固体推进剂用同向双螺杆摩擦安全性能研究

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随着固体火箭推进剂能量不断提高和需求量日益增加,如何更有效率、更加安全地制备固体推进剂将成为国内外研究的主流。同向双螺杆连续混合工艺由于机筒内存药量小,生产效率高,可实现不间断生产,现已成为未来推进剂制备的重要研究方向之一。但是因为双螺杆混合过程中压力、温度和剪切应力等安全相关参数测量的困难性,摩擦现象的不可避免,以及推进剂材料高能、敏感的特性,如何安全、稳定地混合固体推进剂仍需进一步地研究。为探究固体推进剂在同向双螺杆挤出机中药浆摩擦及安全性能,提供同向双螺杆挤出工艺的预设方法,本课题进行以下工作:  (1)建立摩擦感度试验中固体推进剂药片和金属滑柱的有限元模型,通过数值计算得到药片的温度、摩擦功和摩擦功率的变化规律,并用摩擦功率来评价摩擦剧烈程度的大小。根据摩擦感度试验,获得该固体推进剂的燃爆概率,分别对数值计算所得的摩擦功率和摩擦感度试验所得的燃爆概率进行排序,发现摩擦功率与燃爆概率排列顺序相同,表明摩擦功率用于评价摩擦的剧烈程度是合适的。进一步地,确定了该推进剂发生燃爆的临界摩擦功率,并计算出该值。  (2)对同向双螺杆常规螺纹(SE)元件和捏合块(KB)元件及其流场进行数值计算,对比分析各双螺杆元件流场中摩擦相关参数的变化,发现SE元件和KB元件流场中的剪切速率、剪切应力和耗散功率的最大值皆分布在啮合区,表明在此处推进剂药浆内部的摩擦最为剧烈,是整个流场中最可能因摩擦造成点燃或爆炸的局部区域。  (3)基于目前固体推进剂常用的双螺杆混合段构型,计算了其流场在不同喂料量和不同转速工艺下的耗散功率最大值,分别分析了喂料量、转速与耗散功率的关系。结合所述的临界摩擦功率,确定双螺杆流场的临界耗散功率,并以此为基础为双螺杆混合过程中的工艺参数的预设提供参考。
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