基于高温加速试验的点火药盒贮存寿命预估

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1、基于高温加速试验的点火药盒贮存寿命预估许涛1，池旭辉2，朱学珍2，封学华2（1.海军装备部，陕西西安710025；2.航天科技集团公司四院四十二所，湖北襄阳441003）摘要：采用高温老化方法，研究了点火药盒的老化失效规律，预估了其贮存寿命。研究结果表明，点火药盒没有早期失效，失效时间分布集中，其失效机理为赛璐珞壳体老化，失效模式为材料力学性能下降导致壳体破坏。点火药盒贮存寿命与温度的关系符合Arrhenius方程。评估结果表明，点火药盒的常温贮存寿命大于12年的设计指标要求。关键词：火工品；高温加速老化；失效；贮存寿命中图分类号：V5

2、12文献标识码：A文章编号：1672–2191(2013)01–0062–04点火药盒是某固体燃气发生器的组件，由黑火药填充物和赛璐珞壳体组成。作为一种火工品，点火药盒是制约该固体燃气发生器贮存寿命的关键组件之一，需要单独评估其贮存寿命。火工品的寿命预估多采用高温加速试验方法。Russakov等[1]介绍，EWR127–1[2]、DOD–E–83578A[3]、MIL–HDBK–83578[4]等文件规定，航天火工品在160oF（约71℃）/50%RH（相对湿度）环境下贮存30d后，若检验合格，可延寿3年。Moses[5]针对航天火工品

3、提出一个28d高温加速延寿试验方法，根据Bethelot方程，寿命按照下式计算：不成熟。因此，拟按照标准GJB736.13—1991，对点火药盒进行高温加速试验，确定不同温度下的失效时间，参照标准QJ2328A—2005[11]，对试验结果进行进一步的统计分析，预估贮存寿命。1试验部分组成点火药盒的2种材料中，黑火药性能非常稳定，贮存期在20年以上。赛璐珞的主要成分是硝化棉，高温下易分解。因此，点火药盒的高温加速试验主要考察赛璐珞的性能。点火药盒所用赛璐珞熔点为100℃左右，故加速试验温度上限设为90℃，以10℃为间隔，取4个温度水平。

4、从一批点火药盒产品中随机抽出60个，去除包装，分别放入带盖φ50mm称量瓶，1发/瓶。然后分为4组，15发/组，每组放入一个带盖搪瓷托盘，贴上标有试验温度的标签，放入预定温度试验箱加速老化。加速老化至预定取样时间（表1），从老化试验箱中取出托盘，从称量瓶中取出点火药盒。如图1（a）所示，将同一温度老化的点火药盒摆放在多层铝盒内。然后将多层铝盒放入图1（b）中的压力罐内，将压力罐密封螺栓上紧。连接好充气装置，旋开气瓶旋钮，开始充入氮气，至压力罐上气压计读数超过0.3MPa时停止充气并开始计时。计时期间必须维持压力罐压力在（0.30±0.0

5、2）MPa水平。计时满10min，关闭气瓶，释放压力罐内气体至常压。取出点火药盒，逐个检查外观。若T1–T2H=3.25Ht(1)20式中，H为贮存寿命，Ht为试验时间，T1为试验温度（oF），T2为贮存温度（oF），3.25为老化速率因子。Glass[6]总结各种含能材料和器件的加速寿命试验结果后指出，老化速率因子需要根据不同的试验对象进行调整，已知的老化速率因子取值在2~4之间。国内建立了基于高温加速老化试验的火工品贮存寿命预估的标准GJB736.13—1991[7]。标准[7]中采用Arrhenius方程作为寿命与温度关系的数学模

6、型，但未给出式（1）表示的老化速率因子。对于火工品的寿命预估方法还有一些探索性研究工作报道[8–10]，但是方法要么适用面较窄，要么收稿日期:2012–11–12作者简介:许涛(1980–)，男，工程师，在读硕士，主要从事固体火箭发动机和固体推进剂研究。电子信箱:chixh@126.com·63·许涛等·基于高温加速试验的点火药盒贮存寿命预估表3点火药盒80℃加速老化试验结果Tab.3Experimentalresultsofignitingboxacceleratedageat80℃点火药盒出现裂纹或有黑火药漏出，判为失效。取出失效药

7、盒，其他药盒按照测试前状态整理好，继续加速老化。老化时间/d失效率/%累积失效率/%样品状态表1点火药盒高温加速老化取样测试计划SamplingtestprogramforelevatedtemperatureacceleratedageofignitingboxesTab.11~84128所有样品完好个别样品表面起皱；9样品耐压试验前碎裂，其余样品耐压试验后完好3样品耐压试验前碎裂1样品耐压试验前碎裂1样品耐压试验前碎裂，终止试验060.0060.0温度/℃老化时间/d13013113220.06.76.780.086.793.390

8、8070601271424142838214241228566163570820428410244998122856112143263126163670140⋯⋯⋯⋯表4点火药盒70℃加速老化检测试验结果T