炭-炭复合材料耐高温和高速粒子烧蚀/侵蚀研究

为了模拟固体火箭发动机绝热材料的工作环境,在氧气和煤油为燃料的燃气中加入Al2O3粒子,对炭-炭复合材料进行烧蚀试验。计算超音速燃流的温度和速度分布特性,得出超音速火焰各气动参量呈抛物线分布的规律。对试件的烧蚀形貌进行电子扫描观察和对燃烧产物进行光谱验证,并计算试件的烧蚀率,得出炭-炭复合材料在超音速火焰和高速粒子烧蚀/侵蚀不同条件下的不同的烧蚀机理。     

基于数字图像处理的热防护材料烧蚀形貌重构方法

通过二维图像扫描仪获取硅橡胶类热防护层材料烧蚀试样切片图像。采用Matlab图像处理技术对烧蚀试样切片图像进行预处理,然后使用Otsu方法来对烧蚀试样图像进行分割获取试样切片的烧蚀边界。通过Matlab编程进行图像处理计算得到了试样表面局部烧蚀量,由表面积分得到的烧蚀质量与称重获得的烧蚀质量误差较小。证明了基于Matlab图像处理技术的耐烧蚀材料烧蚀形貌重构方法简单经济并且能够保证数据的精确性。该研究成果为后续完善此类热防护材料烧蚀模型提供了有效的技术支持。     

耐热烧蚀材料烧蚀和侵蚀速度的计算方法

在航空、航天中，烧蚀材料作为热防护层得到了广泛应用。而材料的烧蚀速度是热防护技术中希望得到的重要参数。本文对耐热烧蚀材料的烧蚀问题进行了分析和研究，给出了气相烧蚀速度和粒子侵蚀速度的计算方法，与实例比较，数据基本吻合。     

推进剂用室温硫化硅橡胶包覆材料的耐烧蚀性能研究

通过对通用硅橡胶热分解机理的分析,提出了改善双组份室温硫化硅橡胶耐烧蚀性能的三条途径。利用所研制的ＲＴＶ－Ｋ胶,考查了４种填料对ＲＴＶ硅橡胶氧乙炔线烧蚀率的影响,并讨论了白炭黑使硅橡胶线烧蚀率增加的原因。     

2D C/SiC复合材料烧蚀性能分析

采用氧-乙炔烧蚀试验研究了2DC/SiC复合材料的烧蚀性能,并对2DC/SiC复合材料在氧-乙炔焰流烧蚀条件下的烧蚀机理和烧蚀物理模型进行了初步探讨。结果表明,密度对材料的烧蚀性能有显著的影响,随着密度的增加,材料的线烧蚀率呈下降的趋势,当密度提高3.4%时,材料的线烧蚀率下降65%。同时,C/SiC复合材料在氧-乙炔条件下的烧蚀机制是热氧化烧蚀、热物理烧蚀和机械冲刷的综合作用。     

火箭耐烧蚀纳米复合材料的工艺、组织及性能

描述了一种火箭新型耐烧蚀纳米复合材料（NRAM）的研制。评估了高岭土（MMT）纳米粘土、纳米碳纤维（CNF）,多面体齐聚物POSS等纳米粒子与酚醛树脂SC-1008的结合性。用不同含量纳米粒子代替现有耐烧蚀材料MX-4926中的碳黑制造了几种NRAM。用燃烧煤油和氧气的一台亚尺寸超声速液体燃料火箭发动机来研究耐烧蚀材料的烧蚀和鲍热性能。这种模拟的固体火箭发动机（SSRM）亚尺寸烧蚀试验结果表明,NRAM比MX-4926在侵蚀率和吸热温度方面性能提高,成功验证了火箭喷管组件中使用NRAM的可行性。     

炭化层对粒子反弹系数测量实验研究

炭化层粒子的反弹系数是固体火箭发动机中两相流动计算的一个重要参数。文中设计并建立了测量粒子侵蚀炭化层反弹系数的实验系统,应用直径为1.5mm的粒子对炭化层进行了不同角度下的侵蚀反弹试验,测得各入射角下的法向及切向反弹系数。通过对实验数据应用准牛顿优化算法进行三次方多项式拟合得到法向反弹系数和切向反弹系数随侵蚀角的变化关系式,可为粒子对绝热材料的侵蚀力的计算及固体火箭发动机两相流动计算提供参考。     

