本發(fā)明涉及固體推進(jìn)劑領(lǐng)域，具體一種nepe固體推進(jìn)劑燃速的近紅外光譜分析方法。

背景技術(shù)：

所述的nepe固體推進(jìn)劑是硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑。

該nepe固體推進(jìn)劑燃燒是以燃燒開始后其表面的退移來表征的。燃速定義為單位時(shí)間內(nèi)火焰前沿在燃燒表面上所移動(dòng)的法向距離。固體推進(jìn)劑燃速是表征固體推進(jìn)劑的主要指標(biāo)，其燃速直接影響產(chǎn)品的性能。燃速測(cè)試方法分為藥條燃燒器法、充液藥條燃燒器法和超聲法。藥條燃燒器法是將一小條標(biāo)準(zhǔn)尺寸的推進(jìn)劑試樣(下文簡(jiǎn)稱藥條)在恒壓燃燒器中燃燒，測(cè)試過前沿整個(gè)長(zhǎng)度方向進(jìn)行包覆阻燃，以保證燃燒垂直于表面進(jìn)行。該法具有成本低、操作快速簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是推進(jìn)劑試樣尺寸較小，因而可能夸大了推進(jìn)劑不均勻性的作用。充液藥條燃燒器法也采用推進(jìn)劑藥條，但藥條較短，燃燒器中充滿水，以保證藥條的側(cè)面阻燃。此法的優(yōu)點(diǎn)是不必事先進(jìn)行藥條的側(cè)面包覆。超聲法是借助于推進(jìn)劑藥柱與燃燒產(chǎn)物間的聲阻抗極不相同，通過測(cè)量波的發(fā)射和接收之間所經(jīng)過的時(shí)間推斷未燃推進(jìn)劑厚度。此法的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行直接測(cè)量、局部測(cè)量或瞬時(shí)測(cè)量。以上三種固體推進(jìn)劑燃速的測(cè)試方法都需將固體推進(jìn)劑藥漿在50℃經(jīng)7天固化后，按照對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法制成對(duì)應(yīng)條件的藥條，然后借助對(duì)應(yīng)的測(cè)試儀測(cè)試固體推進(jìn)劑燃速。此三種方法的缺點(diǎn)是固化過程較長(zhǎng)，無法借助固體推進(jìn)劑藥漿判斷固體推進(jìn)劑燃速。

近紅外光譜分析是一種二次測(cè)量的分析方法，即間接測(cè)量技術(shù)，需要通過將樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)與樣品的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立校正模型。借助模型快速的給出測(cè)試樣品的相關(guān)質(zhì)量參數(shù)。近年來近紅外光譜法在固體推進(jìn)劑領(lǐng)域的應(yīng)用主要針對(duì)丁羥推進(jìn)劑的組分研究，對(duì)nepe固體推進(jìn)劑燃速研究未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的固化過程較長(zhǎng)，無法借助固體推進(jìn)劑藥漿判斷固體推進(jìn)劑燃速的不足，本發(fā)明提出了一種測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑燃速的方法。

本發(fā)明的具體過程是：

步驟1，確定近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)：

通過對(duì)nepe固體推進(jìn)劑藥漿的測(cè)試確定近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)。具體過程是：

取5～10份nepe固體推進(jìn)劑藥漿；對(duì)所述的5～10份nepe固體推進(jìn)劑藥漿逐份進(jìn)行近紅外光譜測(cè)試，得到一組近紅外光譜測(cè)試曲線。

對(duì)得到的一組近紅外光譜測(cè)試曲線進(jìn)行比較，取信噪比小且掃描次數(shù)少的近紅外光譜圖的參數(shù)作為該nepe固體推進(jìn)劑近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)，最后確定的nepe固體推進(jìn)劑近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)為：

波數(shù)范圍：全波段；

掃描次數(shù)：120次；

分辨率：4cm^-1。

測(cè)試所述近紅外光譜時(shí)，依次對(duì)每一份nepe固體推進(jìn)劑藥漿進(jìn)行全波段掃描；選擇每一份nepe固體推進(jìn)劑藥漿的掃描次數(shù)分別為50次、100次、120次、160次、200次，每一次掃描的分辨率分別為2cm^-1、4cm^-1、8cm^-1；所述各掃描次數(shù)與所述各分辨率正交搭配。

