整体模压封头绝热层和人工脱粘层制造技术

整体模压封头绝热层和人工脱粘层制造技术洪竹娟（陕西非金属材料工艺研究所西安７１００２５）１前言发动机燃烧室壳体的热防护是关系到发动机成败的关键技术之一。发动机内绝热层的主要作用：第一，防止高温燃气烧坏燃烧室壳体，防止由于过热而降低壳体的强度和危及其结...     

固体火箭发动机绝热层分析和设计

固体火箭发动机的绝热层设计是燃烧室设计中的一个重要部分,它关系到发动机的性能和可靠性。本文简介了现有绝热层的种类和基于绝热层在高温碳化过程中不发生侵蚀现象的厚度确定方法,并结合实际提出了绝热层设计中需注意的问题。     

燃气发生器绝热层研制

分析和提出了提高燃气发生器绝热层性能的途径,考察了工艺条件对绝热层性能的影响,研制出可满足燃气发生器使用要求的含石棉三元乙丙绝热层;含石棉丁腈绝热层和含芳纶三元乙丙绝热层。     

三元乙丙橡胶绝热层在固体火箭发动机中的应用

从研制固体火箭发动机三元乙丙橡胶绝热层的实际情况出发,围绕三元乙丙橡胶绝热层的关键技术烧蚀和粘接性能的提高,着重分析了绝热层配方组分、粘贴工艺特点、烧蚀性能评价体系,提出了目前国内三元乙丙橡胶绝热层存在的问题及其发展方向.     

橡胶绝热层的热膨胀成型工艺

对小口径、长细比大的橡胶绝热层热膨胀成型工艺进行了研究.通过对橡胶硫化特性以及热膨胀硅橡胶的热胀特性研究,确定了成型的工艺流程及工艺参数.实验结果表明该工艺简便易操作,且生产的绝热层性能良好,表面光滑、质量稳定.     

固体发动机有机烧蚀防热涂层的研究

直径、开口较大的固体发动机燃烧室热防护大多采用橡胶基绝热层、但对长细比较大,特别是开口甚小的金屈壳体工艺上却难以实施。 为了寻找具有良好的防热效果,同时工艺又简便易行的发动机内防热材料。我们开展了以环氧树脂为粘合剂、Al_2O_3·3H_2O为阻燃剂,添加石英粉、Cr_2O_3等耐高温、低导热性能无机填料组成的防热涂层的试验研究。 通过试片试验与发动机地面考核试验,证明该防热涂层也是固发燃烧室一种较为适宜的烧蚀防热材料,它具有不受被保护产品几何形状的限制。可采取喷涂、滚涂、刮涂、刷涂等优点,烧蚀率远小于橡胶基绝热层,尤其适用工作时间在30s左右的战术型号发动机燃烧室热防护。     

固体发动机燃烧室壳体／绝热层界面脱粘类型及解决的技术途径

界面粘接是固体发动机装药结构完整性的重要条件、通过对发动机燃烧室壳体／绝热层界面粘接进行的研究，指出燃烧室在绝热层整体粘贴中常见的四种脱粘类型。对各类脱粘原因通过抽样色谱分析、无损检测或解剖作了验证，提出解决脱粘问题的具体技术途径。研究结果表明，这些技术措施在发动机装药研制中取得较好的效果。     

耐烧蚀、低密度三元乙丙橡胶绝热层的研制

采用过氧化物硫化体系，芳纶纤维和耐烧蚀树脂作为耐烧蚀填料，阻燃剂为无卤的含磷阻燃剂，并通过L9(3^3)正交实验确定了含磷阻燃剂、耐烧蚀树脂、气相二氧化硅的最佳用量分别为25份、15份、15份。确定最佳配方和工艺生产出的三元乙丙橡胶绝热层密度为1．06—1．07g／cm^3，线烧蚀率为0.099mm／s，质量烧蚀率为0．043g／s，满足了某固体火箭发动机燃烧室内壁绝热层的技术要求。     

某典型振动条件下发动机点火试验研究

以某飞行器主动段飞行故障中屡屡出现低频振动现象为背景,通过设计振动点火试验台,模拟空中飞行的振动环境,进行了低频振动条件下的发动机点火试验,研究了该低频振动对固体发动机药柱结构完整性、发动机内弹道性能以及燃烧室内绝热层烧蚀性能等的影响,研究结果初步证明,飞行过程中出现的低频振动不破坏发动机药柱的结构完整性,对发动机主要内弹道性能也不产生较大影响,但对振动方向上的推进剂燃速与绝热层的烧蚀率产生一定影响。该项研究可为相关的工程问题提供依据。     

