概述了固体推进剂配方优化设计的进展及常用的优化方法，重点介绍了模式搜索法和遗传算法优化原理，通过一些典型实例介绍了具体优化计算方法。该优化方法和优化设计软件包（SPOD）可用于火炸药、化学及高分子材料配方优化设计中。附参考文献41篇。

固体推进剂以其结构简单、性能稳定、使用方便、易于大量生产而被广泛应用于火箭发动机中作为能源。固体推进剂及固体火箭发动机的应用场合很广泛,不同的使用场合对推进剂提出了不同的要求。本文就目前国内外固体推进剂的应用情况略加论述,并对固体推进剂的发展前景提出一些看法。

采用高速扫描相机测量冲击波在JO-9159炸药试样和铝试样中的传播速度，用对比法得到JO-9159炸药强爆轰产物的雨贡纽关系。采用JWL与γ的联合方程描述炸药强爆轰产物的状态，基于实验结果确定了其状态方程的参数值。结果表明，该状态方程的p-V曲线与实验结果吻合较好。用JWL与γ律联合方程可较准确地描述JO-9159炸药强爆轰产物的状态。

采用溶液-水悬浮法，通过控制水料比、反应温度、搅拌速度等因素制备了纳米HMX基PBX。使用热重(TG)/差示扫描量热(DSC)同步热分析仪研究了其热分解特性。结果表明，纳米HMX基PBX热分解反应的DTG峰温、活化能和放热量分别为557.5K、270.5kJ/mol和816.3J/g；与微米HMX基PBX相比，纳米HMX基PBX的DTG峰温延后3.7K，活化能提高86.9kJ/mol，放热量增加158 /g。在558.3K以下，纳米HMX基PBX的安定性优于微米HMX基PBX。

为研究损伤炸药的安全性，在温度载荷和机械载荷的复合作用下，对TATB基PBX炸药药柱进行了较轻微和较强烈两种不同程度的损伤试验。测试了损伤前后PBX药柱的密度、超声波声速和增益值变化，采用隔板试验测试了冲击波感度。结果表明，经两种复合载荷作用后药柱的密度分别减小0.15%和2.16%，超声波声速减小0.97%和7.87%，增益值增加43.32%和49.07%；50%爆轰隔板厚度分别增加约2.08%和30.21%，表明复合载荷作用越强烈，药柱密度和声速值减小越明显，损伤越严重，冲击波感度越高。

利用分子动力学模拟研究了不同含氟聚合物（F2311、F2603及F2462）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）与Al2O3（0 0 1）晶面的相互作用以及SDBS与3种含氟聚合物的相互作用，进一步利用分子动力学计算了O2分子在不同构型的3种含氟聚合物膜中的扩散速率。以F2311为例，计算了不同分子链个数、温度和不同聚合度条件下O2分子在F2311膜中的扩散速率。结果表明，F2311、F2603及F2462与Al2O3（0 0 1）晶面的结合能分别为1798.24、3817.39及1047.22kJ/mol；SDBS与Al2O3（0 0 1）晶面的结合能显著大于含氟聚合物与Al2O3（0 0 1）晶面的结合能，并随着SDBS个数的增加而增大；F2311、F2603及F2462与SDBS的结合能分别为1218.97、1243.05及1338.06kJ/mol；O2在含氟聚合物膜中的扩散速率受聚合物种类及构型影响，O2在F2311膜中的扩散速率随着F2311分子链个数及聚合度的增加而减小，随着温度的升高而增大。

以5-氨基四唑为原料，经氧化、配位反应合成了含能配位化合物二水偶氮四唑四氨合铜（Ⅱ）［Cu(NH3)4］ATZ·2H2O。用元素分析和红外光谱分析对目标化合物的结构进行了表征，测量了不同合成条件下所得该配位化合物的形貌及性能，用DSC和TG-DTG考察了目标化合物的热性能。结果表明，最佳合成条件为：n（偶氮四唑钠）∶n（硫酸铜）∶n（氨水）=1.0∶1.2∶7.9，反应温度为55℃，目标化合物的收率为70%，产物呈颗粒状，具有良好的流散性。［Cu(NH3)4］ATZ·2H2O经脱水敏化后的产物为［Cu(NH3)4］ATZ，［Cu(NH3)4］ATZ具有良好的火焰感度和撞击感度，可用作起爆药和击发药。［Cu(NH3)4］ATZ·2H2O的机械感度比［Cu(NH3)4］ATZ低，不能用作起爆药和击发药。

