一種凝膠推進(jìn)劑燃燒燃速測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，該方法由以下步驟完成：直接取制備好的凝膠推進(jìn)劑作為被測試樣，將試樣注入內(nèi)徑8mm～10mm的一端封口的薄壁直塑料管中制成待測藥管，將待測藥管固定在燃燒室藥架上，在未封口的一端上放置點火藥，用鎳鉻絲固定，并用包覆劑進(jìn)行端面包覆；將綁好待測藥管的燃燒室藥架放入水下聲發(fā)射燃速儀中測試燃燒速度，計算平均燃速、燃速壓強指數(shù)和燃速溫度敏感系數(shù)。該方法簡單易操作，測試周期短，可快速、準(zhǔn)確地測試凝膠推進(jìn)劑的燃燒性能。
【專利說明】一種凝膠推進(jìn)劑燃燒燃速測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種凝膠推進(jìn)劑燃燒燃速測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]推進(jìn)劑的燃燒速度是指單位時間內(nèi)沿固體推進(jìn)劑表面的法線方向上固相消失的 距離，簡稱固體推進(jìn)劑的燃速。它決定著固體推進(jìn)劑能量的釋放速度，也是計算固體推進(jìn)劑 其它燃燒性能(燃速壓強指數(shù)、燃速溫度敏感系數(shù)、侵蝕比等)的核心參量。無論燃燒時壓 強、初溫、氣流速度等影響因素的變化，最終都將反映在燃速的變化上。此外，它還直接影響 火箭發(fā)動機的彈道性能、飛行速度和工作穩(wěn)定性等。因此，固體推進(jìn)劑的燃速是武器所要求 的重要性能參數(shù)之一，研究燃速及燃速受影響因素的變化規(guī)律，可以為固體火箭發(fā)動機和 裝藥設(shè)計者提供重要的設(shè)計參數(shù)。
[0003]凝膠推進(jìn)劑是由固體推進(jìn)劑演變而成的一種新型化學(xué)推進(jìn)劑，它是以少量凝膠劑 或增稠劑，將約為其用量3?1000倍(質(zhì)量分?jǐn)?shù))液體粘合劑組分(氧化劑或燃燒劑或二者 的混合物)凝膠化，液體粘合劑組分可占總重量分?jǐn)?shù)20%?50%，它是將大量的常規(guī)固體推 進(jìn)劑組分均勻地懸浮于體系中形成一種非液非固、可逆的、觸變的、牛頓假塑性流體，可直 接灌裝發(fā)動機或貯箱內(nèi)不需要固化，凝膠推進(jìn)劑同時擁有液體推進(jìn)劑和固體推進(jìn)劑的優(yōu)良 性能，是一種高性能推進(jìn)劑，與液體推進(jìn)劑相比凝膠推進(jìn)劑不但降低了燃燒泄露的風(fēng)險，還 可以控制其流量，與固體推進(jìn)劑相比，凝膠推進(jìn)劑的撞擊、摩擦和靜電火花感度都較好，不 存在裂紋問題。從性質(zhì)上看，凝膠推進(jìn)劑有較高的質(zhì)量比沖和密度比沖，因此，凝膠推進(jìn)劑 作為新型特種推進(jìn)劑，在軍事領(lǐng)域和民用航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是目前研究的熱 點。
[0004]目前凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試工作主要在發(fā)動機或縮比發(fā)動機上進(jìn)行，該方法雖 然可以更加客觀地反應(yīng)凝膠推進(jìn)劑實際工作中的一些性能參數(shù)，但存在測試周期長、原材 料消耗大、試驗成本高等弊端，并不適用于基礎(chǔ)研究工作，在凝膠推進(jìn)劑配方研究初期，需 要通過燃燒性能對某個配方組分進(jìn)行初步篩選，需要一種快速有效的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能 測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種高效、快速的凝膠推進(jìn)劑燃速測試方法，該方法可以解 決傳統(tǒng)的凝膠推進(jìn)劑燃速測試方法中存在的測試周期長、操作步驟繁瑣、測試需要大量樣 品的問題。
[0006]本發(fā)明實現(xiàn)過程如下:
一種凝膠推進(jìn)劑燃燒性能的測試方法，包括以下步驟:
(1)直接取制備的凝膠推進(jìn)劑作為被測試樣；
(2)將試樣注入內(nèi)徑8mm?IOmm的一端封口的薄壁直塑料管中，用真空泵設(shè)備對塑料 管進(jìn)行抽真空處理，制成待測藥管；(3)進(jìn)行燃速溫度敏感系數(shù)測試時，將被測藥管放入高低溫箱內(nèi)靜置30分鐘后測試；
(4)將待測藥管固定在燃燒室藥架上，在未封口的一端上方放置0>5X2mm或 5X5X2mm的固體推進(jìn)劑作為點火藥，綁直徑0.3mm鎳鉻絲固定，并用包覆劑進(jìn)行端面包 覆；
