一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法
2023-08-04 05:34:01 1
專利名稱：一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種火工藥劑安定性試驗方法，尤其涉及一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，本發明適用於對火箭、飛彈、飛船、衛星等飛行器中火工裝置的火工藥劑環境溫度安定性判斷，屬於火工品技術領域。
背景技術：
火工藥劑是火工裝置專用的特種含能材料，它的作用是接受火工裝置換能元件給出的微弱刺激能量，發生快速化學反應，釋放燃燒、爆燃或爆炸能量，使火工裝置實現解鎖、分離、展開、驅動、切割等預定功能。對比其他種類的含能材料，火工藥劑不僅是炸藥序列中最為敏感的含能材料，還具有獨特的爆炸、燃燒特徵。火工藥劑環境溫度安定性是指火工藥劑經歷某一個預示環境溫度後保持其物理、化學性能和爆炸性能不發生顯著變化的能力。過去，火工裝置經歷環境溫度不超出40°C範圍，其內部火工藥劑的環境溫度安定性合格要求也僅局限於40°C範圍內。隨著深空探測技術的迅速發展，一些飛行器開始面臨預示100°C範圍環境溫度，甚至更為惡劣，為此，飛行器系統對火工裝置提出了更高的熱環境溫度安定性要求，這實質上是對火工藥劑的環境溫度安定性提出了更高要求。隨著環境溫度的變嚴，火工藥劑獨特的爆炸、燃燒特徵顯得倍受關注，一方面超出了現有環境溫度安定性驗證試驗有關標準的適應範圍，另一方面為實驗人員測試火工藥劑環境溫度安定性增加了危險性，因此，如何安全、簡單、有效地判斷各類火工藥劑在40°C範圍之外的環境溫度安定性，成為了 一項技術難點。對於現有判斷方法，主要通過採用GJB737.1-89《火工品藥劑試驗方法》中的《真空安定性試驗壓力傳感器法》對火工藥劑在經歷範圍為100°c 150°c環境溫度後的安定性變化進行分析，其控溫時間為48小時，合格判據是熱分解產氣量不大於2ml。該方法僅能從熱分解反應角度判斷火工藥劑化學性能的熱安定性，尚不能對火工藥劑的物理性能、爆炸性能進行環境溫度安定性判斷。對於火箭、飛彈、飛船、衛星等飛行器中火工裝置而言，不僅需要判斷火工藥劑化學性能的環境溫度安定性，也需要判斷火工藥劑物理性能和爆炸性能的環境溫度安定性，為此，本發明提出一種新的火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，對火工藥劑物理性能、化學性能、爆炸性能經歷某一個預示環境溫度後發生變化的程度進行全面判斷。
發明內容
本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，採用光學顯微鏡觀測試驗、掃描電鏡試驗、真空安定性試驗、火焰感度試驗和壓力一時間(P-t)曲線試驗，對火工藥劑經歷預示環境溫度前後的物理、化學、爆炸狀態進行測試，實現了對火工藥劑的環境溫度安定性的量化判斷。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，步驟如下:
(I)對同批次火工藥劑進行取樣、分裝；(2)利用光學顯微鏡觀測試驗法和掃描電鏡試驗法分別檢測鬆散狀態和壓實狀態火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的物理安定性變化；其中光學顯微鏡觀測試驗法:利用光學顯微鏡檢測0.5mg鬆散狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的顆粒大小和顏色變化，檢測IOmg壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的表面形貌和顏色變化；掃描電鏡試驗法:利用掃描電鏡測量0.1mg鬆散狀態火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的晶體形態和粒度大小變化；(3)利用真空安定性試驗對鬆散狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的放氣量進行測試，當火工藥劑在經歷常溫到預示環境溫度的放氣量不大於2ml則認為火工藥劑試樣的化學安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的化學安定性不合格；(4)利用火焰感度試驗導火索法測定壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