步驟2，關(guān)系模型所需樣品的選擇與制備：

所述的關(guān)系模型是通過一系列的nepe固體推進(jìn)劑的樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)與該nepe固體推進(jìn)劑的樣品燃速之間的關(guān)系建立的模型。

所述的關(guān)系模型所需樣品是對(duì)nepe固體推進(jìn)劑配方中的硝酸酯粘合劑、奧克托金、氧化劑的組分進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的幅度為該組分占體系比例的±10～15％，所述的百分比為質(zhì)量百分比。調(diào)整后的組分為百分之百。按所述方法調(diào)整后的nepe固體推進(jìn)劑配方的數(shù)量≥30。

按調(diào)整后的nepe固體推進(jìn)劑分別制備出樣品。

將每一個(gè)所述調(diào)整后的nepe固體推進(jìn)劑制備出的樣品質(zhì)量的1/3用于近紅外光譜數(shù)據(jù)的測(cè)試；剩余的2/3在50℃下經(jīng)7天固化成型后，用于測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速。

步驟3，nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)采集：

根據(jù)步驟1確定的nepe固體推進(jìn)劑近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)采集nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)。

對(duì)每個(gè)nepe固體推進(jìn)劑樣品分別采集三張近紅外光譜。分別取得到的三張近紅外光譜的近紅外光譜平均數(shù)據(jù)，并以各平均數(shù)據(jù)作為關(guān)系模型中的nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，得到一組近紅外光譜數(shù)據(jù)。

采集所述參數(shù)采集nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)試間的溫度為25±2℃，相對(duì)濕度≤65％。

步驟4，nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速的測(cè)試：

分別測(cè)試各固化的nepe固體推進(jìn)劑樣品nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速，得到一組nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速數(shù)據(jù)，并以該組燃速數(shù)據(jù)作為關(guān)系模型中與nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。

測(cè)試所述nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速時(shí)，采用國軍標(biāo)中的水下聲發(fā)射法。

步驟5，最佳模型參數(shù)選擇及關(guān)系模型的建立：

所述最佳模型參數(shù)選擇包括：nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)分析區(qū)間選擇、nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理和化學(xué)計(jì)量方法的選擇，并根據(jù)選擇的最佳模型參數(shù)確定最佳關(guān)系模型參數(shù)；所確定的關(guān)系模型參數(shù)為：

ⅰ光譜分析區(qū)間：6800cm^-1～5550cm^-1和5180cm^-1～4000cm^-1；

ⅱ光譜預(yù)處理：一階導(dǎo)數(shù)；savitzky-golayfilter；

ⅲ化學(xué)計(jì)量方法:偏最小二乘法；

所述關(guān)系模型的相關(guān)系數(shù)為0.99365，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0428mm/s。

步驟6，關(guān)系模型的驗(yàn)證：

所述驗(yàn)證關(guān)系模型的具體過程是：

在nepe固體推進(jìn)劑中任意取10～20份樣品。將每一個(gè)所述樣品質(zhì)量的1/3用于近紅外光譜數(shù)據(jù)的測(cè)試；剩余的2/3在50℃下經(jīng)7天固化成型后，用于測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速。

逐份對(duì)得到的樣品進(jìn)行nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)采集，得到一組10～20個(gè)nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)。

逐份對(duì)得到的固化成型的樣品測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速，得到一組10～20個(gè)nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速數(shù)據(jù)。

將得到一組nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)分別帶入步驟5建立的關(guān)系模型中，得到一組nepe固體推進(jìn)劑樣品的燃速數(shù)據(jù)。將固化成型的nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速數(shù)據(jù)與關(guān)系模型給出的燃速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，二者燃速之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3％，證明所述關(guān)系模型可靠。

步驟7，nepe固體推進(jìn)劑樣品的測(cè)試：

在nepe固體推進(jìn)劑中任意取一份樣品。對(duì)得到的樣品進(jìn)行nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)采集。將所采集的各nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入至所述的關(guān)系模型中，即得到nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速。

本發(fā)明解決nepe固體推進(jìn)劑燃速測(cè)試過程中固化時(shí)間長(zhǎng)的問題，提供了一種用近紅外光譜技術(shù)快速分析nepe固體推進(jìn)劑燃速的方法。

