[发明专利]一种检测固体推进剂体膨胀系数的方法

说明书

本发明公开了一种检测固体推进剂体膨胀系数的方法。该方法首先检测浸液的体膨胀系数：将浸液注入火炸药体膨胀系数测试装置的样品腔，抽真空排气泡，设置试验初温，激光感应器检测样品腔细管中液面的高度，得到初温时浸液的体积；升温至终温，检测终温时浸液的体积；计算浸液的体膨胀系数。然后检测样品和浸液的体积合量：样品放入样品腔，加注准确体积的浸液，使样品全部浸没在浸液中，排除气泡，分别设置试验初温和终温，分别检测相应温度下浸液和样品的体积合量。通过浸液的体膨胀系数可知浸液在初温和终温时的体积，分别从体积合量里减去浸液的体积，得到样品在初温和终温时的体积，计算样品的体膨胀系数。

技术领域

本发明属于火炸药理化检测领域，主要涉及一种固体体膨胀系数检测法，尤其涉及一种固体推进剂体膨胀系数检测法。

背景技术

固体推进剂的体膨胀系数是一个十分重要的物理量，它在装药的热应力计算、发动机壳体设计、装药工艺选定、发动机的贮运和使用条件的确定以及装药密度的修正等实际问题中，具有重要的实用价值。

用压伸方法、浇铸方法可以制成尺寸较大的推进剂药柱或直接将推进剂浇铸到固体火箭发动机中，构成壳体粘结式发动机装药。无溶剂压伸工艺生产的药柱直径一般不超过300mm，大量用于野战火箭中。浇铸工艺生产的药柱尺寸不受限制，而且药型也较复杂。对于壳体粘结式发动机装药，可以制备1000mm以上的装药。

装在发动机壳体中的固体推进剂，在存放期间，由于环境温度、湿度及压力的变化，或推进剂中含有的某些成分(如液态增塑剂、塑料及高分子黏结剂等)可能发生一些变化，会使推进剂的尺寸产生变化，甚至是不可逆的变化。药柱尺寸的变化，亦即药柱尺寸的不稳定性，会引起发动机内的装药歪斜或破裂，影响推进剂的燃烧性能，甚至不能使用，造成巨大的经济损失。

另外复合固体推进剂由固化温度降低到使用温度时，假设壳——包覆层——药柱牢固粘结，降温时不会脱粘，此时虽然药柱表面尺寸不会变化，但在固化降温过程中由于药柱的收缩必使内孔表面或尖角处产生最大拉应力，对药柱内部结构完整性是一种考验。同样，如果推进剂的体膨胀系数过大，会使壳体内装药的结构被破坏，影响推进剂的燃烧性能，甚至不能使用，造成巨大的经济损失。

我国目前对药柱尺寸稳定性进行的试验是高低温环境试验及线胀系数试验。

线胀系数α为样品一维尺度的相对变化随温度的变化率，在温度不太高时，物体的线胀系数公式为α＝(l₂-l₁)/[l₁(T₂-T₁)](式中l₁——温度为T₁时药柱的长度；l₂——温度为T₂时药柱的长度)。用该方法对某固体推进剂药柱进行了测试，从测试结果可以看出，当温度在50℃左右或以下时，α值与温度的关系很小，但当温度高于50℃时，药柱尺寸会发生不可逆变化。此外，有的药柱在温度高于50℃时，会产生自动蠕变现象，即药柱的尺寸会随着时间增加而长大，这也会造成药柱尺寸的不可逆变化。试验表明，温度在55℃以下时，大多数固体推进剂的温度变形是可逆的，不会发生残余形变。也就是说，药柱在低于50或55℃的环境中贮存时，尺寸是稳定的，不会发生或很少发生长大或收缩现象。但当温度大于55℃以后，药柱尺寸可能发生不可逆变化。

其实固体推进剂中含有的高分子黏结剂，在受到热、压力等外界应力刺激后，软化并产生弹性形变，使得药柱具有一定的流动性，药柱更多地表现出综合的体膨胀性，而不是单一的线膨胀性。特别是当发动机壳体复杂，采用浇铸方法制备固体推进剂时，仅靠一维的线膨胀性难以准确推算出推进剂的三维的体膨胀性。因此，研究体膨胀、建立体膨胀系数检测方法更具实用性。国内目前还没有用于测定火炸药药柱的体膨胀系数测定装置及检测方法，通常是将线胀系数α乘以3作为体膨胀系数β。因此项目组发明研制了火炸药体膨胀系数测试装置，并建立了固体推进剂的液体浸润-激光感应测定方法。