度臨界點火距離的火焰感度，將火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度臨界點火距離的火焰感度數據進行線性化處理，得到火焰感度變化百分比，當火焰感度變化百分比不大於5%是則認為火工藥劑試樣的發火安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的發火安定性不合格；利用點火壓力一時間曲線測定法測定壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的壓力一時間曲線，將火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的壓力一時間曲線數據進行線性化處理得到壓力峰值平均值變化百分比，當壓力峰值平均值變化百分比不大於5%是則認為火工藥劑試樣的爆炸威力安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的爆炸威力安定性不合格；(5)根據步驟(2)- (4)得到的火工藥劑試物理安定性、化學安定性和爆炸安定性，綜合判斷火工藥劑在不同溫度區間的環境溫度安定性。所述真空安定性試驗的試驗方法為:對待試驗的火工藥劑試樣在定容、恆溫和真空條件下進行加熱使火工藥劑試樣產生氣體，壓力傳感器對火工藥劑試樣產生的氣體壓力進行測量，記錄儀對壓力傳感器測得的壓力值進行採集、處理得到火工藥劑試樣產生氣體的壓力變化，最後利用理想氣體狀態方程將火工藥劑試樣產生的氣體壓力換算成標準狀態下的體積。所述火焰感度試驗導火索法的試驗方法為:在火焰感度儀中將導火索的燃燒火焰作用於壓實狀態下的火工藥劑試樣上，測定使火工藥劑試樣50%發火時的火焰噴射距離，以該火焰噴射距離表徵火工藥劑試樣的火焰感度。所述點火壓力一時間曲線測定法的試驗方法為:對裝在測壓容器內的火工藥劑試樣施加激發能量，使火工藥劑試樣發火，利用壓力傳感器對火工藥劑試樣發火後產生的氣體壓力進行測量，對壓力傳感器測得的氣體壓力進行採集處理得到火工藥劑試樣發火時的壓力-時間曲線。本發明與現有技術相比的有益效果:該新方法採用光學顯微鏡觀測試驗法、掃描電鏡試驗法、真空安定性試驗、火焰感度試驗導火索法以及壓力一時間曲線試驗法對火工藥劑經歷常溫到預示高溫環境的物理、化學、爆炸狀態試驗並對試驗結果進行對比分析，依此綜合分析火工藥劑的環境溫度安定性，對火工藥劑環境溫度安定性變化分析更加全面、準確，應於各類火工藥劑環境溫度安定性判斷，具有很好的通用性和指導性。本發明的火工藥劑環境溫度安定性判斷方法，不僅可以對火工藥劑經歷任何預示環境溫度前後的物理性能、化學形式及爆炸性能變化進行量化判斷，還可以間接判斷火工裝置經歷預示環境溫度後的安定性。
圖1是本發明的實現流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。在採用本發明進行試驗之前先採用故障模式影響分析(FMEA)方法初步分析火工藥劑在預示環境溫度下的失效模式與性能影響因素，並根據分析結果重點找出對火工藥劑有顯著影響、且有可能導致火工裝置失效或生存能力下降的影響因素，形成故障樹，從理論上預估火工藥劑在預示環境溫度下的薄弱環節和失效模式，並為後續試驗分析提供理論指導。(I)試驗前，首先對同批次火工藥劑的進行取樣，並根據試驗需求進行分裝，包括鬆散藥劑、模擬火工裝置內部壓實裝藥的取樣與分裝。(2)利用光學顯微鏡觀測試驗法和掃描電鏡試驗法分別檢測鬆散狀態和壓實狀態火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的物理安定性變化；其中光學顯微鏡觀測試驗法:利用高倍數光學顯微鏡檢測0.5mg鬆散狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的顆粒大小和顏色變化，檢測IOmg壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的表面形貌和顏色變化；兩種方法只能觀測兩個點的狀態:常溫狀態、經歷預示環境溫度後(如放置溫度箱中經歷高溫100°C儲存2天後取出來)的狀態，最後對兩個點的狀態進行對比。