一种凝胶推进剂燃烧燃速测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种凝胶推进剂燃烧性能测试方法，该方法由以下步骤完成：直接取制备好的凝胶推进剂作为被测试样，将试样注入内径8mm～10mm的一端封口的薄壁直塑料管中制成待测药管，将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端上放置点火药，用镍铬丝固定，并用包覆剂进行端面包覆；将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射燃速仪中测试燃烧速度，计算平均燃速、燃速压强指数和燃速温度敏感系数。该方法简单易操作，测试周期短，可快速、准确地测试凝胶推进剂的燃烧性能。
【专利说明】一种凝胶推进剂燃烧燃速测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种凝胶推进剂燃烧燃速测试方法。
【背景技术】
[0002]推进剂的燃烧速度是指单位时间内沿固体推进剂表面的法线方向上固相消失的 距离，简称固体推进剂的燃速。它决定着固体推进剂能量的释放速度，也是计算固体推进剂 其它燃烧性能(燃速压强指数、燃速温度敏感系数、侵蚀比等)的核心参量。无论燃烧时压 强、初温、气流速度等影响因素的变化，最终都将反映在燃速的变化上。此外，它还直接影响 火箭发动机的弹道性能、飞行速度和工作稳定性等。因此，固体推进剂的燃速是武器所要求 的重要性能参数之一，研究燃速及燃速受影响因素的变化规律，可以为固体火箭发动机和 装药设计者提供重要的设计参数。
[0003]凝胶推进剂是由固体推进剂演变而成的一种新型化学推进剂，它是以少量凝胶剂 或增稠剂，将约为其用量3?1000倍(质量分数)液体粘合剂组分(氧化剂或燃烧剂或二者 的混合物)凝胶化，液体粘合剂组分可占总重量分数20%?50%，它是将大量的常规固体推 进剂组分均匀地悬浮于体系中形成一种非液非固、可逆的、触变的、牛顿假塑性流体，可直 接灌装发动机或贮箱内不需要固化，凝胶推进剂同时拥有液体推进剂和固体推进剂的优良 性能，是一种高性能推进剂，与液体推进剂相比凝胶推进剂不但降低了燃烧泄露的风险，还 可以控制其流量，与固体推进剂相比，凝胶推进剂的撞击、摩擦和静电火花感度都较好，不 存在裂纹问题。从性质上看，凝胶推进剂有较高的质量比冲和密度比冲，因此，凝胶推进剂 作为新型特种推进剂，在军事领域和民用航天领域具有广泛的应用前景，是目前研究的热 点。
[0004]目前凝胶推进剂燃烧性能测试工作主要在发动机或缩比发动机上进行，该方法虽 然可以更加客观地反应凝胶推进剂实际工作中的一些性能参数，但存在测试周期长、原材 料消耗大、试验成本高等弊端，并不适用于基础研究工作，在凝胶推进剂配方研究初期，需 要通过燃烧性能对某个配方组分进行初步筛选，需要一种快速有效的凝胶推进剂燃烧性能 测试方法。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种高效、快速的凝胶推进剂燃速测试方法，该方法可以解 决传统的凝胶推进剂燃速测试方法中存在的测试周期长、操作步骤繁琐、测试需要大量样 品的问题。
[0006]本发明实现过程如下:
一种凝胶推进剂燃烧性能的测试方法，包括以下步骤:
(1)直接取制备的凝胶推进剂作为被测试样；
(2)将试样注入内径8mm?IOmm的一端封口的薄壁直塑料管中，用真空泵设备对塑料 管进行抽真空处理，制成待测药管；(3)进行燃速温度敏感系数测试时，将被测药管放入高低温箱内静置30分钟后测试；
(4)将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端上方放置0>5X2mm或 5X5X2mm的固体推进剂作为点火药，绑直径0.3mm镍铬丝固定，并用包覆剂进行端面包 覆；
(5)将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射燃速仪的燃烧室中，调整水面高低， 设定初始温度和压强，启动点火按钮进行燃速测试；
(6)记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁；
(7)对于同一种样品，在每一固定温度、压强点下重复进行5次测试，利用格拉布斯 Grubbs法剔除异常数据后取平均值作为单点燃速的最终测试结果；
(8)进行燃速压强指数测试时，初始温度不变，设定不同初始压强，重复上述(I)至(7) 步骤，计算燃速压强指数；
(9)进行燃速温度敏感系数测试时，初始压强不变，设定不同初始温度，重复上述(I)至
(7)步骤，计算燃速温度敏感系数。
[0007]上述步骤(I)中，采用在推进剂生产过程中或实验室中手工混合的凝胶推进剂作 为样品。
[0008]上述步骤(2)中采用管壁厚度小于0.5mm,内径5mm的薄壁直塑料管，管的长度为 50mm-200mmo将凝胶推进剂直接注入塑料管内，对于有些不易流动的凝胶推进剂样品，通过 充压装置将其挤入塑料管内，凝胶推进剂注入塑料管后用真空泵设备对塑料管内部进行抽 真空处理，排出气泡。最终处理后的凝胶推进剂上表面与塑料管相平，确保高度与塑料管长 度一致，采用塑料管的长度作为测试过程中试样的有效长度参与燃速计算。
[0009]上述步骤(4)中，采用cI5SXSmm或5X 5X 2mm大小的双基或复合类固体推进剂作 为点火药。作为点火药的固体推进剂的高度不计入燃速测试的有效长度。采用直径为0.3mm 的镍铬丝作为点火丝，它两端固定在燃烧室药架的铜柱上，中间与点火药块紧密接触。选用 醋酸纤维和丙酮混合后调成的糊状物作为包覆剂，起端面包覆的作用，对于在水下不易被 点燃的试样可以采用黑火药、双基火药和丙酮混合后调成的糊状物作为包覆剂。
[0010]上述步骤(5)中，采用符合国家军用标准《GJB 770B-2005方法706.2燃速水下 声发射法》要求的水下声发射法燃速测试仪器。
[0011]本发明采用规定圆柱直径下的线性燃速表示法表示凝胶推进剂的燃烧速度大小。