本發(fā)明中所使用的近紅外附件為漫反射光纖。

本發(fā)明中的關(guān)系模型是通過測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)品的近紅外光譜圖數(shù)據(jù)，經(jīng)過光譜預(yù)處理方法處理后，確定標(biāo)準(zhǔn)品近紅外光譜數(shù)據(jù)和nepe固體推進(jìn)劑燃速之間的關(guān)系。

本發(fā)明測(cè)試過程中減少了樣品固化過程，有效節(jié)約了樣品測(cè)試時(shí)間。

本發(fā)明中所述的nepe固體推進(jìn)劑樣品測(cè)試條件應(yīng)與nepe固體推進(jìn)劑樣品測(cè)試條件保持一致。

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，利用近紅外技術(shù)對(duì)nepe固體推進(jìn)劑燃速進(jìn)行分析，完全達(dá)到規(guī)定的檢測(cè)精度。用本發(fā)明檢測(cè)nepe固體推進(jìn)劑燃速，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、無損的分析目的，徹底克服傳統(tǒng)測(cè)試時(shí)需要固化成型耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，為nepe固體推進(jìn)劑的生產(chǎn)質(zhì)量及安全制造提供了一種方便快捷的檢測(cè)方法。

附圖說明

圖1是采用近紅外方法和采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的燃速值的相關(guān)度，其中的曲線1為測(cè)試試驗(yàn)得到的nepe固體推進(jìn)劑的燃速，曲線2為通過關(guān)系模型得到nepe固體推進(jìn)劑的燃速。

圖2是本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是一種測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑燃速的方法

步驟1，確定近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)。

通過對(duì)nepe固體推進(jìn)劑藥漿的測(cè)試確定近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)。具體過程是：

取5～10份nepe固體推進(jìn)劑藥漿；對(duì)所述的5～10份nepe固體推進(jìn)劑藥漿逐份進(jìn)行近紅外光譜測(cè)試，得到一組近紅外光譜測(cè)試曲線。測(cè)試中，依次對(duì)每一份nepe固體推進(jìn)劑藥漿進(jìn)行全波段掃描；選擇每一份nepe固體推進(jìn)劑藥漿的掃描次數(shù)分別為50次、100次、120次、160次、200次，每一次掃描的分辨率分別為2cm^-1、4cm^-1、8cm^-1；所述各掃描次數(shù)與所述各分辨率正交搭配。

對(duì)得到的一組近紅外光譜測(cè)試曲線進(jìn)行比較，取信噪比小且掃描次數(shù)少的近紅外光譜圖的參數(shù)作為該nepe固體推進(jìn)劑近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)，最后確定的nepe固體推進(jìn)劑近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)為：

波數(shù)范圍：全波段；

掃描次數(shù)：120次；

分辨率：4cm^-1。

采集時(shí)所使用的近紅外附件為漫反射光纖。

步驟2，關(guān)系模型所需樣品的選擇與制備：

所述的關(guān)系模型是通過一系列的nepe固體推進(jìn)劑的樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)與該nepe固體推進(jìn)劑的樣品燃速之間的關(guān)系建立的模型。

所述的關(guān)系模型所需樣品是對(duì)nepe固體推進(jìn)劑配方中的高能粘合劑、奧克托金、氧化劑的組分進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的幅度為該組分占體系比例的±10～15％，所述的百分比為質(zhì)量百分比。調(diào)整后的組分為百分之百。按所述方法調(diào)整后的nepe固體推進(jìn)劑配方的數(shù)量≥30。本實(shí)施例中，按所述方法調(diào)整后的nepe固體推進(jìn)劑配方的數(shù)量＝30。

按調(diào)整后的nepe固體推進(jìn)劑分別制備出樣品。

將每一個(gè)所述樣品質(zhì)量的1/3用于近紅外光譜數(shù)據(jù)的測(cè)試；剩余的2/3在50℃下經(jīng)7天固化成型后，用于測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速。

步驟3，nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)采集

根據(jù)步驟1確定的nepe固體推進(jìn)劑近紅外光譜數(shù)據(jù)采集參數(shù)采集nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)。

