第1章 绪论 1
1.1 固体火箭发动机及其使用 1
1.1.1 固体火箭发动机 1
1.1.2 固体推进剂 2
1.1.3 固体火箭发动机使用过程 3
1.2 固体火箭发动机安全性研究背景 5
1.2.1 概述 5
1.2.2 固体火箭发动机安全性事故 7
1.2.3 安全性要求 8
1.2.4 安全性研究目的和任务 12
1.3 固体火箭发动机安全性研究概况 14
1.3.1 概述 14
1.3.2 热安全性研究 16
1.3.3 机械撞击安全性研究 17
第2章 复合固体推进剂细观结构与性能 25
2.1 复合固体推进剂基本配方及细观结构 25
2.2 复合固体推进剂热分解模型 29
2.2.1 高氯酸铵热特性 29
2.2.2 HMX热特性 30
2.2.3 推进剂热分解特性 31
2.3 氧化剂熔化特性及粘性系数计算 37
2.4 复合固体推进剂摩擦系数计算 39
第3章 复合固体推进剂撞击损伤分析 44
3.1 撞击载荷作用下复合固体推进剂损伤模式 44
3.2 复合固体推进剂损伤表征 47
3.2.1 概述 47
3.2.2 裂纹损伤细观表征 48
3.2.3 损伤变量及损伤测量 49
3.3 裂纹扩展和氧化剂破碎 51
3.3.1 裂纹形状及裂纹扩展方式 51
3.3.2 氧化剂破碎 53
3.4 裂纹面滑移速度及摩擦功率 55
3.5 裂纹扩展准则和扩展速度 58
第4章 裂纹摩擦热点模型及计算分析 62
4.1 引言 62
4.2 推进剂裂纹摩擦引燃机理 62
4.3 固相气相两阶段反应热点模型 63
4.3.1 裂纹摩擦热点物理模型 63
4.3.2 裂纹摩擦热点模型控制方程 65
4.3.3 固相气相两阶段反应热点模型控制方程求解 75
4.3.4 推进剂裂纹摩擦热点计算与分析 79
4.4 统计裂纹力学热点模型 89
4.4.1 考虑裂纹损伤的应力应变关系 90
4.4.2 裂纹摩擦热点 96
4.4.3 裂纹内部反应物点燃与燃烧 98
4.5 粘弹性统计裂纹力学热点模型 101
4.5.1 考虑裂纹损伤粘弹性应力应变关系 102
4.5.2 热点模型 106
第5章 撞击条件下复合固体推进剂粘性加热及计算分析 107
5.1 现象及其分析 107
5.2 复合固体推进剂热粘弹性模型 109
5.3 复合固体推进剂粘性加热率 112
5.4 基体与含能颗粒热传导细观模型及控制方程 114
5.4.1 基体与含能颗粒热传导细观模型 114
5.4.2 基体与含能颗粒热传导控制方程 116
5.5 复合固体推进剂撞击变形粘性加热计算分析 119
第6章 固体火箭发动机撞击变形及热点形成分析基本理论与方法 131
6.1 连续介质力学与动力有限元法 131
6.1.1 张量及其运算符号定义 131
6.1.2 坐标系、物体变形和变形率张量 133
6.1.3 动力有限元基本方程 136
6.1.4 增量型热粘弹本构关系和壳体材料本构关系 139
6.2 推进剂细观裂纹描述与弥散裂纹离散 142
6.2.1 大位移情况下裂纹描述 142
6.2.2 弥散裂纹离散 145
6.3 裂纹面受力分析及弥散裂纹对推进剂宏观力学性能影响 147
6.3.1 坐标变换及裂纹面受力分析 147
6.3.2 弥散裂纹对推进剂宏观力学性能影响 149
6.4 氧化剂颗粒粒径离散 154
6.5 复合固体推进剂基体粘性加热情况下裂纹摩擦热点模型 156
第7章 撞击试验计算与分析 159
7.1 引言 159
7.2 小型发动机火箭橇撞击试验计算分析 159
7.2.1 撞击试验情况及相关计算参数 159
7.2.2 计算结果与分析 161
7.3 发动机临界撞击速度参数分析 167
7.3.1 推进剂体积模量影响 167
7.3.2 推进剂断裂表面能影响 168
7.3.3 推进剂摩擦系数影响 169
7.3.4 推进剂热分解参数影响 171
7.3.5 推进剂时温转换活化能影响 172
7.4 飞板撞击试验 173
7.5 Steven撞击试验 177
7.5.1 撞击试验方案及含能材料相关计算参数 177
7.5.2 计算结果与分析 180
第8章 固体火箭发动机热安全性分析 187
8.1 概述 187
8.2 基本方程 189
8.3 稳态条件下发动机临界温度计算 192
8.3.1 无内孔无限长圆柱药柱 192
8.3.2 均温假设条件下临界温度 195
8.3.3 等效密度法 196
8.4 数值计算方法 199
8.4.1 有限差分法 199
8.4.2 有限元法 204
8.4.3 简化方法 207
8.5 热载荷作用下发动机热响应分析模型 209
参考文献 212