主控提前點(diǎn)火對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑慢速烤燃響應(yīng)的影響*

張海軍，聶建新，王 領(lǐng)，王 棟，胡 峰，郭學(xué)永

（1. 北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2. 西安長(zhǎng)峰機(jī)電研究所，陜西 西安 710065）

烤燃實(shí)驗(yàn)是分析和評(píng)估彈藥易損性的重要方法，考核彈藥在意外熱刺激下的響應(yīng)劇烈程度，評(píng)估彈藥的不敏感性能[1-2]。復(fù)合推進(jìn)劑是目前固體導(dǎo)彈或固體火箭的常用燃料，在遭受意外熱刺激時(shí)，可能會(huì)發(fā)生點(diǎn)火，進(jìn)而導(dǎo)致燃燒，甚至爆炸或爆轟等嚴(yán)重的事故[3]。

慢速烤燃特性是復(fù)合推進(jìn)劑和發(fā)動(dòng)機(jī)熱安全性研究中的重點(diǎn)，也是目前研究的難點(diǎn)。針對(duì)含能材料在慢速烤燃條件下的安全性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們開展了廣泛的研究，探討了升溫速率、約束條件、結(jié)構(gòu)尺寸等對(duì)烤燃響應(yīng)結(jié)果的影響，建立了慢速烤燃的實(shí)驗(yàn)方法和理論模型，形成了考核標(biāo)準(zhǔn)[4-11]。陳朗等[12]、智小琦等[13]、周霖等[14]對(duì)DNAN 基炸藥在慢速烤燃條件下的安全性開展了研究，分析了炸藥相變及流變特性對(duì)烤燃響應(yīng)結(jié)果的影響。Foureur 等[15]研究了高氯酸銨/端羥基聚丁二烯（AP/HTPB）推進(jìn)劑受裝藥特性和升溫速率的影響，發(fā)現(xiàn)在快速升溫時(shí)反應(yīng)劇烈程度低于慢速升溫時(shí)。李文鳳[16]研究了裝藥尺寸對(duì)AP/HTPB 底排藥烤燃特性的影響，發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔大小、裝藥長(zhǎng)度對(duì)響應(yīng)結(jié)果都有影響。宋柳芳等[17]通過(guò)研究不同結(jié)構(gòu)端羥基聚醚（HTPE）推進(jìn)劑裝藥的發(fā)動(dòng)機(jī)慢速烤燃過(guò)程，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)慢速烤燃結(jié)構(gòu)影響很大。

在發(fā)動(dòng)機(jī)的慢速烤燃低易損設(shè)計(jì)中，主控提前點(diǎn)火是一種工程上有效降低反應(yīng)等級(jí)的途徑。在提前點(diǎn)火設(shè)計(jì)中，主控點(diǎn)火溫度的選擇是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，然而，針對(duì)主控點(diǎn)火溫度對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑慢速烤燃響應(yīng)特性影響的研究較少。因此，研究主控點(diǎn)火溫度對(duì)推進(jìn)劑慢速烤燃響應(yīng)特性的影響規(guī)律，了解緩慢加熱條件下復(fù)合推進(jìn)劑的熱反應(yīng)過(guò)程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)慢速烤燃主控提前點(diǎn)火技術(shù)設(shè)計(jì)中主控點(diǎn)火溫度的選擇具有重要意義。

本文中針對(duì)主控點(diǎn)火溫度對(duì)含AP 復(fù)合推進(jìn)劑的慢速烤燃過(guò)程的影響，設(shè)計(jì)了在不同溫度下點(diǎn)火的慢速烤燃實(shí)驗(yàn)，并研究緩慢加熱條件下推進(jìn)劑熱的分解失重及細(xì)觀損傷，結(jié)合數(shù)值計(jì)算，探討點(diǎn)火前推進(jìn)劑內(nèi)的溫度分布及推進(jìn)劑細(xì)觀結(jié)構(gòu)熱損傷過(guò)程，并給出主控點(diǎn)火溫度選擇的建議，以期為發(fā)動(dòng)機(jī)慢速烤燃主控點(diǎn)火溫度的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

