基于換熱分析的儲存環(huán)境對固體推進劑影響研究

任佰足 張向龍 陳振亞

摘? 要：儲存環(huán)境是影響固體推進劑性能的重要因素之一，其可能導致脫粘、裂紋等內部缺陷的產生，將嚴重影響推進劑的正常使用，帶來安全隱患。首先，研究了固體推進劑的老化與溫度的關系，以及當溫度不變時，濕度與固體推進劑老化的關系，并得到了固體推進劑的最佳儲存溫度和濕度;其次，通過傳熱學的計算，得到了推進劑溫度與洞庫溫度之間的關系。研究結果可為推進劑的儲存環(huán)境優(yōu)化、存儲條件改善提供理論支撐。

關鍵詞：固體推進劑? 儲存環(huán)境? 換熱分析? 影響研究

中圖分類號：V512? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）7（b）-0053-03

Abstract： The storage environment is one of the important factors affecting the performance of solid propellant， which may lead to the generation of internal defects such as debonding， cracks， etc.， which will seriously affect the normal use of the propellant and bring security risks. Firstly， the relationship between the aging and temperature of solid propellant and the relationship between the humidity and the aging of solid propellant when the temperature is constant are studied. The optimal storage temperature and humidity of solid propellant are obtained. Secondly， the relationship between the propellant temperature and the cavern temperature is obtained through the calculation of heat transfer. The results can provide theoretical support for the optimization of storage environment and the improvement of storage conditions.

Key Words： Solid propellant; Storage environment; Heat exchange analysis; Impact study

1? 溫濕度對固體推進劑的影響

固體推進劑在儲存過程中，由于受到儲存環(huán)境應力的影響，其性能必然發(fā)生變化[1]。經過一段時間儲存的產品，假設t時刻推進劑力學性能為p，這里所指的力學性能包括藥柱強度，延伸率，彈性模量，硬度等，以k表示反應速度[2]，則：

在濕熱環(huán)境中，主要加速應力是熱和濕度。根據量子力學理論，老化反應速度與溫度符合阿累尼烏斯公式，與溫度以外的應力成 次冪關系有：

這里T為絕對溫度，H為儲存環(huán)境濕度，在儲存環(huán)境中，由于推進劑受到物理化學反應的作用，其含濕量會發(fā)生變化，HL是推進劑在物理化學反應作用下含濕量的變化量，，，為與溫濕度無關的常數。若P0為推進劑力學性能的初始值，在t=L時：

2? 儲存環(huán)境與固體推經濟換熱分析

根據傳熱學原理，空氣與導彈外殼之間的傳熱是空氣對流換熱，換熱量可表示為[3-4]：

T1為空氣的溫度，T2為導彈殼體的外壁溫度，A為換熱面積。h1為空氣和導彈殼體外壁的表面換熱系數。

熱量通過導彈殼體、人工脫粘層到藥柱的傳熱是熱傳導，換熱量可表示為：

參考文獻

[1] 楊根，池旭輝，張峰濤，等.固體推進劑濕熱老化研究進展[J].化學推進劑與高分子材料，2019，17（6）：15-19.

[2] 梁蔚，呂慶山，陳雄，等.溫度對HTPB推進劑疲勞特性的影響[J].含能材料，2017，25（3）：184-190.

[3] 蔡高文. HTPE推進劑安全特性研究[D].南京：南京理工大學，2016.

[4] 張懷龍，菅曉霞.周偉良，等.固體火箭推進劑的模擬低溫點火沖擊試驗加載方法研究[J].兵工學報，2018，39（4）：717-723.

[5] 宋仕雄.低溫點火狀態(tài)下固體發(fā)動機藥柱結構完整性分析[D].西安：航天動力技術研究院，2018.

[6] 王鴻麗，許進升，陳雄，等.固體火箭推進劑過保溫后力學性能試驗研究[J].彈道學報，2018，30（1）：51-54.