采集前近紅外光譜儀開機(jī)預(yù)熱一小時(shí)。

采集時(shí)，測(cè)試間的溫度為25±2℃，相對(duì)濕度≤65％。

對(duì)每個(gè)nepe固體推進(jìn)劑樣品分別采集三張近紅外光譜。分別取得到的三張近紅外光譜的近紅外光譜平均數(shù)據(jù)，并以各平均數(shù)據(jù)作為關(guān)系模型中的nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，得到一組近紅外光譜數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，得到的近紅外光譜數(shù)據(jù)為30個(gè)。

采集時(shí)所使用的近紅外附件為漫反射光纖

步驟4，nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速的測(cè)試

對(duì)各固化的nepe固體推進(jìn)劑樣品分別采用常規(guī)的方法用燃速測(cè)試儀測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速，得到一組nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速數(shù)據(jù)，并以該組燃速數(shù)據(jù)作為關(guān)系模型中與nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，得到的燃速數(shù)據(jù)為30個(gè)。

所述測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速采用國軍標(biāo)中的水下聲發(fā)射法。

步驟5，最佳模型參數(shù)選擇及關(guān)系模型的建立。

所述最佳模型參數(shù)選擇及關(guān)系模型的建立的具體過程是：

1.nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)分析區(qū)間選擇。

nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)采集過程中采用全波段采集。關(guān)系模型建立過程中如果采用nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)的全波段數(shù)據(jù)會(huì)造成噪音信號(hào)大、運(yùn)算速度慢、關(guān)系模型穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，所以要進(jìn)行nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)分析區(qū)間選擇。

逐個(gè)剔除各所述nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)中關(guān)系模型穩(wěn)定性差的數(shù)據(jù)，確定參與關(guān)系模型建立的nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)的分析區(qū)間為6800cm^-1～5550cm^-1和5180cm^-1～4000cm^-1。

采集時(shí)所使用的近紅外附件為漫反射光纖。

2.nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理

通過tqanalyst軟件改變數(shù)據(jù)格式和光滑方法，逐個(gè)確定各所述nepe固體推進(jìn)劑樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理參數(shù)為：

ⅰ數(shù)據(jù)格式：一階微分；

ⅱ光滑方法：savitzky-golayfilter。

3.化學(xué)計(jì)量方法的選擇

采用現(xiàn)有技術(shù)中的偏最小二乘法作為關(guān)系模型建立的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。

4.確定關(guān)系模型

最終確定的最佳關(guān)系模型參數(shù)如下：

ⅰ光譜分析區(qū)間：6800cm^-1～5550cm^-1和5180cm^-1～4000cm^-1；

ⅱ光譜預(yù)處理：一階導(dǎo)數(shù)；5點(diǎn)savitzky-golayfilter；

?；瘜W(xué)計(jì)量方法:偏最小二乘法；

借助專業(yè)的定量軟件輸入最佳關(guān)系模型參數(shù)，即完成該關(guān)系模型的建立。所述關(guān)系模型的相關(guān)系數(shù)為0.99365，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0428mm/s。

步驟6，關(guān)系模型的驗(yàn)證

在nepe固體推進(jìn)劑中任意取10～20份樣品。將每一個(gè)所述樣品質(zhì)量的1/3用于近紅外光譜數(shù)據(jù)的測(cè)試；剩余的2/3在50℃下經(jīng)7天固化成型后，用于測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速。

逐份對(duì)得到的樣品進(jìn)行nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)采集，得到一組10～20個(gè)nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)。

逐份對(duì)得到的固化成型的樣品測(cè)試nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速，得到一組10～20個(gè)nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速數(shù)據(jù)。

將得到一組nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)分別帶入步驟5建立的關(guān)系模型中，得到一組nepe固體推進(jìn)劑樣品的燃速數(shù)據(jù)。將固化成型的nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速數(shù)據(jù)與關(guān)系模型給出的燃速數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，二者燃速之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3％，證明所述關(guān)系模型可靠。

步驟7，nepe固體推進(jìn)劑樣品的測(cè)試

在nepe固體推進(jìn)劑中任意取一份樣品。對(duì)得到的樣品進(jìn)行nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)采集。將所采集的各nepe固體推進(jìn)劑樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入至所述的關(guān)系模型中，即得到nepe固體推進(jìn)劑樣品燃速。