液氮和液氧中的箔轴承性能

空间转移飞行器和其它动力及推进系统都需要长寿命的涡轮泵,现在涡轮泵中所使用的滚动轴承无法提供足够的寿命来满足这些应用。在许多高速透平机械应用中,流体箔轴承在较宽的温度和工质范围内,表现出了长寿命和高可靠性的优点。然而在低温工质中,有关箔轴承性能的现有数据还非常少。美国的国家航空和航天管理局(NASA)以及 Allied Sig-nal 空间系统与装备公司(ASE)共同合作研究了片式柔性箔轴承在液氧和液氮中的性能。马歇尔空间飞行中心(MSFC)和 ASE 合作进行内部研究和发展计划,这项工作论证了箔轴承的最小承载量在液氧中是1.834兆帕,在液氮中是2.427兆帕。而且,还得出了箔轴承的直接阻尼系数为7×10~3到8.75×10~3牛·秒/米,为上面级发动机涡轮泵设计的箔轴承在液氮中的阻尼比是0.7到1.4。通过本次试验的结果以及在空气循环机械及其它应用中多年来的成功使用经验,美国准备用片式柔性箔轴承在液氧涡轮泵中进行试验。     

高速涡轮泵的箔片轴承技术

低温箔片轴承技术已经在液氧和液氢涡轮泵中得到了使用。低温箔片轴承提高了涡轮泵的可靠性并降低了费用。液氢和液氧涡轮泵箔片轴承的主要技术已经由 NASA 路易斯研究中心、马歇尔飞行中心和麦道公司进行了试验验证。箔片轴承在液压和液氢中以高的负荷量和宽的转子动态范围内进行了100多次起动/停车试验,总试验时间有好几个小时,箔片轴承液氢涡轮泵和箔片轴承液氧涡轮泵都已进行了验证试验。他们的试验结果表明:箔片轴承稳定性好,可靠性高,可调节范围宽,需要的冷却流量小,箔片轴承涡轮泵可靠性高,而且费用低。     

轴承、端面密封在液氧中的运转试验

利用高压液氧试验台,先后对新研制的用于液氧涡轮泵的轴承和端面密封进行了运转试验,验证了其在液氧环境中工作的安全性和可靠性。试验结果表明:新研制的端面密封和轴承能够在液氧中安全可靠的工作。特别是端面密封,即使在气氧环境中干摩擦,也能安全工作5分钟以上。试验还证明:在液氧环境中即使由于某种原因局部产生了小火花,只要能量不是足够大,其能量就会很快被液氧吸收,从而使温度降低,火花熄灭,不会产生燃烧爆炸的危险。     

高精度长寿命固体润滑滚动轴承弹性加载方式

文中讨论了空间飞行器高精度、长寿命、高可靠性活动部件——固体润滑滚动轴承的一种预加轴向载荷的方式。实验证明经过良好的设计和装调,采用转移膜润滑工艺,加以准确合适的均匀的轴向预载,可以使轴承保持低且较稳定的摩擦力矩、高的旋转精度和较长的寿命。     

高精度长寿命固体润滑滚动轴承弹性加载方式

文中讨论了空间飞行器高精度、长寿命、高可靠性活动部件－固体润滑滚动轴承的一种预加轴向载荷的方式。实验证明经过良好的设计和装调，采用转移膜润工艺，加以准确合适的均匀的轴向预载，可以使轴承保持低且较稳定的摩擦力矩、高的旋转精度和较长的寿命。     

液氧试验台系统设计与实现

液氧试验台能够进行液氧煤油发动机液氧泵中轴承、密封件模拟实际液氧工作环境的可靠性、安全性研究。试验台由配气系统、液氧供应系统、涡轮驱动系统、轴径向加载系统、操纵指令控制系统、测试系统、安全防护系统等组成．通过轴承、端面密封组件在液氧、液氮中的运转试验,可为发动机研制提供准确数据．     

简讯

MX 导弹增加突防措施《国防电子学》1983年1月报道:预料有关部门正在认真考虑在洲际弹道导弹、尤其在 MX 导弹头锥用的防烧蚀涂层中掺入干扰性“添加物”,作为突防辅助措施。一种做法是在涂层中掺加“干扰发生物”和金属箔/悬浮粒(chaff/aerosol)。前者     