慢速烤燃實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括烤燃件、烤燃箱、熱電偶、壓力傳感器、溫控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，圖1～2 分別為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖和現(xiàn)場(chǎng)布置圖。加熱系統(tǒng)由溫控系統(tǒng)、烤燃箱及熱電偶組成，溫控系統(tǒng)由控溫?zé)犭娕己蜏乜叵浣M成。熱電偶測(cè)量加熱過(guò)程中推進(jìn)劑裝藥所處的環(huán)境溫度，并將溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋到溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整加熱功率實(shí)現(xiàn)對(duì)烤燃溫度的控制，按照既定的升溫程序?qū)ν七M(jìn)劑裝藥進(jìn)行加熱。在推進(jìn)劑裝藥中預(yù)置多個(gè)熱電偶監(jiān)測(cè)烤燃過(guò)程中推進(jìn)劑內(nèi)部的溫度變化。在距離烤燃件中心3.0 和3.5 m 處分別布置10 個(gè)超壓傳感器，監(jiān)測(cè)烤燃件發(fā)生響應(yīng)時(shí)的沖擊波超壓。

烤燃件通過(guò)支架和固定工裝固定在烤燃箱內(nèi)，保證烤燃件可靠固定，如圖3 所示。烤燃件直徑為200 mm，殼體厚度為3 mm，整體長(zhǎng)度為900 mm，推進(jìn)劑裝藥長(zhǎng)度為450 mm，推進(jìn)劑裝藥質(zhì)量為17 kg，裝藥為HTPE 復(fù)合推進(jìn)劑。沖擊波超壓傳感器采用PCB 生產(chǎn)的137B24 自由場(chǎng)傳感器，采集器采集頻率不低于2 MHz，采集時(shí)間為3 s。溫度傳感器采用鎧裝熱電偶，測(cè)溫范圍為0～1 200 ℃，采樣頻率不低于2 Hz，持續(xù)采集溫度信號(hào)，直至烤燃件發(fā)生反應(yīng)。熱電偶布置如圖4 所示，在烤燃件內(nèi)部布置6 路溫度測(cè)試點(diǎn)，用于記錄烤燃件內(nèi)部推進(jìn)劑的溫度變化。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)條件參照MIL-2105D《美國(guó)非核彈藥危險(xiǎn)性評(píng)估試驗(yàn)》[18]標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定：從室溫以5 ℃/min 的升溫速率升溫至50 ℃，保溫8 h，再以3.3 ℃/h 的升溫速率對(duì)烤燃件進(jìn)行烤燃，直至發(fā)生反應(yīng)。為研究主控點(diǎn)火溫度對(duì)烤燃響應(yīng)劇烈程度的影響，進(jìn)行2 發(fā)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)1 按照升溫條件持續(xù)加熱，直至發(fā)生反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)2 先按照升溫條件進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度到達(dá)120 ℃時(shí)，通過(guò)點(diǎn)火裝置進(jìn)行主動(dòng)提前點(diǎn)火。

2 數(shù)值計(jì)算

推進(jìn)劑受熱發(fā)生點(diǎn)火的過(guò)程通常可以表示為：(1)環(huán)境中熱量傳入反應(yīng)系統(tǒng)；(2)反應(yīng)系統(tǒng)分解放熱；(3)分解產(chǎn)生的熱量向環(huán)境散失。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散失到環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)溫度上升，使分解加速，系統(tǒng)形成自熱，使系統(tǒng)的溫度更快地上升，最終導(dǎo)致燃燒或爆炸。

為建立計(jì)算模型，對(duì)烤燃過(guò)程作出如下假設(shè)[12]：

(1)推進(jìn)劑與絕熱層及絕熱層與殼體間無(wú)間隙，且忽略接觸熱阻；

(2)推進(jìn)劑裝藥在整個(gè)烤燃過(guò)程中為固態(tài)，相變的影響可忽略；

(3)推進(jìn)劑裝藥的自熱反應(yīng)過(guò)程采用Arrhenius 定律描述，化學(xué)反應(yīng)為零級(jí)放熱反應(yīng)；

(4)各材料的物性參數(shù)及化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)為常量，不隨溫度變化。

在推進(jìn)劑烤燃過(guò)程中，系統(tǒng)中固相的能量輸運(yùn)方程可以用下面的形式表達(dá)：

式中：i表示烤燃件的不同結(jié)構(gòu)材料； ρi、ci、 λi和Si分別對(duì)應(yīng)材料的密度、比熱容、熱導(dǎo)率和內(nèi)熱源；T為溫度，r為圓柱坐標(biāo)系中的徑向距離；x為軸向距離。烤燃件中惰性材料內(nèi)熱源均為零，推進(jìn)劑裝藥的內(nèi)熱源為其自熱反應(yīng)放熱率。