利用混合炸药中TNT和RDX在溶剂中溶解度的差异，首先用甲苯萃取出梯黑铝炸药中的TNT，然后分别以丙酮和二甲基亚砜为溶剂，经萃取、冷却结晶，过滤得到RDX。用SEM和DSC对回收RDX进行形貌表征和热分析，用XRD对回收铝粉进行物相分析。结果表明，丙酮和二甲基亚砜中重结晶回收RDX的纯度分别为98.4%和97.8%，撞击感度分别为76%和84%，丙酮重结晶回收RDX晶体质量优于二甲基亚砜重结晶回收的RDX。回收RDX与原料RDX的特征温度基本相同，热安定性良好；回收的铝粉不含炸药，无明显氧化。

利用大型落锤和一级轻气炮加载装置对RDX基PBX炸药进行撞击加载实验，获取了不同应力率（0.314~9.83GPa/ms）下的力学响应特性及反应情况，探讨了应力率对该RDX基PBX炸药撞击安全性机理的影响。结果表明，随着应力率的增加，RDX基PBX炸药的撞击安全性降低；PBX炸药颗粒的变形速率随着应力率的增加而增大，热量无法被蜡状添加物在短时间内吸收，使得RDX颗粒温度迅速上升，这是RDX基PBX炸药撞击安全性下降的主要原因。

以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，丙酮为非溶剂，硝酸镍为添加剂，采用溶剂/非溶剂法将堆积密度较低的针状硝基胍重结晶制备成堆积密度较高的球形硝基胍。采用扫描电镜(SEM)和差示扫描量热法（DSC）分析了球形硝基胍的晶体形貌和热性能。讨论了影响硝基胍堆积密度的主要因素，确定了制备较高堆积密度的球形硝基胍的工艺条件。结果表明，在温度为80 ℃，溶剂与非溶剂体积比为1∶3，添加剂质量分数为0.005%，搅拌速率为400r/min的条件下，制备的球形硝基胍堆积密度最大，为1.08g/cm3，球形硝基胍的热分解温度较文献值略有提高。

为研究多组分气体（CO2、H2O、HCHO、HCN、N2、O2）在JOB-9003炸药（1 0 0）、（0 1 0）、（0 0 1）晶面的吸附机理以及对炸药力学性能和感度的影响，用MS软件构建炸药模型，采用分子动力学（MD）方法得到气体在炸药表面的吸附量和吸附结构，分析了吸附后气体分子与JOB-9003表面分子的径向分布函数，计算了吸附前后引发键的键长分布和炸药体系的弹性系数。结果表明，（1 0 0）晶面的吸附能力最强；多组分气体在晶体表面发生竞争吸附，吸附量由多到少依次为H2O、HCN、CO2 、N2、O2、HCHO，这主要与气体分子与炸药表面分子间形成的氢键、分子的极性、气体分子的体积有关；JOB-9003炸药表面吸附的多组分气体使炸药的撞击感度和热感度升高；吸附后炸药的韧性减弱，刚性降低，力学性能变差。

利用自行设计的烤燃试验装置，在1℃/min的升温速率下对RDX基高能炸药进行了慢速烤燃试验。用FLUENT软件进行了模拟计算，研究了3种物理界面（空气、T-09耐烧蚀隔热涂料和GPS-2硅橡胶涂料）对炸药慢速烤燃特性的影响。结果表明，物理界面是影响炸药慢速烤燃响应特性的重要因素。相同条件下，物理界面为空气时，能增加烤燃弹的烤燃响应温度、响应时间以及烤燃响应的剧烈性；物理界面为惰性材料时，能增加烤燃弹的烤燃响应温度、响应时间，降低烤燃弹烤燃响应的剧烈性。数值计算结果表明，炸药慢速烤燃响应温度及烤燃时间受物理层厚度的影响，物理层厚度为0~5mm时，炸药烤燃响应温度、烤燃时间随着物理层厚度的增加而增大；物理层厚度为2.5mm时，炸药烤燃响应温度、烤燃时间达到最大值，之后随着物理层厚度的增加而减小。

采用化学敏化和物理敏化方式制备了乳化炸药，通过电测法测量了两种乳化炸药在常温和-30℃冷冻后的爆速，用显微镜对两种乳化炸药的微观结构进行观察，采用水溶法测定了其析晶率，分析了低温引起两种乳化炸药爆速下降及拒爆的原因。结果表明，低温下，化学敏化气泡因表面自由能减小而自发聚集，使气泡尺寸太大而失效，且气泡内外压力差增大，大量有效气泡破碎、逃逸，使炸药最终拒爆；物理敏化克服了敏化气泡低温下不稳定的缺点，但其碎屑为析晶提供了晶核，与化学敏化方式相比，使用物理敏化方式制备的乳化炸药析晶率高7%，冷冻30d爆速虽下降但未拒爆。