[0012]本发明具有以下有益效果:(I)本发明直接采用凝胶推进剂进行燃速及燃速压强 指数、燃速温度敏感系数测试，几乎可达到“在线测试”的程度，极大程度地缩短了推进剂燃 烧性能的研制、生成周期，尤其适用于凝胶推进剂配方的基础研究阶段。(2)与传统的凝胶 推进剂燃烧性能测试方法相比，本发明只需少量被测试样就能完成测试，有效地避免了在 推进剂试样制备工艺中对最小投料量的限制，适用于对还不能进行大规模生产的新型高能 量密度材料燃烧性能的测试；(3)本发明使用水下声发射燃速测试方法，在所有的水下声 发射燃速测试装置中均可实现，在测试过程中参照相关的国家军用标准执行。装药容器选 用普通硬质塑料管，测试前期的准备工作也相对简捷、方便，易于在行业中得到推广。
【具体实施方式】
[0013]以下通过具体实施例对本发明作进一步的说明。[0014]将内径为IOmm的薄壁直塑料管精确地截取至IOOmm长度，并用胶布将其一端封闭，然后将凝胶推进剂注入其中，进行抽真空处理，制成待测药管。将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端上放置5 X 2mm或5 X 5 X 2mm的固体推进剂作为点火药，用直径0.3mm镍铬丝固定，使点火丝与点火药紧密接触。进行燃速温度敏感系数测试时，将被测药管放入高低温箱内静置30分钟后方可测试。用包覆剂进行端面包覆，完全封闭点火丝与点火药的接触面；将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射燃速仪的燃烧室中，调整水面(温度小于0°C时用CaCl2溶液)高低，设定初始温度和压强，待燃烧室内压强和液体温度都满足要求后，启动点火按钮进行燃速测试。测试完毕后，读取燃烧时间和测试压力，记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁，完成本次测试。
[0015]单点燃速测试是在规定条件下，依次重复测试，以每组5个有效测定值(若有可疑数据，经舍弃后，不得少于4个测定值)，按照如下的方法得出测试结果:
单个试验燃速计算:
【权利要求】
1.一种凝胶推进剂燃烧性能的测试方法，其特征在于包括以下步骤:(1)直接取制备的凝胶推进剂作为被测试样；(2)将试样注入内径8mm~IOmm的一端封口的薄壁直塑料管中，用真空泵设备对塑料管进行抽真空处理，制成待测药管；(3)进行燃速温度敏感系数测试时，将被测药管放入高低温箱内静置30分钟后测试；(4)将待测药管固定在燃烧室药架上，在未封口的一端上方放置0>5X2mm或 5X5X2mm的固体推进剂作为点火药，绑直径0.3mm镍铬丝固定，并用包覆剂进行端面包覆；(5)将绑好待测药管的燃烧室药架放入水下声发射燃速仪的燃烧室中，调整水面高低， 设定初始温度和压强，启动点火按钮进行燃速测试；(6)记录测试结果，排气，排水，取出燃烧室药架并清洁；(7)对于同一种样品，在每一固定温度、压强点下重复进行5次测试，利用格拉布斯 Grubbs法剔除异常数据后取平均值作为单点燃速的最终测试结果；(8 )进行燃速压强指数测试时，初始温度不变，设定不同初始压强，重复上述(I)至(7 ) 步骤，计算燃速压强指数；(9)进行燃速温度敏感系数测试时，初始压强不变，设定不同初始温度，重复上述(I)至(7)步骤，计算燃速温度敏感系数。
2.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(1)中，采用在推进剂生产过程中或实验室中手工混合的凝胶推进剂作为样品。
3.根据权利要求1所述的凝`胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(2)中采用管壁厚度小于0.5mm,内径5mm的薄壁直塑料管，管的长度为50mm-200mm。
4.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(2)中，将凝胶推进剂直接注入塑料管内，对于有些不易流动的凝胶推进剂样品，通过充压装置将其挤入塑料管内，凝胶推进剂注入塑料管后用真空泵设备对塑料管内部进行抽真空处理，排出气泡。
5.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(2)中，最终处理后的凝胶推进剂上表面与塑料管相平，确保高度与塑料管长度一致，采用塑料管的长度作为测试过程中试样的有效长度参与燃速计算。
6.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(4)中，采用0>5X2mm或5X5X2mm大小的双基或复合类固体推进剂作为点火药。
7.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(4)中，作为点火药的固体推进剂的高度不计入燃速测试的有效长度。
8.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(4)中，采用直径为0.3mm的镍铬丝作为点火丝，它两端固定在燃烧室药架的铜柱上，中间与点火药块紧密接触。
9.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(4)中，选用醋酸纤维和丙酮混合后调成的糊状物作为包覆剂，起端面包覆的作用，对于在水下不易被点燃的试样采用黑火药、双基火药和丙酮混合后调成的糊状物作为包覆剂。
10.根据权利要求1所述的凝胶推进剂燃烧性能测试方法，其特征在于:步骤(5)中，采用符合国家军用标准 《GJB 770B-2005方法706.2燃速水下声发射法》要求的水下声发射法燃速测试仪器。
【文档编号】G01N31/12GK103604905SQ201310580950
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】裴庆, 赵凤起, 徐司雨, 仪建华, 姚二岗, 郝海霞, 高红旭, 安亭, 肖立柏 申请人:西安近代化学研究所