高エネルギー固体推進剤への異物刺入条件下における応答過程および点火メカニズムを探求するために、複合多物理場インシチュ観測システムを備えた可視化穿刺点火実験装置を設計・構築した。本システムは、高速度カメラ、赤外線熱画像、デジタル画像相関（Digital Image Correlation、DIC）によるひずみ測定、分布型圧力センサー、およびインシチュ走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）、エネルギー分散型分光分析（Energy Dispersive Spectroscopy、EDS）などの機能を統合し、穿刺過程における試料の変形、温度上昇、流動および点火挙動を同期かつ多次元的に観察可能とした。研究対象として、異なる厚さ（5 mm、10 mm、15 mm）のGAP基高エネルギー固体推進剤3種類を選定し、一連の穿刺実験を実施した。主に試料厚さが点火感度に与える影響、点火発生の臨界条件、点火点の空間分布特性および局所力学場との関連性を解析した。実験結果より、側方拘束がない条件下では、点火は試料厚さが最大固相粒子サイズ（約330μm）以下に圧縮された場合にのみ発生し、点火起源は過塩素酸アンモニウム（Ammonium Perchlorate、AP）粒子であり、点火点はランダムに分布せず、穿刺棒断面内側の環状領域（半径r 2.5～4.0 mm）に集中していることが判明した。この領域は高いせん断ひずみ、高いせん断ひずみ速度、高応力勾配および高い放射流速の協同特性を有する。さらに、摩擦仕事密度の計算および残骸の微細形態解析により、粒子‑界面摩擦発熱が推進剤点火の主要機構であることを明らかにした。

高エネルギー推進剤;点火メカニズム;衝撃;異物穿刺;せん断摩擦