假設(shè)推進(jìn)劑自熱反應(yīng)放熱過(guò)程滿足Arrhenius 方程，按照如下所示的零級(jí)反應(yīng)模型，反應(yīng)速率表達(dá)式為：

式中：α 為推進(jìn)劑反應(yīng)度；v為化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)；f(α) 為反應(yīng)機(jī)理函數(shù)；A為指前因子，E為活化能，R為氣體常數(shù)。則自熱源項(xiàng)S可以表示為

式中：ρ 為推進(jìn)劑密度；Q為推進(jìn)劑反應(yīng)熱；f(α)=(1-α)n，n為反應(yīng)級(jí)數(shù)。由于假設(shè)化學(xué)反應(yīng)為零級(jí)放熱反應(yīng)，因此n=0，f(α)=1 。

烤燃件材料參數(shù)如表1 所示，建立的數(shù)值計(jì)算模型如圖5 所示，在進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)網(wǎng)格尺寸小于1 mm 時(shí)，計(jì)算結(jié)果不受網(wǎng)格大小的影響。為更好地捕捉反應(yīng)位置，對(duì)推進(jìn)劑部分采用加密網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為0.1 mm，空氣域部分網(wǎng)格尺寸為0.5 mm，殼體和絕熱層網(wǎng)格尺寸為0.2 mm，網(wǎng)格數(shù)量為148 萬(wàn)。

表1 烤燃件材料參數(shù)[9]Table 1 Material parameters of cook-off components[9]

3 結(jié)果及討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖6 為實(shí)驗(yàn)1 中熱電偶測(cè)量得到的溫度隨時(shí)間變化曲線，可以看出，在加熱的初始階段，升溫速率較高，靠近殼體表面的溫度傳感器TC1 和TC6 溫度較高，內(nèi)部靠近兩端的溫度傳感器TC2 和TC5 溫度次之，TC3 和TC4 溫度最低。這是由于在慢速烤燃過(guò)程中，熱量從殼體表面向裝藥內(nèi)部傳遞，受傳熱速率的影響，溫度從殼體表面到裝藥內(nèi)部形成逐漸遞減的溫度梯度。經(jīng)過(guò)8 h 保溫后，基本達(dá)到熱平衡，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度相差很小。隨后以3.3 K/h 的升溫速率加熱時(shí)，溫度分布從外向內(nèi)有一個(gè)較小的溫度差，直到達(dá)到推進(jìn)劑的分解溫度，推進(jìn)劑組分發(fā)生分解放出熱量。在推進(jìn)劑熱分解、外界加熱及熱傳導(dǎo)的相互作用下，溫度最高點(diǎn)逐漸向推進(jìn)劑內(nèi)部移動(dòng)，最終高溫區(qū)域移動(dòng)到傳感器TC5 位置時(shí)達(dá)到點(diǎn)火溫度，發(fā)生點(diǎn)火，初始反應(yīng)位置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)5 附近。

圖7 為實(shí)驗(yàn)2 中監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度，實(shí)驗(yàn)2 中選擇在120 ℃時(shí)進(jìn)行了人為干預(yù)，通過(guò)遠(yuǎn)程點(diǎn)火裝置進(jìn)行提前點(diǎn)火，點(diǎn)火位置位于靠近尾部的燃燒室內(nèi)（TC5 附近）。從監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度分布上看，靠近殼體的推進(jìn)劑溫度更高，與實(shí)驗(yàn)1 中前1 768 min 的數(shù)據(jù)基本一致，從溫度分布和變化趨勢(shì)上來(lái)看此時(shí)推進(jìn)劑尚未發(fā)生明顯的分解。

