【摘要】：固體推進(jìn)劑作為戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及宇航推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力源,是武器裝備的核心關(guān)鍵技術(shù),其力學(xué)性能影響能量性能的發(fā)揮,進(jìn)而影響武器裝備的使用范圍。為滿足新型導(dǎo)彈武器裝備對推進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)測能量最高的GAP/CL-20固體推進(jìn)劑,但該推進(jìn)劑存在基礎(chǔ)力學(xué)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(jìn)劑配方組成對力學(xué)性能的影響規(guī)律,確定主要影響因素并分析其影響機(jī)理,提出有效的調(diào)節(jié)方法,為GAP/CL-20高能固體推進(jìn)劑的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。采用單向拉伸試驗(yàn)研究了配方組成對GAP/CL-20高能固體推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響規(guī)律,結(jié)果表明,粘合劑、鍵合劑、增塑劑及增塑比是該推進(jìn)劑力學(xué)性能的主要影響因素。PEG替代GAP,推進(jìn)劑抗拉強(qiáng)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(jìn)劑抗拉強(qiáng)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(jìn)劑抗拉強(qiáng)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(jìn)劑抗拉強(qiáng)度由0.13 MPa提高至0.39 MPa,伸長率由233.4%降低至98.3%。運(yùn)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(zhì)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(dòng)力學(xué)方法,計(jì)算了粘合劑分子與炸藥分子間的結(jié)合能,PEG與HMX的結(jié)合能為456.48 kJ·mol~(-1),比GAP與CL-20的結(jié)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(shí),使用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析研究了推進(jìn)劑中間相結(jié)構(gòu)變化的影響,中間相和粘合劑基體對推進(jìn)劑tanδ的貢獻(xiàn)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(jìn)劑的A值為13.15,大于PEG/CL-20推進(jìn)劑的4.91和GAP/HMX推進(jìn)劑的10.24,表明GAP/CL-20推進(jìn)劑的粘接情況較差。通過掃描電鏡法觀察了推進(jìn)劑的原位拉伸過程,結(jié)果表明,與PEG/CL-20推進(jìn)劑相比,GAP/CL-20推進(jìn)劑的顆粒更容易“脫濕”,且“脫濕”擴(kuò)展速率更快。從實(shí)驗(yàn)測試與理論計(jì)算兩方面,揭示了GAP/CL-20高能固體推進(jìn)劑力學(xué)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(jī)理性研究結(jié)果,在高彈性聚合物狀態(tài)方程及廣義交聯(lián)點(diǎn)模型基礎(chǔ)上,考慮GAP/CL-20固體推進(jìn)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(zhì),建立了高增塑GAP/CL-20高能固體推進(jìn)劑力學(xué)性能的物理和數(shù)學(xué)模型,并分析了造成力學(xué)性能較差的根本原因是GAP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剛性較強(qiáng)和GAP基體與CL-20界面作用強(qiáng)度低。最后,從粘合劑結(jié)構(gòu)特性及界面相互作用等方面提出了GAP/CL-20高能推進(jìn)劑力學(xué)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(jìn)行了有效驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：航天動(dòng)力技術(shù)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(jìn)劑力學(xué)性能影響規(guī)律的研究，確定主要影素并研究其對推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響機(jī)理。通過多種實(shí)驗(yàn)手段，研究固體推進(jìn)劑要組分的表界面性能、組分間相互作用強(qiáng)度，以及推進(jìn)劑在拉伸過程中的力學(xué)行為

推進(jìn)劑啞鈴型試樣示意圖（單位:mm）

圖 2-2 推進(jìn)劑原位拉伸試樣示意圖（單位: mm）機(jī)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(guān)關(guān)系的技術(shù)[77]。通過 DMA

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2769627