小卫星姿控动量轮陶瓷球混合轴承性能分析与试验

小卫星的技术发展对星上姿控系统的主要部件一动量轮的主要技术指标提出了严格的要求。为了满足动量轮对轴承的使用要求，本研究开发了Si3N4陶瓷球混合轴承。基于滚动轴承分析理论和摩擦学知识，对其接触应力、旋滚比、轴向刚度、润滑、额定静载荷等指标进行了优化设计和分析。结果显示：与原全钢轴承比较，优化后混合轴承消除了原全钢轴承存在的控制类型“阶跃”问题，在精度寿命指标上具有明显的优势。摩擦力矩测量结果及分析表明该轴承的功耗指标优于原全钢轴承。力学模拟、温度循环试验后动量轮电机电流升高小于5％，表明该轴承具有良好的抗振动冲击能力和温度适应能力。在动量轮连续二年的运转试验中，电机的功耗始终较小而且稳定，进一步证明陶瓷球混合轴承具有良好的抗粘着磨损能力。     

一种无摩擦簧片式电磁阀的研制

随着航天器使用寿命的提高,传统滑动式电磁阀设计已不能满足未来发动机控制阀的使用要求。本文介绍一种用于航天器推进系统的长寿命、高可靠、无摩擦簧片式电磁阀的设计和研发。该电磁阀采用簧片式衔铁组件,避免了阀门自身摩擦产生多余物。目前,该设计方案已通过力学环境和热环境试验,完成了一百多万次的工作寿命试验。方案设计通过了试验考核,进入工程实际应用阶段。     

NiCrBSi+Ni/MoS_2涂层在空间环境下的摩擦学性能

采用激光熔覆技术在TC4合金基体上制备了Ni Cr BSi+Ni/Mo S2复合涂层,考察了该复合涂层在真空、原子氧辐照环境下的表面形貌及元素变化。利用真空摩擦磨损试验机分别完成了干摩擦条件下2种环境的摩擦磨损性能测试。结果表明:Ni Cr BSi+Ni/Mo S2复合涂层经过原子氧辐照后,有部分元素被氧化及化合物分解的现象,但并没有发生明显的材料性能改变以及润滑涂层的破坏。与TC4合金相比,2种环境下该复合涂层均具有良好的润滑减摩效果,证明Ni Cr BSi+Ni/Mo S2复合涂层具有一定的抗原子氧辐照的能力。     

航天轴承摩擦力矩的最大熵概率分布与bootstraP推断

滚动轴承摩擦力矩具有不确定的波动和趋势变化,属于概率分布与趋势规律都未知的乏信息系统。这是一个重要问题,它阻碍了对轴承摩擦力矩的小样本分析与总体把握。为了解决这个问题,根据最大熵原理,从小样本入手建立航天轴承摩擦力矩的概率密度函数。以此为基础,在讨论了摩擦力矩的时域特征与概率分布特征后,用bootstrap对摩擦力矩总体的分布参数进行统计推断。试验研究表明,推断结果和试验结果之间的误差很小,满足工程要求。因此,用小样本可以描述航天轴承摩擦力矩总体的统计特征。     

富氢燃气与液氧爆轰及补燃特性试验研究

为了研究富氢燃气与液氧之间的爆轰及补燃特性,以某发动机故障归零为依托,采用试验研究的方法,分析了非预混和预混两种情形下发生爆轰的可能性,探究了富氢燃气与液氧自动发生补燃的条件。通过分析试验现象和试验结果发现,在较低混合比和较低温度条件下富氢燃气与液氧不会自动发生补燃,火焰颜色呈无色透明状,白天不可见。管内预混状态下,富氢燃气和液氧可以发生爆轰,最大爆轰压比约34,且持续时间为毫秒级,在上游无预混物的情况下,爆轰波不会持续向上游传播。     

大尺寸薄壁轴承滤光轮机构的设计与试验

为实现光学遥感器的多谱段成像,设计了一种基于大尺寸薄壁轴承的滤光轮机构,将不同光谱透过率的滤光片分时切入光路,配合探测器成像。以大尺寸薄壁轴承作为外围支撑,实现滤光轮机构的360°旋转运动。对研制产品进行力学环境试验,对同批次试验件进行1:1真空寿命试验,试验前后对产品和试验件分别进行功能性能测试,结果表明机构的刚度和驱动力矩裕度指标均优于总体要求。对寿命试验后的固体润滑轴承进行了拆解分析及寿命评估,结果显示寿命末期轴承磨损正常,未发生失效。通过试验对比分析表明,基于大尺寸薄壁轴承滤光轮机构的设计方案具有可行性。     

