一种测试NEPE固体推进剂燃速的方法与流程

本发明涉及固体推进剂领域，具体一种nepe固体推进剂燃速的近红外光谱分析方法。

背景技术：

所述的nepe固体推进剂是硝酸酯增塑聚醚推进剂。

该nepe固体推进剂燃烧是以燃烧开始后其表面的退移来表征的。燃速定义为单位时间内火焰前沿在燃烧表面上所移动的法向距离。固体推进剂燃速是表征固体推进剂的主要指标，其燃速直接影响产品的性能。燃速测试方法分为药条燃烧器法、充液药条燃烧器法和超声法。药条燃烧器法是将一小条标准尺寸的推进剂试样(下文简称药条)在恒压燃烧器中燃烧，测试过前沿整个长度方向进行包覆阻燃，以保证燃烧垂直于表面进行。该法具有成本低、操作快速简单等优点。缺点是推进剂试样尺寸较小，因而可能夸大了推进剂不均匀性的作用。充液药条燃烧器法也采用推进剂药条，但药条较短，燃烧器中充满水，以保证药条的侧面阻燃。此法的优点是不必事先进行药条的侧面包覆。超声法是借助于推进剂药柱与燃烧产物间的声阻抗极不相同，通过测量波的发射和接收之间所经过的时间推断未燃推进剂厚度。此法的优点是可以进行直接测量、局部测量或瞬时测量。以上三种固体推进剂燃速的测试方法都需将固体推进剂药浆在50℃经7天固化后，按照对应的测试方法制成对应条件的药条，然后借助对应的测试仪测试固体推进剂燃速。此三种方法的缺点是固化过程较长，无法借助固体推进剂药浆判断固体推进剂燃速。

近红外光谱分析是一种二次测量的分析方法，即间接测量技术，需要通过将样品近红外光谱数据与样品的质量参数进行关联，建立校正模型。借助模型快速的给出测试样品的相关质量参数。近年来近红外光谱法在固体推进剂领域的应用主要针对丁羟推进剂的组分研究，对nepe固体推进剂燃速研究未见报道。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的固化过程较长，无法借助固体推进剂药浆判断固体推进剂燃速的不足，本发明提出了一种测试nepe固体推进剂燃速的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，确定近红外光谱数据采集参数：

通过对nepe固体推进剂药浆的测试确定近红外光谱数据采集参数。具体过程是：

取5～10份nepe固体推进剂药浆；对所述的5～10份nepe固体推进剂药浆逐份进行近红外光谱测试，得到一组近红外光谱测试曲线。

对得到的一组近红外光谱测试曲线进行比较，取信噪比小且扫描次数少的近红外光谱图的参数作为该nepe固体推进剂近红外光谱数据采集参数，最后确定的nepe固体推进剂近红外光谱数据采集参数为：

波数范围：全波段；

扫描次数：120次；

分辨率：4cm^-1。

测试所述近红外光谱时，依次对每一份nepe固体推进剂药浆进行全波段扫描；选择每一份nepe固体推进剂药浆的扫描次数分别为50次、100次、120次、160次、200次，每一次扫描的分辨率分别为2cm^-1、4cm^-1、8cm^-1；所述各扫描次数与所述各分辨率正交搭配。

步骤2，关系模型所需样品的选择与制备：

所述的关系模型是通过一系列的nepe固体推进剂的样品的近红外光谱数据与该nepe固体推进剂的样品燃速之间的关系建立的模型。

所述的关系模型所需样品是对nepe固体推进剂配方中的硝酸酯粘合剂、奥克托金、氧化剂的组分进行调整，调整的幅度为该组分占体系比例的±10～15％，所述的百分比为质量百分比。调整后的组分为百分之百。按所述方法调整后的nepe固体推进剂配方的数量≥30。

按调整后的nepe固体推进剂分别制备出样品。

将每一个所述调整后的nepe固体推进剂制备出的样品质量的1/3用于近红外光谱数据的测试；剩余的2/3在50℃下经7天固化成型后，用于测试nepe固体推进剂样品燃速。

步骤3，nepe固体推进剂样品近红外光谱数据采集：

根据步骤1确定的nepe固体推进剂近红外光谱数据采集参数采集nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据。

对每个nepe固体推进剂样品分别采集三张近红外光谱。分别取得到的三张近红外光谱的近红外光谱平均数据，并以各平均数据作为关系模型中的nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据，得到一组近红外光谱数据。

采集所述参数采集nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据时，测试间的温度为25±2℃，相对湿度≤65％。

