摩擦作用下固体推进剂热点形成机理仿真研究

发布时间：2020-04-30 01:34

【摘要】：炮射导弹作为一种重要的精确打击武器,因为其射程远、命中精度高、系统反应快、杀伤威力大等突出的优势而备受重视。炮射导弹利用火炮发射获得较高初速度,并利用增速发动机进一步加速,以获得比利用常规固体火箭发动机更远的射程。为了达到较高的初速度,其发射时轴向加速度高达数千g甚至上万g。所使用的固体火箭发动机装药在发射过程中要承受很高的轴向过载,在此高过载条件下,装药产生的大变形可能导致装药与壳体之间的摩擦。由于发射持续时间非常短,摩擦产生的热量无法快速有效的转移,温度急剧升高,使得装药存在提前自燃甚至爆炸的危险,因此研究摩擦刺激下固体推进剂的摩擦感度和热点形成问题对承受高过载的固体火箭发动机的安全性具有非常重要的意义。本文建立了推进剂装药与金属的摩擦生热过程的仿真模型,通过数值模拟得到固体推进剂与金属摩擦界面温度随时间的变化规律以及摩擦过程中推进剂的温度分布,并分析了在不同的摩擦系数、正压力、相对速度下推进剂摩擦接触面上的温度场的分布情况。研究发现,推进剂的自身化学反应是其形成危险热点继而引发爆炸事故的主要原因,仅考虑摩擦生成的热量并不能在短时间内使推进剂生成危险热点;当采用热力化学耦合方法得出推进剂在一定条件下发生点火现象时,可以利用数值模拟后处理得到的温度曲线是否存在拐点来判断是否发生点火,并得到发生点火的时间和位置。仿真模拟结果也为判断推进剂摩擦点火提供了依据,同时为大型装药的摩擦安全性分析提供了参考。针对炮射导弹发射瞬间,利用热-力-化耦合有限元法对某型固体火箭发动机固体推进剂药柱与壳体的摩擦生热情况进行数值模拟,得到在高过载下装药温度场的分布情况。研究发现发射阶段装药的高温点基本位于装药底部和装药侧面,装药底部两侧温度随着装药与壳体间隙的变大先增大后减小,随着装药底部圆角的增大而减小,随着装药长径比的增大而增大;装药侧面温度随着装药与壳体间隙变大先增大后减小,随着装药底部圆角的增大而增大,随着装药长径比的增大而增大。
【图文】：

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图 1.1 中国 99 式主战坦克 125mm 超级坦克炮导弹发射瞬间擦试验方法研究刺激下，材料发生燃烧或者爆炸的难易程度成为感度。能燃烧的外界能量有热能、电能、光能、机械能、冲击波能根据外界作用于材料上的能量形式将材料的感度分为热感起爆感度、静电感度、冲击波感度等。材料对不同形式的是不一样的，也就是说，，材料的感度与不同形式的起爆能因此，不能简单地以材料对某种起爆能的感度等效地衡量评价其安全性，需要单独对其中每一种不同的感度进行试一项重要的感度试验。Boyle 和 Frey[9]设计了高压激励器装置进行装药摩擦实验，轴向加载压力和滑动速率之间的关系曲线。由于实验测试擦表面加载的压力，摩擦速度也难以控制，因此，该实验

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更换摩擦筒以改变摩擦系数，可以进行点火、爆燃等反应程度的实验，用于武器系统安全性分析。图1.2 强约束装药摩擦试验装置（IPFT试验系统）目前国内外常见的摩擦感度实验仪器有：科兹洛夫摩擦摆（摆式摩擦仪），BAM摩擦仪，ABL 摩擦仪，大型摩擦摆，ROTO 摩擦仪。我国现用的设备是摆式摩擦仪，这种仪器的设计和测试条件的选定都是以评定某些炸药品种的相对摩擦感度为基础的，是目前国内广泛使用的摩擦感度测定仪器。摩擦感度测定试验装置及方法多年来一直在不断改进，起源于苏联的第一代 K-44-Ⅲ型摆式摩擦仪即科兹洛夫摩擦摆试验装置，经过改进已?
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V512

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