和计算机仿真结果能够是比较一致的，这对研究固体火箭发动机结构的完整性课题来说是非常有用的。针对环境条件和固体推进剂力学性能之间存在的复杂关系，通过运用新型预估模型能够对其进行有效模拟，这种模型的预估精度比较高，无需进行大量试样，适用规模大，研究周期时间比较短，有助于固体火箭发动机可靠性的进一步研究。

2 固体推进剂老化性能的研究

2.1 固体推进剂的老化机理

固体推进的老化机理，包括两种类型，即化学老化、物理老化。其中，化学老化，就是指在固体推进进进行储存过程中，推进剂内部组分自动出现一些化学反应和变化，包括黏合剂的氧化交联、后固化、热分解、水解等；物理老化，就是指在固体推进剂在储存过程中发生物理性质变化的规律，包括增塑剂的迁移、晶组分的晶析、衬层和推进剂之间的脱黏等。固体剂在发生老化现象以后，自身的化学安定性和能量会出现下降现象，进而不能够满足使用要求，不再具备使用价值，在发动机工作过程中，如果运用老化的药柱，常常会发生安全事故。通过深入研究在最近几年关于固体推进剂老化机理的研究结果，不难发现，固体推进剂因受多种不同因素的影响，包括应力状态、储存环境等，随着时间的推移，固体推进剂的个组分便会发生化学老化或者物理老化反映，导致固体推进剂的结构合组分发生变化，降低化学安定性，无法满足使用指标要求。

2.2 固体推进老化性能的影响因素

固体推进剂老化性能的内部影响因素主要取决于固体推进自身的力学性能、组成、结构。刘雪等人通过选用减量法，通过进行不同温度下的热老化试验，对4种不同配方HTPB推进剂的热安定性的变化规律进行了深入研究，研究表明，不同配方的HTPB推进剂，其热安定性规律、特征分解规律都是比较类似的，这对HTPB推进剂库房储存性能的预估来说，具有非常高的参考价值和利用价值。

固体推进剂老化性能的外部影响因素，包括环境湿度、环境温度等。朱慧等人将某一种固体推进剂加速老化性能的实验结果作为主要依据，对传统两步回归、整体预测法等方法进行选用，对分别在15℃和20℃下的推进剂储存寿命进行有效预测，研究结果表明，固体推进剂的储存寿命在环境温度的小规模变化情况下受到的影响是非常显著的。

3 固体推进剂研究对计算机模拟方法的运用

根据实验数据，利用有关基本原理所构建出来的一套数学模型和算法，以能够对合理的分子行为、分子结构进行计算的方法，极为计算机模拟。对于分子模拟，它不但能够对分子体系的动态行为进行有效模拟，而且能够对分子的静态结构进行有效模拟。随着我国计算机技术水平的不断提高，在其他相关领域中，也广泛使用了分子模拟技术，包括高分子材料学、无机材料的研发等。在最近几年中，人们在深入研究后固体推进的微观方面相关内容时，越来越青睐于计算机模拟技术，他们希望能够通过利用计算机模拟技术，以对固体推进剂老化行为进行有效解释和说明。姚军等人将化学方法理论作为主要依据，对半经验算法进行有效结合，深入计算了气相状态的硝酸异丙酷分别在碱性条件和热分解条件中的水解路径和反应机理，同时和实验值进行了比较，研究后发现，通过利用量化方法，可以对推进剂的分解路径进行有效预测和计算。针对固体推进剂在存储过程产生的老化现象，通过运用计算机模拟技术，人们能够从微观层面对其进行详细解释，进而能够有效联系固体推进进的微观现象和宏观化学反应现象。通过利用计算机模拟技术，能够对微观反应路径进行有效构建，对反映中间过程进行有效推演，能够更为深入研究固体推进进行发生的多种反映现象，对未知反应进行有效预测。

参考文献：

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[3]李进贤，莫文宾，唐金兰.固体推进剂力学性能预估研究[J].计算机仿真，2016（01）.