采用传统的无溶剂法和螺压工艺制备了以N-甲基对硝基苯胺（PNMA）为含能化学安定剂的HMX/Al-CMDB推进剂，研究了PNMA对推进剂的制备工艺、化学安定性、力学性能及能量特性的影响。结果表明，用PMNA部分或完全替代Ⅱ号中定剂（C2）后，甲基紫化学安定性试验试纸变色时间大幅度增长，表明含PNMA 的HMX/Al-CMDB推进剂的化学安定性显著提高，随着PNMA含量的增加，试纸变色所需时间增加。用PNMA替代C2后，推进剂的密度没有变化，爆热值增加52kJ/kg，能量有较大提高，对降低压强指数有利，但对推进剂力学性能以及制造工艺无不良影响。

用TG、5s爆发点和单向拉伸试验, 研究了湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性和力学性能的影响。结果表明，在相对湿度70%、温度75℃下经历6d的湿热老化后，RDX/AP-NEPE推进剂在TG曲线上的3个质量损失阶段的表观活化能均略有降低，水分对AP分解活化能的影响较为明显，使其活化能降低9.3%。湿热老化前后，5s爆发点Tb分别为303.7℃和302.7℃。随着老化时间的增加，延伸率和抗拉强度都呈降低趋势，至第6d延伸率从106.0%降至36.7%，抗拉强度从0.631MPa降至0.541MPa。在75℃下干燥热老化6d后，RDX/AP-NEPE推进剂3个阶段的表观活化能、5s爆发点、抗拉强度和延伸率都没有明显的变化。初期老化过程中，水分对RDX/AP-NEPE推进剂的力学性能和AP的分解活化能影响较大，但对热感度基本没有影响。

采用光辊压延工艺制备了含质量分数78%碳酸钙（CaCO3）的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）基推进剂胶片。通过静态力学试验分析了不同相对分子质量PVB和11种液体石蜡对推进剂胶片力学性能的影响，用扫描电镜观察了推进剂胶片的剖片形貌。结果表明，以相对分子质量为40000的PVB作黏合剂、醇质量分数为5%的液体石蜡作工艺助剂时，推进剂胶片内部结构致密，力学性能最佳，低温延伸率为2.97%，高温拉伸强度为3.55MPa。用黑索今（RDX）全部替代CaCO3时，可安全稳定地制备PVB基高固体含量推进剂。含43.25μm RDX的推进剂比含21.02μm RDX的推进剂的拉伸强度及延伸率分别高45%和17%。

采用差示扫描量热法（DSC）和动态力学分析法（DMA）研究了不同质量比的硝化棉/聚乙二醇（NC/PEG）共混体系的相容性。结果表明，NC/PEG共混体系中PEG的熔点、结晶度和结晶熵随NC含量的增加明显降低，共混组分相互作用参数χ1,2为负值，即共混体系在热力学上具有相容性。共混体系的玻璃化转变温度随NC含量的增加均向低温移动，并且当共混体系中NC与PEG质量比为1∶1时，共混体系呈现单一的玻璃化转变温度。

为了快速检测火药吸收药中硝化棉的含量，采用光纤探头采集吸收药混合液体系的近红外光谱图，通过分析纯NC和吸收药混合体系的光谱图特性，选择5965~6340cm-1和7665~9193cm-1为建模区域，用偏最小二乘法对NC组分建立了定量校正模型。结果表明，模型的决定系数R2为0.9881，预测根方差RMSEP 为0.2238，预测集样本的预测平均相对误差为1.23%，检测时间小于20s，能够满足火药连续自动化生产的需要。

为改进高能硝胺发射药的力学性能，制备了含缩水甘油叠氮聚醚(GAP)的单孔管状硝胺发射药，用材料试验机测试其冲击和压缩性能，通过扫描电镜观察其内部形貌，用密闭爆发器分析了其燃烧性能。结果表明，GAP可改善高能硝胺发射药的力学性能，加入质量分数1.5%GAP时，高能硝胺发射药的低温抗冲强度由基础配方的4.51kJ/m2提高到5.58kJ/m2，GAP的加入使固体填料与黏结剂体系界面间的黏接强度提高，脱湿现象减少；随着GAP含量的增加，管状发射药的压强指数（n）相比基础配方增加，爆温（Tv）及火药力（f）逐渐降低，GAP质量分数为3.5％时，与基础配方相比，f、Tv分别降低1.41％、3.69％，n增加0.51％。

通过对107个硝化棉样品的近红外漫反射光谱及其含氮量参比值的研究，采用偏最小二乘法建立了测定硝化棉含氮量的数学模型。用t对子检验对比了其与化学分析法的结果。结果表明，该模型的交互验证决定系数（R2）为0.9981，交互验证残差均方根（RMSECV）为0.026%；外部验证的残差均方根（RMSEP）为0.023%。t对子检验表明，近红外光谱法与化学分析法无显著差异。该方法将分析时间缩短到3min以内，可代替化学分析方法。