步骤4，nepe固体推进剂样品燃速的测试：

分别测试各固化的nepe固体推进剂样品nepe固体推进剂样品燃速，得到一组nepe固体推进剂样品燃速数据，并以该组燃速数据作为关系模型中与nepe固体推进剂样品近红外光谱数据相关联的数据。

测试所述nepe固体推进剂样品燃速时，采用国军标中的水下声发射法。

步骤5，最佳模型参数选择及关系模型的建立：

所述最佳模型参数选择包括：nepe固体推进剂样品近红外光谱数据分析区间选择、nepe固体推进剂样品近红外光谱数据预处理和化学计量方法的选择，并根据选择的最佳模型参数确定最佳关系模型参数；所确定的关系模型参数为：

ⅰ光谱分析区间：6800cm^-1～5550cm^-1和5180cm^-1～4000cm^-1；

ⅱ光谱预处理：一阶导数；savitzky-golayfilter；

ⅲ化学计量方法:偏最小二乘法；

所述关系模型的相关系数为0.99365，标准偏差为0.0428mm/s。

步骤6，关系模型的验证：

所述验证关系模型的具体过程是：

在nepe固体推进剂中任意取10～20份样品。将每一个所述样品质量的1/3用于近红外光谱数据的测试；剩余的2/3在50℃下经7天固化成型后，用于测试nepe固体推进剂样品燃速。

逐份对得到的样品进行nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据采集，得到一组10～20个nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据。

逐份对得到的固化成型的样品测试nepe固体推进剂样品燃速，得到一组10～20个nepe固体推进剂样品燃速数据。

将得到一组nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据分别带入步骤5建立的关系模型中，得到一组nepe固体推进剂样品的燃速数据。将固化成型的nepe固体推进剂样品燃速数据与关系模型给出的燃速数据进行比较，二者燃速之间的标准偏差小于3％，证明所述关系模型可靠。

步骤7，nepe固体推进剂样品的测试：

在nepe固体推进剂中任意取一份样品。对得到的样品进行nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据采集。将所采集的各nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据输入至所述的关系模型中，即得到nepe固体推进剂样品燃速。

本发明解决nepe固体推进剂燃速测试过程中固化时间长的问题，提供了一种用近红外光谱技术快速分析nepe固体推进剂燃速的方法。

本发明中所使用的近红外附件为漫反射光纤。

本发明中的关系模型是通过测试标准品的近红外光谱图数据，经过光谱预处理方法处理后，确定标准品近红外光谱数据和nepe固体推进剂燃速之间的关系。

本发明测试过程中减少了样品固化过程，有效节约了样品测试时间。

本发明中所述的nepe固体推进剂样品测试条件应与nepe固体推进剂样品测试条件保持一致。

从检测结果可以看出，利用近红外技术对nepe固体推进剂燃速进行分析，完全达到规定的检测精度。用本发明检测nepe固体推进剂燃速，能够实现高效、无损的分析目的，彻底克服传统测试时需要固化成型耗时长的缺点，为nepe固体推进剂的生产质量及安全制造提供了一种方便快捷的检测方法。

附图说明

图1是采用近红外方法和采用标准测试的燃速值的相关度，其中的曲线1为测试试验得到的nepe固体推进剂的燃速，曲线2为通过关系模型得到nepe固体推进剂的燃速。

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

本发明是一种测试nepe固体推进剂燃速的方法

步骤1，确定近红外光谱数据采集参数。

通过对nepe固体推进剂药浆的测试确定近红外光谱数据采集参数。具体过程是：

取5～10份nepe固体推进剂药浆；对所述的5～10份nepe固体推进剂药浆逐份进行近红外光谱测试，得到一组近红外光谱测试曲线。测试中，依次对每一份nepe固体推进剂药浆进行全波段扫描；选择每一份nepe固体推进剂药浆的扫描次数分别为50次、100次、120次、160次、200次，每一次扫描的分辨率分别为2cm^-1、4cm^-1、8cm^-1；所述各扫描次数与所述各分辨率正交搭配。

对得到的一组近红外光谱测试曲线进行比较，取信噪比小且扫描次数少的近红外光谱图的参数作为该nepe固体推进剂近红外光谱数据采集参数，最后确定的nepe固体推进剂近红外光谱数据采集参数为：