(5)將綁好待測藥管的燃燒室藥架放入水下聲發(fā)射燃速儀的燃燒室中，調(diào)整水面高低， 設(shè)定初始溫度和壓強，啟動點火按鈕進(jìn)行燃速測試；
(6)記錄測試結(jié)果，排氣，排水，取出燃燒室藥架并清潔；
(7)對于同一種樣品，在每一固定溫度、壓強點下重復(fù)進(jìn)行5次測試，利用格拉布斯 Grubbs法剔除異常數(shù)據(jù)后取平均值作為單點燃速的最終測試結(jié)果；
(8)進(jìn)行燃速壓強指數(shù)測試時，初始溫度不變，設(shè)定不同初始壓強，重復(fù)上述(I)至(7) 步驟，計算燃速壓強指數(shù)；
(9)進(jìn)行燃速溫度敏感系數(shù)測試時，初始壓強不變，設(shè)定不同初始溫度，重復(fù)上述(I)至
(7)步驟，計算燃速溫度敏感系數(shù)。
[0007]上述步驟(I)中，采用在推進(jìn)劑生產(chǎn)過程中或?qū)嶒炇抑惺止せ旌系哪z推進(jìn)劑作 為樣品。
[0008]上述步驟(2)中采用管壁厚度小于0.5mm,內(nèi)徑5mm的薄壁直塑料管，管的長度為 50mm-200mmo將凝膠推進(jìn)劑直接注入塑料管內(nèi)，對于有些不易流動的凝膠推進(jìn)劑樣品，通過 充壓裝置將其擠入塑料管內(nèi)，凝膠推進(jìn)劑注入塑料管后用真空泵設(shè)備對塑料管內(nèi)部進(jìn)行抽 真空處理，排出氣泡。最終處理后的凝膠推進(jìn)劑上表面與塑料管相平，確保高度與塑料管長 度一致，采用塑料管的長度作為測試過程中試樣的有效長度參與燃速計算。
[0009]上述步驟(4)中，采用cI5SXSmm或5X 5X 2mm大小的雙基或復(fù)合類固體推進(jìn)劑作 為點火藥。作為點火藥的固體推進(jìn)劑的高度不計入燃速測試的有效長度。采用直徑為0.3mm 的鎳鉻絲作為點火絲，它兩端固定在燃燒室藥架的銅柱上，中間與點火藥塊緊密接觸。選用 醋酸纖維和丙酮混合后調(diào)成的糊狀物作為包覆劑，起端面包覆的作用，對于在水下不易被 點燃的試樣可以采用黑火藥、雙基火藥和丙酮混合后調(diào)成的糊狀物作為包覆劑。
[0010]上述步驟(5)中，采用符合國家軍用標(biāo)準(zhǔn)《GJB 770B-2005方法706.2燃速水下 聲發(fā)射法》要求的水下聲發(fā)射法燃速測試儀器。
[0011]本發(fā)明采用規(guī)定圓柱直徑下的線性燃速表示法表示凝膠推進(jìn)劑的燃燒速度大小。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:(I)本發(fā)明直接采用凝膠推進(jìn)劑進(jìn)行燃速及燃速壓強 指數(shù)、燃速溫度敏感系數(shù)測試，幾乎可達(dá)到“在線測試”的程度，極大程度地縮短了推進(jìn)劑燃 燒性能的研制、生成周期，尤其適用于凝膠推進(jìn)劑配方的基礎(chǔ)研究階段。(2)與傳統(tǒng)的凝膠 推進(jìn)劑燃燒性能測試方法相比，本發(fā)明只需少量被測試樣就能完成測試，有效地避免了在 推進(jìn)劑試樣制備工藝中對最小投料量的限制，適用于對還不能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的新型高能 量密度材料燃燒性能的測試；(3)本發(fā)明使用水下聲發(fā)射燃速測試方法，在所有的水下聲 發(fā)射燃速測試裝置中均可實現(xiàn)，在測試過程中參照相關(guān)的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。裝藥容器選 用普通硬質(zhì)塑料管，測試前期的準(zhǔn)備工作也相對簡捷、方便，易于在行業(yè)中得到推廣。
【具體實施方式】
[0013]以下通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。[0014]將內(nèi)徑為IOmm的薄壁直塑料管精確地截取至IOOmm長度，并用膠布將其一端封閉，然后將凝膠推進(jìn)劑注入其中，進(jìn)行抽真空處理，制成待測藥管。將待測藥管固定在燃燒室藥架上，在未封口的一端上放置5 X 2mm或5 X 5 X 2mm的固體推進(jìn)劑作為點火藥，用直徑0.3mm鎳鉻絲固定，使點火絲與點火藥緊密接觸。進(jìn)行燃速溫度敏感系數(shù)測試時，將被測藥管放入高低溫箱內(nèi)靜置30分鐘后方可測試。用包覆劑進(jìn)行端面包覆，完全封閉點火絲與點火藥的接觸面；將綁好待測藥管的燃燒室藥架放入水下聲發(fā)射燃速儀的燃燒室中，調(diào)整水面(溫度小于0°C時用CaCl2溶液)高低，設(shè)定初始溫度和壓強，待燃燒室內(nèi)壓強和液體溫度都滿足要求后，啟動點火按鈕進(jìn)行燃速測試。測試完畢后，讀取燃燒時間和測試壓力，記錄測試結(jié)果，排氣，排水，取出燃燒室藥架并清潔，完成本次測試。
