考慮泊松比的固體發動機裝藥貯存壽命預估①

職世君，孫 冰，張建偉

(北京航空航天大學宇航學院，北京 100191)

0 引言

固體火箭發動機的壽命預估一直是設計和使用部門特別關注的問題，固體發動機裝藥結構壽命是影響發動機壽命的重要因素，國內外對此展開了大量試驗和理論研究。其中，利用加速老化試驗法或長期貯存試驗法確定推進劑的相關力學性能參數，再結合裝藥的結構完整性分析，對固體發動機裝藥結構壽命進行預估的方法［1－2］應用較廣泛。由于在發動機的貯存過程中，固體推進劑發生了化學老化和物理老化，使得固體推進劑的力學性能發生了較大變化［3－5］。因此，在對發動機裝藥進行結構完整性分析時，固體推進劑老化參數的選取顯得十分重要。因為發動機裝藥的有限元計算結果主要受推進劑的松弛模量和泊松比的影響。其中，泊松比的微小變化會對藥柱內部危險部位的應力、應變產生較大影響［6－7］。所以，在考慮推進劑老化松弛模量變化的同時，不能忽略泊松比的影響，這樣才更符合實際情況。

本文根據Wash理論及彈性力學公式，推導了固體推進劑初始泊松比與空穴率的關系，利用推進劑空穴率的貯存試驗結果［8］，近似得到了初始泊松比的變化規律。根據加速老化法得到推進劑瞬時模量及最大延伸率的貯存變化規律，結合有限元計算方法，預估了常溫貯存下發動機裝藥結構壽命。

1 推進劑泊松比與空穴率的關系

假設固體推進劑為各向同性材料，小孔隙在推進劑內均勻分布，從細觀尺度上認為，推進劑由若干個含1個小孔隙的立方體組成，取其中1個立方體為代表性體積單元進行分析，單元的空穴率與推進劑相等，如圖1所示。……