[發明專利]固體火箭發動機烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法

在審

• 申請號: 202010042827.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111259544A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 唐強;何鵬翱;石洋;丁林;張力;楊仲卿;閆云飛;蒲超;張騰飛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

本發明公開了一種固體火箭發動機烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法，其包括：設置熱邊界條件及材料屬性，編寫計算化學反應放熱的自定義程序，結合CFD軟件計算烤燃過程推進劑在各個時間步長各個位置處的反應熱，并獲取各個時間步長各個位置處的溫度和傳熱熱流值；提取爆炸前一秒各個位置處溫度參數，定義溫度最高點位置為熱點位置，提取熱點位置處傳熱熱流由正值變為負值的兩個時間點，利用線性插值法計算傳熱熱流由正值變為零的時間點為熱點形成時間點。本發明烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法，能夠準確獲得推進劑彈體在烤燃過程中的熱點形成時間點，將其應用于提前營救推進劑彈體的工作中，能很大的提高營救工作的安全性。

技術領域

本發明涉及固體推進劑安全性評估技術領域，特別涉及一種固體火箭發動機烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法。

背景技術

固體火箭發動機內的推進劑為高能含能材料，燃燒后產生高壓高溫燃氣，通過噴管高速排出，獲得較大的推力。由于固體火箭發動機具有機動性強、可維護性好、臨戰反應迅速、能量較高等優點，被廣泛用作各種戰略導彈和戰術的動力系統。但是當固體火箭發動機受到意外熱、火焰、機械碰撞、爆轟沖擊、靜電等刺激時，存在意外引燃的危險性，發生不受控制的化學反應和能量釋放，導致固體發動機燃燒或者爆炸，不但使其喪失應有功能，而且會造成嚴重的生命財產損失。

隨著高價值作戰平臺的開發與使用，對各類固體火箭發動機安全性的研究越來越重視。固體火箭發動機經受殉爆等戰場及意外火災等異常熱環境下，其推進劑可能發生燃燒、爆炸等重大事故，從而造成不可挽回的重大損失。現代戰爭對武器彈藥的熱安全性要求越來越高，特別是隨著航天技術的發展，對固體推進劑的熱安全性能提出了更嚴格的要求。因此，對固體推進劑烤燃特性的研究，將有助于提高武器系統的適應性和安全性。

烤燃試驗(Cook-off test)是研究含能材料熱安全性的重要方法，其研究的目的主要針對的是武器彈藥在存儲、運輸和使用的過程中經常會遇到意外熱刺激的情況。如戰場上突發的火災事故、發射或飛行過程中的摩擦生熱及核爆炸時的強輻射加熱等。這些熱刺激有可能導致武器彈藥或火箭推進劑在正常使用前發生燃燒、爆炸等重大事故，從而造成不可挽回的重大損失。通過Cook-off試驗不僅可以獲得含能材料在不同環境條件下溫度變化情況，還可以獲得壓力和反應劇烈程度的信息，但隨著數值模擬技術的發展，Cook-off試驗危險性大、成本高、研究周期長，數據測量有限等問題逐漸凸顯。

數值模擬方法克服了烤燃試驗成本高、研究周期長和測量數據有限等問題，能夠方便地改變升溫速率、結構尺寸和約束等烤燃條件，對熱反應過程進行綜合分析。數值模擬結果具有前瞻性，可以對推進劑的熱點火規律進行預測，特別適用于對推進劑在生產、存儲、使用和運輸條件下的熱安全性進行評估，能夠為固體發動機的整機安全性評價提供大量基礎數據和理論支撐。針對烤燃試驗過程，采用數值模擬方法，分析推進劑組分在熱激勵作用下的反應過程，研究烤燃試驗過程中推進劑內部的溫度時空分布及熱量傳遞規律，找出影響其熱響應特性的控制因素。進一步綜合考慮殼體束縛條件對推進劑熱分解特性及化學反應的影響，探索發動機設計參數安全性之間的內在規律，提出推進劑烤燃安全性評價方案，可以為建立固體火箭發動機整機安全性的評估方法和規范提供有力支撐。

推進劑彈體烤燃過程熱點形成時間點，其是烤燃過程由外部供熱為主轉變為自熱反應產熱為主的轉折點，該時間點后烤燃過程進入自維持階段，現實條件下若在此時間點以后對推進劑彈體進行營救，推進劑彈體將有極大可能發生爆炸，造成重大人員傷亡，以此熱點形成時間點為依據提前進行彈體營救工作將大大提高營救工作的安全性。

但是現有技術中，還沒有能在數值模擬推進劑彈體烤燃過程中，準確獲得烤燃過程熱點形成時間點的技術手段。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種固體火箭發動機烤燃過程中熱點形成時間的獲得方法，以解決在數值模擬推進劑彈體烤燃過程中，如何獲得烤燃過程熱點形成時間點的技術問題。