實(shí)驗(yàn)1 反應(yīng)后現(xiàn)場(chǎng)破壞情況如圖8 所示，反應(yīng)后無(wú)殘留推進(jìn)劑，未找到殼體碎片和見證板碎片，烤燃箱體嚴(yán)重破壞，原地只留下少量變形嚴(yán)重金屬殘片，判斷這些殘片屬于固定工裝及烤燃箱，在距離烤燃箱30～100 m 的區(qū)域找到了少量破壞嚴(yán)重的烤燃箱體碎片。圖9 為反應(yīng)后壓力傳感器收集到的壓力數(shù)據(jù)，測(cè)到有效數(shù)據(jù)17 個(gè)，9、11 及19 傳感器損壞未測(cè)到有效數(shù)據(jù)。從壓力曲線上可以看出，形成了典型的超壓曲線，說(shuō)明發(fā)生了爆炸及以上反應(yīng)，對(duì)相同距離處的沖擊波超壓峰值求平均值，通過(guò)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)TNT 當(dāng)量進(jìn)行計(jì)算，TNT 當(dāng)量為10.35 kg，發(fā)生劇烈爆炸。

圖10 為實(shí)驗(yàn)2 反應(yīng)后現(xiàn)場(chǎng)破壞情況：烤燃件殼體兩端沖開，側(cè)壁完整無(wú)明顯變形，烤燃箱兩端燒穿，主體完整；未測(cè)到有效沖擊波超壓，最終反應(yīng)等級(jí)判定為燃燒。對(duì)比兩發(fā)實(shí)驗(yàn)，除點(diǎn)火溫度不同外，其他條件相同，而實(shí)驗(yàn)2 反應(yīng)劇烈程度遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)1。這說(shuō)明，在較低的溫度下通過(guò)主動(dòng)控制提前點(diǎn)火可以有效地緩解反應(yīng)劇烈程度。

3.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件建立數(shù)值模型，對(duì)烤燃過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，圖11 所示為實(shí)驗(yàn)1 中監(jiān)測(cè)點(diǎn)5溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，可以看出計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，數(shù)值計(jì)算能較好地再現(xiàn)烤燃件的慢速烤燃過(guò)程。

為分析主控點(diǎn)火溫度影響反應(yīng)劇烈程度的原因，首先對(duì)點(diǎn)火前的推進(jìn)劑內(nèi)部的溫度分布進(jìn)行計(jì)算。圖12 所示為烤燃件在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行慢速烤燃時(shí)的溫度變化云圖。圖12（a）為烤燃1 min 時(shí)的溫度分布，開始加熱后熱量從殼體表面向推進(jìn)劑內(nèi)部傳遞。圖12（b）對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)2 中點(diǎn)火時(shí)刻，可以看出，在實(shí)驗(yàn)2 中開始點(diǎn)火時(shí)，溫度最高區(qū)域位于殼體。這說(shuō)明，此時(shí)推進(jìn)劑未發(fā)生明顯的分解，溫度分布因從外部加熱而呈現(xiàn)由外向內(nèi)遞減的趨勢(shì)。繼續(xù)加熱，當(dāng)靠近殼體表面的推進(jìn)劑達(dá)到分解溫度時(shí)，部分組分發(fā)生分解放出熱量，高溫區(qū)域逐漸由殼體轉(zhuǎn)移到該部分推進(jìn)劑，但是由于溫度不是很高，分解速率較慢，放熱不多，不足以引發(fā)熱點(diǎn)積累導(dǎo)致整體點(diǎn)火。推進(jìn)劑的整體溫度在外部加熱和推進(jìn)劑緩慢分解的影響下逐漸升高，溫度最高區(qū)域從殼體逐漸向裝藥內(nèi)部轉(zhuǎn)移，最終在監(jiān)測(cè)點(diǎn)5 附近發(fā)生點(diǎn)火，如圖12（c）所示，與實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的溫度數(shù)據(jù)吻合。可以看出，在發(fā)生點(diǎn)火前，推進(jìn)劑溫度在175 ℃以上，高溫區(qū)域甚至在210 ℃以上，遠(yuǎn)高于殼體溫度164 ℃。這說(shuō)明，推進(jìn)劑整體均發(fā)生了明顯的分解，尤其是高溫區(qū)域分解更為明顯。

