固体发动机推进剂静电敏感性测试技术现状探究

刘津阁 王长安 吴巍 李晨晓

摘  要：本文围绕固体发动机推进剂静电敏感性测试技术展开研究与论述，首先从电火花法以及法国测试法两个方面着手，对当前技术条件支持下常见的固体发动机推进剂静电敏感性测试技术进行总结，然后给出了渗透系数模型技术基本原理与应用，望能够引起业内人士的关注与重视。

关键词：固体发动机;推进剂;静电敏感性;测试技术

固体发动机推进剂是火箭、导弹等研发领域的一大关键要素与内容，质量占比高，其性能水平会直接对火箭导弹运行质量产生重要影响。目前技术条件支持下，固体发动机推进剂的故障因素以静电故障为主，出现此故障可能会损坏电子元器件芯片，造成信号收集错误，诱发故障，甚至会导致爆炸事故发生，潜在风险大。因此，围绕固体发动机推进剂静电敏感性测试技术展开研究与分析无疑有着非常重要的现实意义与价值。

1 固体发动机推进剂静电敏感性测试技术

1）电火花法：上世纪80年代，有关静电放电与含能材料相互作用所致故障问题引起业内人士的重视，导致故障发生的原因以烟火剂中超细粉末存在为主，基于这一机理，有关人员开始尝试通过电火花法测试烟火剂静电敏感性水平，并将其推广于实践中，如针对固体发动机推进剂经典敏感性的测试。当前技术条件支持下，可选用薄片样本，通过测定最小能量反应发生情况的方式，对固体发动机推进剂静电敏感性进行测试。但在实际使用中，发现存在推进剂药柱点火意外的问题，与静电放电存在直接相关性关系。通过后续研究进一步明确，基于电火花法对固体发动机推进剂静电敏感性进行测试并无法达到完全的预防效果，有关本方法的实践应用仍然有待进一步研究与强化。

2）法国测试法：本方法作为一种完整的测试系统，将固体发动机推进剂分为敏感性以及非敏感性这两种类型，但由于针对热力条件、机械条件等因素的考量不够全面，因此在应用于固体发动机推进剂静电敏感性测试的过程中还存在一定的局限性。在应用本方法进行测试期间尤其需要注意的一点是，对于固体推进剂而言，在不含铝配方的情况下，一般不会导致静电发电反应的发生。同时，對于固体发动机推进剂而言，在体积电阻率<108.0Ω/m以及最大能量<15.0J的情况下，同样不会导致静电发电反应的生成。而对于含铝配方复合型固体发动机推进剂（同时满足体积电阻率为108.0Ω/m～1011.0Ω/m）而言，发生静电发电反应的可能性大，且主要以燃烧式静电反应以及破裂式静电反应为主。以燃烧式静电反应为例，通常自破裂位置开始喷发火焰，并不断向周边扩散，且结构构成以微小管状结构为主。

2 渗透系数模型技术

基于渗透系数模型的视角，固体发动机推进剂静电放电过程存在阶段性的特点，第一阶段是受临界电压因素影响所致裂纹的产生，第二阶段则是受临界电压作用而导致的起火现象。从阶段性构成的角度上来说，裂纹的产生是多种因素共同作用的结果。基于渗透系数技术模型对固体发动机推进剂活性成分进行分析不难发现，高氯酸铵、粘合剂电阻率、颗粒含量、以及铝成分性状等因素与固体发动机推进剂静电发电敏感性存在直接的相关性关系。一般来说，在铝含量达到一定比例后，铝粉颗粒度会呈现出一定的下降趋势，即意味着整体上铝粉的微粒数量将明显增多，这也正是渗透系数模型用于静电敏感性测定的直接原理。将粘合剂导电率定义为，将粘合剂单位体积定义为，将导电微粒（即铝粉）数目定义为，将绝缘微粒（即高氯酸铵）数目定义为，则渗透系数P可以用如下式（1）所示方式进行描述：

........（1）

在渗透系数较高的情况下，静电敏感度相对较高。对于配方中不含铝的混合物而言，渗透系数P取值为0。同时，绝缘微粒高氯酸铵粒度对于固体发动机推进剂静电敏感度的影响与导电微粒铝粉粒度对于固体发动机推进剂静电敏感度的影响呈现出反向相关关系。渗透系数在10¹⁰Ω·m以上的混合物对静电有较高敏感性，低于该标准的混合物对静电敏感性较差，利用上述特性能够为后续有关不敏感型固体发动机推进剂配方的研究提供重要依据与参考。

3 结束语

综合上述分析可见，对于固体发动机推进剂而言，静电敏感性是客观存在的，为进一步提升推进剂的安全性水平，就应当通过对静电敏感性测试技术的不断完善与优化，以最大限度降低静电敏感性大小。通过电磁作用、精确模拟材料等作用原理的在静电敏感系数中的应用，形成了包括电火花法、法国测试法等一系列敏感性测试技术，取得了阶段性的成果，同时渗透系数模型技术也为固体发动机推进剂静电敏感性测试技术提供了有益补充，未来还需进一步深入研究，以丰富静电敏感性测试技术研究成果，最大限度降低静电放电现象所致事故风险。

参考文献

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