Um den Reaktionsprozess und den Zündmechanismus unter Eindringbedingungen von Fremdkörpern in hochenergetischen Festtreibstoffen zu untersuchen, wurde eine Visualisierungsexperimentieranordnung für das Durchstechen und Zünden mit einem gekoppelten Mehrfeld-In-situ-Beobachtungssystem entwickelt und aufgebaut. Dieses System integriert Hochgeschwindigkeitskameras, Infrarot-Wärmebildgebung, digitale Bildkorrelation (Digital Image Correlation, DIC) zur Dehnungsmessung, verteilte Drucksensoren sowie in-situ-Rasterelektronenmikroskopie (Scanning Electron Microscope, SEM) und energiedispersive Spektroskopie (Energy Dispersive Spectroscopy, EDS) und ermöglicht eine synchrone, multidimensionale Beobachtung der Verformung, Temperaturerhöhung, Strömung und Zündverhalten der Proben während des Durchstechvorgangs. Untersucht wurden hochenergetische Festtreibstoffe auf GAP-Basis mit drei verschiedenen Dicken (5 mm, 10 mm, 15 mm). Es wurde eine Reihe von Durchstechversuchen durchgeführt, bei denen der Einfluss der Probendicke auf die Zündempfindlichkeit, die kritischen Zündbedingungen, die räumliche Verteilung der Zündpunkte und deren Zusammenhang mit dem lokalen mechanischen Feld analysiert wurden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen: Unter seitlich unbeschränkten Bedingungen tritt die Zündung nur auf, wenn die Probendicke unter die maximale Korngröße (ca. 330 μm) komprimiert wird; die Zündung stammt von Ammoniumperchlorat-Partikeln (Ammonium Perchlorate, AP); die Zündpunkte sind nicht zufällig verteilt, sondern konzentrieren sich in einem ringförmigen Bereich auf der Innenseite des Querschnitts der Durchstechstange (r von 2,5 bis 4,0 mm), der durch eine Synergie von hoher Schubverformung, hoher Schubverformungsrate, hohem Spannungsgradienten und hoher radialer Strömungsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist; weiter zeigt die Berechnung der Reibungsleistungsdichte und die mikroskopische Analyse der Rückstände, dass Reibungshitze an der Partikel-Grenzfläche der Hauptmechanismus für die Zündung des Treibmittels ist.

Hochenergie-Treibstoff;Zündmechanismus;Aufprall;Fremdkörperdurchdringung;Scherspannungsreibung