3.3 結(jié)果分析與討論

對(duì)比實(shí)驗(yàn)1 和實(shí)驗(yàn)2 的結(jié)果，可以看出：實(shí)驗(yàn)1 的點(diǎn)火是由于在加熱過(guò)程中推進(jìn)劑發(fā)生熱分解，放出熱量，隨著溫度的升高，分解速率加快，釋放熱量增加，最終熱量的積累導(dǎo)致了推進(jìn)劑的整體反應(yīng)；而實(shí)驗(yàn)2 在120 ℃時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程點(diǎn)火裝置進(jìn)行人為干預(yù)點(diǎn)火，此時(shí)推進(jìn)劑本身尚未發(fā)生明顯的分解。實(shí)驗(yàn)1 發(fā)生劇烈爆炸，而實(shí)驗(yàn)2 發(fā)生燃燒反應(yīng)，這說(shuō)明通過(guò)主動(dòng)控制提前點(diǎn)火可以有效緩解發(fā)動(dòng)機(jī)慢速烤燃響應(yīng)的劇烈程度。影響因素中，溫度越高，推進(jìn)劑的燃燒速度越快[19]；當(dāng)點(diǎn)火溫度較高時(shí)，推進(jìn)劑中組分的分解導(dǎo)致的細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷對(duì)燃燒過(guò)程的影響。

為了分析在自熱點(diǎn)火前推進(jìn)劑的熱分解過(guò)程，制備了相同配方的推進(jìn)劑藥片，按照1 ℃/min 的升溫速率，采用如圖13 所示的加熱裝置進(jìn)行加熱，并監(jiān)測(cè)加熱過(guò)程中推進(jìn)劑藥片的質(zhì)量變化和形貌變化，推進(jìn)劑初始質(zhì)量為3.85 g。推進(jìn)劑的質(zhì)量和外觀形貌變化如圖14 所示，在80 min 前，推進(jìn)劑的質(zhì)量變化很小，繼續(xù)加熱，推進(jìn)劑開始分解失重（由于控溫?zé)犭娕荚谘趸X片下方，測(cè)量溫度為環(huán)境溫度，熱電偶采集溫度低于推進(jìn)劑表面實(shí)際溫度），且隨著溫度的升高，質(zhì)量損失速率加快，在發(fā)生點(diǎn)火前失重16.1%。推進(jìn)劑在加熱過(guò)程中顏色也有所加深，當(dāng)加熱到接近160 min 時(shí)，推進(jìn)劑從溫度較高的四周開始發(fā)生明顯分解，粘結(jié)劑體系的分解導(dǎo)致推進(jìn)劑顏色變成白灰色，繼續(xù)加熱，整塊推進(jìn)劑都因粘結(jié)劑分解而變成白色，并在邊緣形成了較大的裂紋，隨后發(fā)生燃燒。

進(jìn)一步分析由于推進(jìn)劑組分分解導(dǎo)致的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，為保證樣品加熱環(huán)境相同，在同一氧化鋁片上放置了多塊推進(jìn)劑藥塊，待加熱到80、160 min 時(shí)在高溫條件下分別取出一塊樣品，待臨近點(diǎn)火前停止加熱，獲得臨界點(diǎn)火狀態(tài)的推進(jìn)劑樣品。待樣品冷卻后，通過(guò)SEM 分析加熱導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損傷，如圖15 所示。從圖15 中可以看出：在80 min 以前沒有明顯的變化；但是加熱到160 min 時(shí)，粘結(jié)劑發(fā)生了明顯分解，同時(shí)AP 表面可以觀察到少量分解導(dǎo)致的孔隙結(jié)構(gòu)；當(dāng)臨近點(diǎn)火前，粘結(jié)劑分解嚴(yán)重，AP 及鋁粉已經(jīng)幾乎完全裸漏出來(lái)，同時(shí)AP 也發(fā)生了明顯的分解，在表面可以觀察到大量孔狀結(jié)構(gòu)。在緩慢加熱條件下推進(jìn)劑中粘結(jié)劑及AP 的分解導(dǎo)致推進(jìn)劑裝藥的細(xì)觀結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，這在點(diǎn)火后可能造成燃面增大，燃燒加速，導(dǎo)致劇烈的反應(yīng)。

為分析提前點(diǎn)火溫度對(duì)慢速烤燃響應(yīng)特性的影響，先分析烤燃件慢速烤燃點(diǎn)火前推進(jìn)劑高溫區(qū)域分布特征。為避免推進(jìn)劑中粘結(jié)劑及AP 發(fā)生明顯分解進(jìn)而導(dǎo)致點(diǎn)火后的反應(yīng)烈度增大，計(jì)算大于150 ℃時(shí)的推進(jìn)劑區(qū)域隨主控點(diǎn)火溫度的變化，如圖16 所示，為主控點(diǎn)火溫度為120、130 、140、150、160 和164 ℃時(shí)的高溫區(qū)域推進(jìn)劑分布情況。