绝热材料炭化层孔隙结构及烧蚀气体状态分析

炭化层结构是绝热层烧蚀的重要影响因素,为进一步了解烧蚀过程中炭化层孔隙结构的特点,采用多孔介质体烧蚀模型进行数值模拟分析。用Arrhenius公式实时计算炭化层内沉积反应增加的碳量以及氧化反应消耗的碳量,获得了烧蚀过程中炭化层孔隙结构的演化规律。同时获得了炭化层内烧蚀气体的流速和压强的量级与分布情况,为进一步探索烧蚀过程中炭化层的机械剥蚀打下基础。     

绝热材料烧蚀测试及炭化层微区孔隙率处理方法

研究了固体火箭发动机燃烧室绝热材料烧蚀实验发动机的特点以及烧蚀率和炭化层的表征及测量方法。在分析炭化层多孔结构特点的基础上,获得了由电镜照片处理得到特征面孔隙率的经验阈值,推导获得了由面孔隙率向体孔隙率转化的修正系数,从而给出了绝热材料烧蚀炭化层微区孔隙率的处理方法,为烧蚀机理分析和烧蚀模型建立提供数据支持。     

固体火箭发动机用高性能有机硅烧蚀材料研究

本文讨论了有机硅树脂的结构(R/Si,Me/Ph,分子链形态和共聚单体的组成)对材料热稳定性和烧蚀性能的影响。采用特殊的合成工艺和正确的配方设计,可以合成出具有线型支化结构的树脂。它热失重小、成炭率高、炭化层强度大、耐冲刷性能好。利用填料之间在高温下发生吸热化学反应来设计材料配方,可有效地降低冷壁温度,改善烧蚀性能。     

Experimental Research on Dynamic Erosion of EPDM Insulation Subjected to Particle-Laden Flow

The instantaneous degradation of erosion surface of ethylene propylene diene monomer(EPDM)insulation subjected to the particle-laden flow in two operating conditions was measured by using a real-time X-ray radiography system.The images of its erosion state and dynamic ablation rate were obtained.And the charring-layer was analyzed by using SEM and energy spectrum.The experimental results indicate that the erosion rate of EPDM insulation layer impacted by low speed and low concentration particle flow is rela...     

白炭黑对推进剂的硅橡胶包覆层材料性能的影响

研究了白炭黑对室温硫化（ＲＴＶ）硅橡胶包覆层材料力学性能、粘接性能和烧蚀性能的影响。结果表明，白炭黑是硅橡胶包覆层材料较为理想的补强填料。随着白炭黑用量的增加，它能够提高硅橡胶的拉伸强度、伸长率和粘接强度，但是却使氧乙炔线烧蚀率增加，耐烧蚀性能变差。     

飞行器热解炭化材料烧蚀产物对等离子体流场的影响规律

高速飞行器表面防热材料在气动加热产生的高温下会热解烧蚀,烧蚀产物进入空气边界层流场后,与流场中的高温空气发生复杂化学反应,对飞行器周围空气流场中组分浓度和等离子体分布产生影响.基于求解热化学非平衡Navier-Stokes方程,建立耦合烧蚀壁面的三维等离子体流场计算方法.理论预测电磁衰减测量项目第2次飞行试验(RAMC...     

混杂结构复合材料防弹性能研究

为探讨不同混杂结构对防弹性能的影响规律,根据芳纶Ⅱ和芳纶Ⅲ纤维力学性能特点,设计制备7种不同混杂比例的复合材料,每种混杂比例有芳纶Ⅲ为迎弹面或背弹面两种铺层顺序。采用1.1 g标准模拟破片、51式7.62 mm铅芯弹等对各种混杂结构的复合材料进行性能测试,研究了铺层顺序、混杂比例等对抗冲击性能和防弹性能等的影响规律。研究结果表明：低速冲击下,随着芳纶Ⅲ复合材料含量的增加,混杂结构复合材料的最大载荷时间逐渐降低,即同一时间内,芳纶Ⅲ可以吸收更多的能量;芳纶Ⅲ复合材料为迎弹面或背弹面,其穿透概率50%的弹道极限速度v₅₀均随着芳纶Ⅲ质量含量的增加而提高,趋势为v₅₀开始提升速度较大,质量含量超过30%时,v₅₀提升速度明显趋缓,芳纶Ⅲ质量含量超过70%,v₅₀提升不明显。当芳纶Ⅲ复合材料位于迎弹面时,混杂结构复合材料v₅₀较高,这一现象在芳纶Ⅲ复合材料质量含量为30%～70%时最为明显,同时,芳纶Ⅲ复合材料含量的增加有利于减小防弹头盔弹击后的变形量。     