固体材料的空间环境摩擦试验

为了开展在模拟空间环境下材料摩擦学性能的研究,利用自行研制的空间环境摩擦试验装置,进行了几种固体材料在超高真空、交变温度和辐照（原子氧、紫外）等环境下的摩擦试验。试验结果表明:与大气环境下相比,PTFE、PI、MoS₂/PI粘结涂层和离子镀Ag薄膜在≤5×10-4 Pa真空环境中的摩擦系数发生了明显变化;高低温对离子镀Ag薄膜在真空中的摩擦系数有显著影响,而对溅射MoS₂薄膜的摩擦系数影响不明显;原子氧和紫外辐照导致PI、Kapton、PTFE和MoS2/PI粘结涂层等的真空摩擦系数显著改变。     

两种工程化的航天器用滚动轴承加速寿命试验方法

滚动轴承是航天器转动类产品的关键零部件,对其开展寿命和可靠性评估的重要方式之一是加速寿命试验。文章提出两种工程化的航天器用滚动轴承加速寿命试验方法,介绍在加速应力、加速模型、样本量、试验时间方面的选取思路和依据,以及模型参数的估计方法;以具体的航天型号产品为对象,进行这两种方法的算例对比分析。结果表明:鉴定性试验（方案1）成本低廉,操作难度较低,但只能给出定性结论;摸底性试验（方案2）能够提供寿命、可靠度等定量结果,但所需样本量较大,试验时间较长,试验成本较高,参数估计计算过程较复杂。     

火箭发动机清洗用氟里昂替代物的研究

本文介绍了一种可以替代氟里昂CFC-113用于液氧煤油发动机的新型清洗剂,经与多种材料的表面化学稳定性试验及清洗效果试验证明,与正在研制的液氧煤油发动机所用材料有较好的相容性,并对煤油有优良的清洗效果。     

火箭发动机轴承摇摆试验技术

大推力火箭发动机摇摆过程中,摇摆轴承使用环境与轴承自身设计指标不同,在承受较大径向载荷的同时,还要承受一定的轴承载荷,并实现低速往复摆动。为获得轴承的静态承载能力摩擦系数及疲劳寿命等关键参数,设计了一种新的轴承试验系统,模拟轴承在发动机不同工作状态下的安装边界和受载形式。通过试验获得了相应的数据,试验结果表明:轴承静态...     

轴承引导间隙所致摩擦力矩不均匀的验证和排除

CZ-2C平台框架轴承在使用中存在超出技术要求的摩擦力矩峰值及不均匀的现象,直接影响平台工作的可靠性。轴承的摩擦力矩不均匀性与诸多因素有关,但轴承的结构设计是决定性的。通过试验论证分析,确定轴承引导间隙是导致摩擦力矩不均匀的关键。经改进轴承保持架,相应增大引导间隙、使轴承的摩擦力矩不均匀性(摩擦力矩相对变化率)从100%左右下降到12%以下。     

铌铪合金表面硅化物涂层的高温失效行为分析

铌铪合金为轨姿控液体火箭发动机推力室身部主要结构材料,在高温有氧的工作环境中易发生氧化粉化,必须在合金表面涂覆高温抗氧化涂层。通过分析铌铪合金表面硅化物涂层的高温氧化、高温热震、瞬时高温烧蚀和热试车行为,阐述高温条件下的氧化失效行为。试验结果为:涂层1 800℃以下氧化条件下,表面形成致密的二氧化硅氧化膜,使得涂层的氧化寿命大于2 h;1 800℃以上的超高温氧化条件下,高温热冲击作用,涂层内部形成大量的烧蚀型网格结构,表面未形成二氧化硅氧化膜,氧化寿命小于10 s;热试车考核中,涂层满足推力室外壁面温度1 350℃以下的使用工况,抗氧化能力较好,随着氧化温度升高,涂层高温抗氧化能力迅速衰减。     

硅化物涂层对铌钨合金的热防护行为研究

钨合金作为轨姿控液体火箭发动机推力室身部的主要结构材料,在工作环境中易发生氧化粉化,必须在合金表面涂覆高温抗氧化涂层。利用涂覆及真空烧结复合工艺在铌钨合金表面制备高温抗氧化涂层,研究硅化物涂层对铌钨合金的热防护行为,包括涂层成型过程、高温抗氧化行为、高温抗热震行为及试车热冲刷行为等,试验结果为:涂层在1700℃下的氧化寿命为11±0.78 h,1800℃下的氧化寿命为5±0.46 h,1650℃~室温的水冷热震循环次数为124±9次,1600~800℃下的空冷热震循环次数为3410±124次,并且在热试车考核中涂层通过了长程10000 s的考核,分析硅化物涂层的性能和失效机制,总结了硅化物涂层的热防护机理,研究的新型硅化物涂层在高温条件下具有较好的性能。