從圖16 中可以看出，在120 和130 ℃點(diǎn)火時(shí)，推進(jìn)劑內(nèi)部溫度沒有達(dá)到150 ℃以上的區(qū)域；當(dāng)點(diǎn)火溫度達(dá)到140 ℃時(shí)，靠近噴管附近的少量推進(jìn)劑溫度已經(jīng)達(dá)到了150 ℃以上，說(shuō)明此時(shí)推進(jìn)劑已經(jīng)發(fā)生了部分分解并形成了熱量積累，導(dǎo)致推進(jìn)劑內(nèi)部溫度高于殼體表面溫度。當(dāng)點(diǎn)火溫度達(dá)到150 ℃時(shí)，已經(jīng)有較高比例的推進(jìn)劑溫度高于150 ℃，當(dāng)點(diǎn)火溫度達(dá)到160 ℃或自然點(diǎn)火時(shí)，全部推進(jìn)劑溫度都在150 ℃以上。

通過(guò)圖像處理，進(jìn)一步分析高于150 ℃的推進(jìn)劑占總推進(jìn)劑的比例。根據(jù)文獻(xiàn)[20]中的方法，采用ImageJ 軟件和Matlab 軟件，計(jì)算不同溫度下高溫推進(jìn)劑的占比，結(jié)果如圖17 所示，圖中橫坐標(biāo)為殼體溫度，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)時(shí)刻150 ℃以上推進(jìn)劑占總推進(jìn)劑的質(zhì)量比。從圖中可以看出，當(dāng)殼體溫度高于138 ℃時(shí)，出現(xiàn)超過(guò)150 ℃的推進(jìn)劑占總推進(jìn)劑的質(zhì)量比出現(xiàn)快速增加，當(dāng)殼體溫度達(dá)到156 ℃時(shí)，全部的推進(jìn)劑都達(dá)到150 ℃以上。因此，針對(duì)該烤燃件的慢速烤燃，可以認(rèn)為在138 ℃以下提前點(diǎn)火，可以避免推進(jìn)劑中AP 發(fā)生分解，以達(dá)到降低點(diǎn)火后的燃燒演化速率及反應(yīng)烈度的目的。

4 結(jié) 論

針對(duì)點(diǎn)火溫度對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑裝藥在慢速烤燃條件下的影響，開展了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研究，并對(duì)影響機(jī)制開展了分析，得到如下結(jié)論。

(1)針對(duì)復(fù)合推進(jìn)劑的慢速烤燃，點(diǎn)火溫度會(huì)對(duì)反應(yīng)劇烈程度造成較大的影響，點(diǎn)火溫度越低響應(yīng)劇烈程度越低。以本文中研究的典型復(fù)合推進(jìn)劑為例，在164 ℃發(fā)生點(diǎn)火時(shí)發(fā)生劇烈爆炸，在120 ℃點(diǎn)火時(shí)，發(fā)生燃燒反應(yīng)，在推進(jìn)劑達(dá)到分解溫度之前提前點(diǎn)火，可以有效降低慢速烤燃響應(yīng)等級(jí)。

(2) 針對(duì)推進(jìn)劑緩慢加熱條件下的分解過(guò)程研究發(fā)現(xiàn)，推進(jìn)劑在緩慢加熱過(guò)程中粘結(jié)劑組分和AP 會(huì)發(fā)生明顯分解，產(chǎn)生裂紋和孔隙。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)殼體溫度大于138 ℃，出現(xiàn)超過(guò)150 ℃的推進(jìn)劑，隨著殼體溫度的升高，高溫推進(jìn)劑的占比快速提升，當(dāng)殼體溫度達(dá)到156 ℃時(shí)，全部推進(jìn)劑都達(dá)到150 ℃以上，考慮到AP 分解導(dǎo)致的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)劇烈程度的影響，提前點(diǎn)火溫度的設(shè)定應(yīng)低于138 ℃。

(3)為了避免在慢速烤燃過(guò)程中推進(jìn)劑中AP 發(fā)生分解產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)而導(dǎo)致點(diǎn)火后反應(yīng)劇烈，通過(guò)一定的措施提前點(diǎn)火，降低點(diǎn)火時(shí)推進(jìn)劑的溫度，可以有效降低反應(yīng)劇烈程度，技術(shù)上可行，降低反應(yīng)烈度效果明顯。