光學顯微鏡觀測試驗法具體過程是:將鬆散藥劑分為A組0.5mg和B組0.5mg,將壓實狀態藥劑分為C組IOmg和D組IOmgdf B組和D組一起放置溫度箱模擬經歷預示環境溫度(如高溫100°C儲存2天);用光學顯微鏡觀測A組藥劑，並記錄顆粒大小和顏色，作為初始狀態；待B組從溫度箱取出後，再用光學顯微鏡觀測其顆粒大小和顏色，並與A組初始狀態對比，得到鬆散藥劑的物理安定性變化；用光學顯微鏡觀測C組藥劑，並記錄表面形貌和顏色，作為初始狀態；待D組從溫度箱取出後，再用光學顯微鏡觀測其表面形貌和顏色，並與C組初始狀態對t匕，得到鬆散藥劑的物理安定性變化；掃描電鏡試驗法:利用掃描電鏡測量0.1mg鬆散火工藥劑經歷常溫到預示環境溫度的晶體形態和粒度大小，通過兩種物理方法分析出火工藥劑試樣經歷預示環境溫度前後的顆粒大小、顏色、晶體形態、表面形貌變化情況，並根據火工藥劑的實際使用要求給出物理安定性判斷結論。粒度測定掃描電鏡法具體工作原理是:將鬆散藥劑分為A組0.1mg和B組0.1mg,將B組放置溫度箱模擬經歷預示環境溫度(如高溫100°C儲存2天)；用掃描電鏡觀測A組藥劑，並記錄顆粒大小、顏色、晶體形態、表面形貌，作為初始狀態；待8組從溫度箱取出後，再用掃描電鏡觀測B組藥劑，並記錄顆粒大小、顏色、晶體形態、表面形貌，，並與A組初始狀態對比，得到鬆散藥劑的物理安定性變化。
(3)利用真空安定性試驗法對鬆散狀態下火工藥劑經歷常溫到預示環境溫度的放氣量進行測試與記錄，其基本原理是:將待試驗的火工藥劑試樣在定容、恆溫和真空條件下進行加熱，火工藥劑試樣產生氣體，所產生的氣體作用於壓力傳感器並裝換為電信號輸出，用記錄儀記錄由於火工藥劑試樣產生氣體的壓力變化而引起的電壓變化，再根據理想氣體狀態方程換算標準狀態下的體積。通過該方法分析出火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的化學性能變化及變化程度，並以放氣量不大於2ml作為火工藥劑的化學安定性合格判據。(4)利用火焰感度試驗導火索法測定模擬內部壓實狀態火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的臨界點火距離的火焰感度，其方法原理是在火焰感度儀中將導火索的燃燒火焰作用於火工藥劑試樣上，用升降法(GJB/Z377A-1994感度試驗用數理統計方法中的升降法)測定使火工藥劑試樣50%發火時的火焰噴射距離，以此表徵試樣的火焰感度。通過該方法測定經歷常溫到預示環境溫度火工藥劑試樣的火焰感度，將火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度臨界點火距離的火焰感度數據進行線性化處理，得到火焰感度變化百分比，當火焰感度變化百分比不大於5%是則認為火工藥劑試樣的發火安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的發火安定性不合格；利用點火壓力一時間曲線測定測試模擬火工裝置內部壓實裝藥試樣的壓力一時間(P-t)曲線，其方法原理是對裝在測壓容器內的火工藥劑試樣施加規定的激發能量，模擬火工裝置發火後產生的氣體壓力作用在壓力傳感器上，使其輸出一個和壓力變化相對應的電信號，經放大器放大信號後，由記錄系統處理並給出P-t曲線。通過該方法測試並記錄經歷常溫和預示環境溫度各10個火工藥劑試樣的壓力峰值，將火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的壓力一時間曲線數據進行線性化處理得到壓力峰值平均值變化百分比，當壓力峰值平均值變化百分比不大於5%是則認為火工藥劑試樣的爆炸威力安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的爆炸威力安定性不合格；(6)根據火工藥劑經歷常溫到預示環境溫度的顆粒大小、顏色、晶體形態、表面形貌變化程度判斷物理性能安定性；根據火工藥劑經歷常溫到預示環境溫度的真空安定性試驗放氣量判斷化學性能安定性；根據模擬火工裝置內部壓實裝藥試樣經歷預示常溫到預示環境溫度的火焰感感度、壓力峰值變化程度判斷爆炸性能安定性；綜合根據物理性能安定性、化學安定性、爆炸性能安定性結論，以不同溫度區間的環境溫度安定性是否良好的形式給出最終的火工藥劑環境溫度安定性判斷結論。