[0015]單點燃速測試是在規(guī)定條件下，依次重復(fù)測試，以每組5個有效測定值(若有可疑數(shù)據(jù)，經(jīng)舍棄后，不得少于4個測定值)，按照如下的方法得出測試結(jié)果:
單個試驗燃速計算:
【權(quán)利要求】
1.一種凝膠推進(jìn)劑燃燒性能的測試方法，其特征在于包括以下步驟:(1)直接取制備的凝膠推進(jìn)劑作為被測試樣；(2)將試樣注入內(nèi)徑8mm~IOmm的一端封口的薄壁直塑料管中，用真空泵設(shè)備對塑料管進(jìn)行抽真空處理，制成待測藥管；(3)進(jìn)行燃速溫度敏感系數(shù)測試時，將被測藥管放入高低溫箱內(nèi)靜置30分鐘后測試；(4)將待測藥管固定在燃燒室藥架上，在未封口的一端上方放置0>5X2mm或 5X5X2mm的固體推進(jìn)劑作為點火藥，綁直徑0.3mm鎳鉻絲固定，并用包覆劑進(jìn)行端面包覆；(5)將綁好待測藥管的燃燒室藥架放入水下聲發(fā)射燃速儀的燃燒室中，調(diào)整水面高低， 設(shè)定初始溫度和壓強，啟動點火按鈕進(jìn)行燃速測試；(6)記錄測試結(jié)果，排氣，排水，取出燃燒室藥架并清潔；(7)對于同一種樣品，在每一固定溫度、壓強點下重復(fù)進(jìn)行5次測試，利用格拉布斯 Grubbs法剔除異常數(shù)據(jù)后取平均值作為單點燃速的最終測試結(jié)果；(8 )進(jìn)行燃速壓強指數(shù)測試時，初始溫度不變，設(shè)定不同初始壓強，重復(fù)上述(I)至(7 ) 步驟，計算燃速壓強指數(shù)；(9)進(jìn)行燃速溫度敏感系數(shù)測試時，初始壓強不變，設(shè)定不同初始溫度，重復(fù)上述(I)至(7)步驟，計算燃速溫度敏感系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(1)中，采用在推進(jìn)劑生產(chǎn)過程中或?qū)嶒炇抑惺止せ旌系哪z推進(jìn)劑作為樣品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝`膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(2)中采用管壁厚度小于0.5mm,內(nèi)徑5mm的薄壁直塑料管，管的長度為50mm-200mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(2)中，將凝膠推進(jìn)劑直接注入塑料管內(nèi)，對于有些不易流動的凝膠推進(jìn)劑樣品，通過充壓裝置將其擠入塑料管內(nèi)，凝膠推進(jìn)劑注入塑料管后用真空泵設(shè)備對塑料管內(nèi)部進(jìn)行抽真空處理，排出氣泡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(2)中，最終處理后的凝膠推進(jìn)劑上表面與塑料管相平，確保高度與塑料管長度一致，采用塑料管的長度作為測試過程中試樣的有效長度參與燃速計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(4)中，采用0>5X2mm或5X5X2mm大小的雙基或復(fù)合類固體推進(jìn)劑作為點火藥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(4)中，作為點火藥的固體推進(jìn)劑的高度不計入燃速測試的有效長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(4)中，采用直徑為0.3mm的鎳鉻絲作為點火絲，它兩端固定在燃燒室藥架的銅柱上，中間與點火藥塊緊密接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(4)中，選用醋酸纖維和丙酮混合后調(diào)成的糊狀物作為包覆劑，起端面包覆的作用，對于在水下不易被點燃的試樣采用黑火藥、雙基火藥和丙酮混合后調(diào)成的糊狀物作為包覆劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠推進(jìn)劑燃燒性能測試方法，其特征在于:步驟(5)中，采用符合國家軍用標(biāo)準(zhǔn) 《GJB 770B-2005方法706.2燃速水下聲發(fā)射法》要求的水下聲發(fā)射法燃速測試儀器。
【文檔編號】G01N31/12GK103604905SQ201310580950
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】裴慶, 趙鳳起, 徐司雨, 儀建華, 姚二崗, 郝海霞, 高紅旭, 安亭, 肖立柏 申請人:西安近代化學(xué)研究所