波数范围：全波段；

扫描次数：120次；

分辨率：4cm^-1。

采集时所使用的近红外附件为漫反射光纤。

步骤2，关系模型所需样品的选择与制备：

所述的关系模型是通过一系列的nepe固体推进剂的样品的近红外光谱数据与该nepe固体推进剂的样品燃速之间的关系建立的模型。

所述的关系模型所需样品是对nepe固体推进剂配方中的高能粘合剂、奥克托金、氧化剂的组分进行调整，调整的幅度为该组分占体系比例的±10～15％，所述的百分比为质量百分比。调整后的组分为百分之百。按所述方法调整后的nepe固体推进剂配方的数量≥30。本实施例中，按所述方法调整后的nepe固体推进剂配方的数量＝30。

按调整后的nepe固体推进剂分别制备出样品。

将每一个所述样品质量的1/3用于近红外光谱数据的测试；剩余的2/3在50℃下经7天固化成型后，用于测试nepe固体推进剂样品燃速。

步骤3，nepe固体推进剂样品近红外光谱数据采集

根据步骤1确定的nepe固体推进剂近红外光谱数据采集参数采集nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据。

采集前近红外光谱仪开机预热一小时。

采集时，测试间的温度为25±2℃，相对湿度≤65％。

对每个nepe固体推进剂样品分别采集三张近红外光谱。分别取得到的三张近红外光谱的近红外光谱平均数据，并以各平均数据作为关系模型中的nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据，得到一组近红外光谱数据。本实施例中，得到的近红外光谱数据为30个。

采集时所使用的近红外附件为漫反射光纤

步骤4，nepe固体推进剂样品燃速的测试

对各固化的nepe固体推进剂样品分别采用常规的方法用燃速测试仪测试nepe固体推进剂样品燃速，得到一组nepe固体推进剂样品燃速数据，并以该组燃速数据作为关系模型中与nepe固体推进剂样品近红外光谱数据相关联的数据。本实施例中，得到的燃速数据为30个。

所述测试nepe固体推进剂样品燃速采用国军标中的水下声发射法。

步骤5，最佳模型参数选择及关系模型的建立。

所述最佳模型参数选择及关系模型的建立的具体过程是：

1.nepe固体推进剂样品近红外光谱数据分析区间选择。

nepe固体推进剂样品近红外光谱数据采集过程中采用全波段采集。关系模型建立过程中如果采用nepe固体推进剂样品近红外光谱数据的全波段数据会造成噪音信号大、运算速度慢、关系模型稳定性差的缺点，所以要进行nepe固体推进剂样品近红外光谱数据分析区间选择。

逐个剔除各所述nepe固体推进剂样品近红外光谱数据中关系模型稳定性差的数据，确定参与关系模型建立的nepe固体推进剂样品近红外光谱数据的分析区间为6800cm^-1～5550cm^-1和5180cm^-1～4000cm^-1。

采集时所使用的近红外附件为漫反射光纤。

2.nepe固体推进剂样品近红外光谱数据预处理

通过tqanalyst软件改变数据格式和光滑方法，逐个确定各所述nepe固体推进剂样品近红外光谱数据预处理参数为：

ⅰ数据格式：一阶微分；

ⅱ光滑方法：savitzky-golayfilter。

3.化学计量方法的选择

采用现有技术中的偏最小二乘法作为关系模型建立的化学计量学方法。

4.确定关系模型

最终确定的最佳关系模型参数如下：

ⅰ光谱分析区间：6800cm^-1～5550cm^-1和5180cm^-1～4000cm^-1；

ⅱ光谱预处理：一阶导数；5点savitzky-golayfilter；

ⅲ化学计量方法:偏最小二乘法；

借助专业的定量软件输入最佳关系模型参数，即完成该关系模型的建立。所述关系模型的相关系数为0.99365，标准偏差为0.0428mm/s。

步骤6，关系模型的验证

在nepe固体推进剂中任意取10～20份样品。将每一个所述样品质量的1/3用于近红外光谱数据的测试；剩余的2/3在50℃下经7天固化成型后，用于测试nepe固体推进剂样品燃速。

逐份对得到的样品进行nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据采集，得到一组10～20个nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据。

逐份对得到的固化成型的样品测试nepe固体推进剂样品燃速，得到一组10～20个nepe固体推进剂样品燃速数据。

将得到一组nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据分别带入步骤5建立的关系模型中，得到一组nepe固体推进剂样品的燃速数据。将固化成型的nepe固体推进剂样品燃速数据与关系模型给出的燃速数据进行比较，二者燃速之间的标准偏差小于3％，证明所述关系模型可靠。

步骤7，nepe固体推进剂样品的测试

在nepe固体推进剂中任意取一份样品。对得到的样品进行nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据采集。将所采集的各nepe固体推进剂样品的近红外光谱数据输入至所述的关系模型中，即得到nepe固体推进剂样品燃速。