EPDM/CR并用橡胶绝热层性能研究

不同种类的橡胶并用是提高制品性能的有效途径之一。通过在三元乙丙橡胶（EPDM）中混入部分氯丁橡胶（CR），研究了并用橡胶绝热层性能的影响规律。结果表明，在EPDM橡胶中并用适量CR橡胶可以改善其性能。当EPDM/CR并用橡胶中CR用量不大于30份时，并用橡胶的硫化特性、耐热性能和拉伸力学性能可以得到明显改善，而并用橡胶的玻璃化转变温度、制备工艺等基本特性并不会发生本质改变；此外，烧蚀试验结果表明，CR橡胶的混入增加了基材烧蚀后在芳纶纤维表面的沉积量，有利于提高绝热层的耐烧蚀性能；应用结果表明，EPDM/CR并用橡胶绝热层的拉伸强度和烧蚀性能优于单一EPDM橡胶绝热层。     

热处理对Pt-PtRh13薄膜热电偶绝缘层性能的影响及机理分析

为了测量航空发动机高温部件表面温度,利用离子束溅射镀膜技术制备了拥有多层薄膜结构的Pt-PtRh13薄膜热电偶,包括Ni基合金基底、Ni Cr Al Y黏结层、Al2O3过渡层、Al2O3绝缘层、Pt/Pt Rh13薄膜热电偶和Al2O3保护层。研究了热处理对Pt-PtRh13薄膜热电偶绝缘层性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)等手段对薄膜热电偶绝缘层性能下降的机理进行了分析。研究结果表明:利用Al2O3绝缘薄膜开发的Pt-PtRh13薄膜热电偶只用于900℃以下测温,在900℃以上长时间应用可能会出现测温不稳定问题,高温诱发Al2O3绝缘层发生晶型转变是主要原因。     

复合材料主动冷却薄壁燃烧室设计分析

通过建立流固耦合传热模型,对不同尺寸冷却通道的主动冷却薄壁燃烧室结构瞬态传热特性进行数值模拟,给出了主动冷却燃烧室的瞬态温度场分布及其演化.再采用有限元法计算燃烧室的热应力和应变,从而揭示了冷却通道几何参数及内部煤油体积流量对燃烧室薄壁结构最高温度和热应力的影响规律.计算结果表明:在充分发挥煤油冷却效果前提下,冷却通道距离燃烧室内壁距离越近,所需煤油体积流量越大,而燃烧室结构热应力在10s左右达到最大值,设计时应着重考虑这段时间内的材料性能.      

大直径薄壁燃烧室壳体热处理变形研究

对30CrMnSiA钢大直径薄壁燃烧室壳体热处理变形规律进行了研究。结果表明：燃烧室壳体的直径和长度变化主要受热应力和组织应力影响，且组织应力的作用大于热应力，导致热处理后直径缩小，长度在一定范围变化。燃烧室壳体椭圆度及母线直线度主要受吊装方式、壳体焊接质量、油冷时壳体入油速度等工艺方法影响，采取专用工装，可以校正燃烧室壳体椭圆度及母线直线度。     

固体火箭冲压发动机补燃室绝热层烧蚀试验方法

基于自主研发的氧-煤油烧蚀试验系统,发展了一种用于固体火箭冲压发动机补燃室热结构及材料烧蚀研究的试验方法。采用该方法开展了某型室温硫化硅橡胶基绝热材料的烧蚀试验,试验分别在含氧化铝粒子侵蚀和无粒子侵蚀条件下进行,并根据SEM图对比分析了粒子对材料表面微观形貌的侵蚀效应。结果表明:无粒子侵蚀条件下的试样经烧蚀后膨胀并分层,其平均线烧蚀率为-0.025mm/s;而粒子侵蚀条件下的试样平均线烧蚀率为1.901mm/s,试样中心区域的陶瓷层被粒子完全破坏,只留下极薄的热解层和裸露的碳纤维端部,碳纤维周围的基体主胶、颗粒填料及芳纶纤维均被高速焰流氧化剥离,充分说明粒子对绝热层材料的强剥蚀破坏效应;同时也验证了该方法能较好地模拟固冲发动机补燃室内的烧蚀热环境,可用于材料配方的筛选和耐烧蚀性能测试。      