本發明未詳細說明部分屬於本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，其特徵在於步驟如下: (1)對同批次火工藥劑進行取樣、分裝； (2)利用光學顯微鏡觀測試驗法和掃描電鏡試驗法分別檢測鬆散狀態和壓實狀態火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的物理安定性變化； 其中光學顯微鏡觀測試驗法:利用光學顯微鏡檢測0.5mg鬆散狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的顆粒大小和顏色變化，檢測IOmg壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的表面形貌和顏色變化； 掃描電鏡試驗法:利用掃描電鏡測量0.1mg鬆散狀態火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的晶體形態和粒度大小變化； (3)利用真空安定性試驗對鬆散狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的放氣量進行測試，當火工藥劑在經歷常溫到預示環境溫度的放氣量不大於2ml則認為火工藥劑試樣的化學安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的化學安定性不合格； (4)利用火焰感度試驗導火索法測定壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度臨界點火距離的火焰感度，將火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度臨界點火距離的火焰感度數據進行線性化處理，得到火焰感度變化百分比，當火焰感度變化百分比不大於5%是則認為火工藥劑試樣的發火安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的發火安定性不合格；利用點火壓力一時間曲線測定法測定壓實狀態下火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的壓力一時間曲線，將火工藥劑試樣經歷常溫到預示環境溫度的壓力一時間曲線數據進行線性化處理得到壓力峰值平均值變化百分比，當壓力峰值平均值變化百分比不大於5%是則認為火工藥劑試樣的爆炸威力安定性合格，否則認為火工藥劑試樣的爆炸威力安定性不合格； (5)根據步驟(2)- (4)得到的火工藥劑試物理安定性、化學安定性和爆炸安定性，綜合判斷火工藥劑在不同溫度區間的環境溫度安定性。
2.根據權利要求1所述的一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，其特徵在於:所述真空安定性試驗的試驗方法為:對待試驗的火工藥劑試樣在定容、恆溫和真空條件下進行加熱使火工藥劑試樣產生氣體，壓力傳感器對火工藥劑試樣產生的氣體壓力進行測量，記錄儀對壓力傳感器測得的壓力值進行採集、處理得到火工藥劑試樣產生氣體的壓力變化，最後利用理想氣體狀態方程將火工藥劑試樣產生的氣體壓力換算成標準狀態下的體積。
3.根據權利要求1所述的一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，其特徵在於:所述火焰感度試驗導火索法的試驗方法為:在火焰感度儀中將導火索的燃燒火焰作用於壓實狀態下的火工藥劑試樣上，測定使火工藥劑試樣50%發火時的火焰噴射距離，以該火焰噴射距離表徵火工藥劑試樣的火焰感度。
4.根據權利要求1所述的一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，其特徵在於:所述點火壓力一時間曲線測定法的試驗方法為:對裝在測壓容器內的火工藥劑試樣施加激發能量，使火工藥劑試樣發火，利用壓力傳感器對火工藥劑試樣發火後產生的氣體壓力進行測量，對壓力傳感器測得的氣體壓力進行採集處理得到火工藥劑試樣發火時的壓力-時間曲線。
全文摘要
本發明公開了一種火工藥劑環境溫度安定性試驗方法，該新方法採用光學顯微鏡觀測試驗法、掃描電鏡試驗法、真空安定性試驗、火焰感度試驗導火索法以及壓力—時間曲線試驗法對火工藥劑經歷常溫到預示高溫環境的物理、化學、爆炸狀態試驗並對試驗結果進行對比分析，依此綜合分析火工藥劑的環境溫度安定性，對火工藥劑環境溫度安定性變化分析更加全面、準確，應於各類火工藥劑環境溫度安定性判斷，具有很好的通用性和指導性。本發明的火工藥劑環境溫度安定性判斷方法，不僅可以對火工藥劑經歷任何預示環境溫度前後的物理性能、化學形式及爆炸性能變化進行量化判斷，還可以間接判斷火工裝置經歷預示環境溫度後的安定性。
文檔編號G01N21/84GK103091325SQ20131003661
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者葉耀坤, 嚴楠, 李新立, 丁鋒, 柴洪友 申請人:北京空間飛行器總體設計部