气凝胶改性石英纤维增强有机硅透波复合材料性能

以SiO2气凝胶、Al2 O3气凝胶、ZrO2气凝胶为改性剂、甲基苯基有机硅树脂为基体,石英纤维布为增强材料,制备了气凝胶改性石英/有机硅复合材料.开展热重分析、动态热机械分析、力学性能测试、介电性能、扫描电子显微镜等测试实验,研究不同气凝胶改性对石英/有机硅复合材料的热性能、力学性能和介电性能的影响.结果表明:气凝胶...     

不同环境温度下CaF2/TiC/镍基合金复合涂层摩擦磨损性能研究

为提高镍基合金涂层在苛刻摩擦条件特别是高温无润滑时的摩擦磨损性能,在45^#钢表面制备了CaF₂和TiC颗粒协同改性镍基合金复合涂层,分析其微观结构,研究其在不同温度下的摩擦磨损行为与机理。结果表明：CaF₂/TiC/镍基合金复合涂层的微观组织呈层状分布,主要由γ-Ni、CrB、Cr₇C₃、TiC和CaF₂物相组成。CaF₂/TiC/镍基合金复合涂层在不同环境温度下具有优异的减摩耐磨性能。从室温到500 ℃,复合涂层的摩擦系数由0.42逐渐减小至0.29,较镍基合金涂层降低16.2%～33.9%。随着环境温度的升高,复合涂层的磨损失重逐渐减小,且大幅度低于镍基合金涂层。温度为500 ℃时,复合涂层磨损表面形成了转移膜,转移膜中含有CaF₂,起到高温减摩作用,使其摩擦系数降低。复合涂层的磨损机理主要为转移膜的疲劳剥落。随着温度的升高,转移膜的覆盖面积逐渐增大,对复合涂层起到保护作用,使其磨损失重随温度增加而减小。     

碳纤维增强类复合材料烧蚀产物对等离子体流场特性影响的实验研究

高速飞行器表面的防热材料在气动加热产生的高温下会分解烧蚀并产生等离子体。为分析不同烧蚀条件下碳纤维增强类复合防热材料的烧蚀产物对下游流场特性的影响,利用高频等离子体风洞,采用高频感应加热方式对碳/碳和碳/碳化锆两种复合防热材料进行烧蚀并产生高速等离子体射流,在下游通过朗缪尔探针和平头柱塞量热计获得不同烧蚀状态下的流场电子数密度和驻点热流。研究结果表明：随着两种材料烧蚀率的增加,下游流场中的电子数密度和驻点热流逐渐降低,表明“黑障”风险和气动加热现象得到缓解;碳/碳化锆材料在降低下游流场的电离度和焓值方面优于碳/碳材料;随着材料前方来流焓值的增大,两种材料烧蚀造成的下游流场电离度和焓值的差异会在一定程度上缩小。     

溶液参数对n-Al/F2604复合粒子微观形貌的影响机制

为了揭示氟橡胶对纳米铝粉的包覆机理,以静电喷雾技术,利用不同溶剂(乙酸乙酯和丙酮)制备了不同氟橡胶(F2604)含量的复合粒子,用扫描电子显微镜(SEM)表征了复合粒子的形貌,采用实验与分子动力学模拟相结合的方法研究了溶液参数对n-Al/F2604复合粒子微观形貌的影响。结果表明,丙酮作为溶剂可使得复合粒子形貌更为均匀规整,氟橡胶含量小于13%时,复合粒子直径随着氟橡胶比例增加而增大;当氟橡胶含量继续增加,复合粒子粒度分布变得不均,形状不规则,出现明显的纺丝现象。氟橡胶在溶剂中的扩散系数是影响其包覆纳米铝粉时分子链形态的重要因素之一,因此,在选择溶剂时应当遵循"氟橡胶扩散系数大"原则;氟橡胶与纳米铝粉的单位结合能主要由静电力作用能(75%～93%)和范德华作用能(6%～22%)组成,氟橡胶含量通过分子间静电力作用对复合粒子微观形貌产生影响。