随活塞同步振动下纳米流体的强化传热特性

内燃机工作过程中,燃烧产生的热能一部分传给燃烧室部件,传给燃烧室部件中的热能有一半以上传给活塞,由于内燃机热负荷不断提高,必须要对活塞进行有效冷却。当活塞功率密度超过0.3kW/cm2时,必须采用冷却油腔进行冷却。为揭示纳米流体在冷却油腔内的流动和传热特性,对不同种类纳米流体在定常和振动状态下直圆管中的物性、摩擦阻力和传热特性进行了实验研究。研究发现：未施加换热腔振动时,在纯净水中添加纳米颗粒后摩擦阻力系数在层流流域内略有上升,湍流范围内几乎没有变化,但是传热效果却大大增强,最优强化在层流-湍流转捩点附近出现且随着纳米体积浓度和导热系数的增大而增大。对换热腔施加随活塞同步振动后,传热强化与振动频率成正比、与雷诺数成反比;用纳米流体代替传统流体后传热效果大大增强,同时还发现纳米流体种类对强化效果影响显著。     

通道深宽比对液体火箭发动机推力室再生冷却的影响

应用湍流模型对液体推进剂火箭发动机再生冷却推力室通道的流动与传热进行了三维数值模拟, 冷却工质为氢气, 其密度、导热系数、动力粘度随着温度和压力而变化, 冷却剂比热容及金属固体物性随着温度而变化.计算采用标准k-ε两方程湍流模型及气-固耦合算法.保持再生冷却通道个数及冷却工质进口流量不变, 通过改变通道肋壁厚度来改变冷却通道深宽比, 研究不同深宽比对推力室壁面再生冷却效果的影响规律.计算结果表明:增加通道深宽比对推力室壁面能够起到强化传热的作用, 但同时也增加了冷却通道的进出口压差.这是由于冷却工质流速的增高, 从而提高了推力室传热系数.随着深宽比不断增加, 推力室再生冷却效果趋于饱和, 而冷却工质进出口压降则不断上升.      

基于传热反问题方法的N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室热流测量研究

测量液体火箭发动机的热载荷是获取燃烧室内部信息的重要方法。为了获取N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室内壁的热载荷,建立了液体火箭发动机的热流计算的反问题方法,该方法基于对燃烧室壁面温度场的直接求解,通过对轴向多个位置测量温度的反演计算得到燃烧室内壁热流和温度。研究表明:应用文中建立的传热反问题方法能够较为准确地获得热流随时间及空间的分布;热电偶的位置对计算准确性有明显的影响,与理论深度偏差在0.2mm以内的随机深度偏差可导致超过4%热流反演误差;N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室热流及温度沿轴向逐渐降低,表明燃烧室内的反应释热过程主要在燃烧室头部附近发生。     

微型涡喷发动机燃烧室数值模拟

微型涡轮喷气发动机(Micro-turbine engine)燃烧室具有传热损失大及燃烧驻留时间短的特点。为了给微型燃烧室定型提供数据参考,对设计的微型环形燃烧室中的稳态燃烧过程进行数值模拟。计算入口边界参数采用等熵数值计算结果,喷雾性能参数通过试验获得,考虑了湍流化学反应、热辐射、液滴的蒸发及二次雾化等情况,得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及浓度分布,计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况。计算结果表明,燃烧室设计合理,燃料可以充分燃烧,各项性能参数基本符合设计要求,能够为燃烧室的进一步优化设计提供改进依据。     

Experimental of combustion instability in NTO/MMH impinging combustion chambers

This paper presents an experimental study into dynamics of chamber pressure and heat release rate during self-excited spinning and standing azimuthal mode in NTO/MMH (nitrogen tetroxide/monomethylhydrazine) impinging combustion chambers. Nine cases including two combustion chamber configurations were conducted. The operating conditions of all unstable cases were located in the instability region according to Hewitt empirical correlation. The results show that chamber pressure oscillations keep pace with the corresponding OH* chemiluminescence intensity over the whole combustion region in the spinning and standing modes. It is indicated that the Rayleigh index is positive over the whole combustion area in all the unstable cases. A significant supersonic flame front structure of the first-order spinning mode was found in a cylindrical chamber, which means that a detonation wave could exist in the cylindrical chamber without a center body. The pressure and heat release rate oscillations at the pressure node are nonnegligible although their amplitudes are lower than those at the pressure antinode in the first-order standing mode with an annular chamber. Besides, the dominant frequency of pressure and heat release rate oscillations at the pressure node is twice as high as that at the pressure antinode.