液体火箭发动机的热结构复合材料

20多年来,火箭工程设计人员一直在研究耐高温、抗氧化陶瓷材料的应用可能性,但是这些材料的主要缺点是易碎和抗热壅塞性差.目前工业用碳陶瓷和陶瓷-陶瓷结构复合材料具有很好的弹性和很强的抗热壅塞性能,这重新引起了人们制造高温火箭发动机复合材料部件的兴趣.这类新材料目前正由欧洲动力装备公司(SEP)生产,其名为SEPCARB和CERASEP,它们具有独特的热和机械性能,可以取代难熔金属而应用于可贮存二元推进剂火箭发动机的整体式喷管和推力室.装有这些部件的工艺发动机已经试验成功,从而为下一代火箭发动机的生产铺平了道路.     

SiC对C/C-ZrC-SiC复合材料的微观形貌、烧蚀及热物理性能的影响

为了研究SiC及其前驱体聚碳硅烷对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的C/C-ZrC-SiC复合材料的影响,本文以聚碳硅烷和有机锆分别为SiC和ZrC的前驱体,利用PIP法制备了C/C-ZrC和C/C-ZrC-SiC两组复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料的微观结构进行分析,在氧乙炔环境下考核了复合材料的抗烧蚀性能,并选用热分析仪对两组材料的热物理性能进行对比分析。结果表明,聚碳硅烷因其较高的SiC产率可以提高C/C-ZrC-SiC复合材料中陶瓷基体的致密程度,其产物SiC改善了陶瓷基体与碳基体的界面结合状态。氧乙炔烧蚀120 s后,与C/C-ZrC相比,SiC的加入使C/C-ZrC-SiC表现出更优异的抗烧蚀性能,主要归功于烧蚀中心表面熔融ZrO_2保护层和烧蚀边缘致密SiO_2层的形成。此外,SiC有利于提高材料的导热性能,同时降低其热膨胀系数。     

C／SiC陶瓷复合材料推力室的制备与性能表征

采用"化学气相渗透法 聚合物先驱体浸渍裂解法"(CVI PIP)混合工艺制备出连续炭纤维增强碳化硅陶瓷复合材料(3D C/SiC)推力室,综合考察了复合材料的机械性能、微观结构和气密性能,以及姿控、轨控发动机环境试验考核.结果表明,"CVI PIP"混合工艺制备C/SiC复合材料不仅工艺周期缩短,而且材料性能优异.复合材料密度达2.1 g/cm3,室温弯曲强度和断裂韧性(KIC)分别达到520 MPa和17.9 MPa·m1/2;而且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式.C/SiC复合材料推力室的高温气密性、抗氧化和抗烧蚀性能通过了双燃料液体发动机试验考核.     

MX导弹第三级样机评价

本文评述赫克力斯公司正在为空军研制的MX导弹第三级的设计。第三级固体发动机的许多部件和材料都选用了最新的技术。这些新技术包括:带有碳复合材料裙的凯夫拉49发动机壳体;二维和三维碳/碳复合材料的轻型喷管;硝酸酯增塑的聚醚推进剂(NEPE),这种推进剂比冲高、延伸率大;以及两节套筒式可延伸出口锥(EEC)。这些新技术的应用提高了整个发动机的性能。本文对第三级的设计及其主要部件都作了概要介绍。为了说明MX第三级的设计是切实可行的,还将MX第三级各部件设计与以前研制的发动机作了比较。     

侏儒导弹的动力装置

本文介绍了美国侏儒导弹三级固体发动机的研制进展和主要性能,着重分析了发动机采用的石墨/环氧复合材料亮体、NEPE推进剂和碳/碳喷管等三项先进固体火箭技术。     

液态聚碳硅烷制备C/C-SiC复合材料抗烧蚀性能研究

采用液态聚碳硅烷(Liquid polycarbosilane,LPCS)为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解(Precursor infiltration and pyrolysis,PIP)工艺,制备了C/C-SiC复合材料.LPCS先驱体的裂解行为采用热重分析(Thermogravimetry analysis,TG...     

低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究

以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm~3和1.211 g/cm~3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m·K)和0.476 W/(m·K),200℃热导率分别为0.340 W/(m·K)和0.599 W/(m·K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。     

烧结温度对C/C-ZrC-SiC复合材料性能的影响

以葡萄糖作为碳源,硅溶胶作为硅源,氧氯化锆作为锆源,采用水热共沉积-碳热还原法制备了C/C-ZrC-SiC复合材料,研究了材料的烧结温度对C/C-ZrC-SiC复合材料的微观形貌、力学性能和耐烧蚀性能的影响。结果表明,烧结温度对水热共沉积制备C/C-ZrC-SiC复合材料的性能影响显著。水热共沉积制备的C/C-ZrO_2-SiO_2陶瓷在1600℃下烧结,可获得C/C-ZrC-SiC复合材料,ZrC和SiC陶瓷相颗粒粒径约为500 nm,在基体中均匀分布。1600℃烧结的C/C-ZrC-SiC复合材料表现出最佳的力学性能和抗烧蚀性能,其最大弯曲强度为173.8 MPa,质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.28×10~(-4)g/(cm~2·s)和1.67μm/s。过高的烧结温度导致晶粒粗大、孔隙缺陷增多,使得复合材料力学性能恶化、抗烧蚀性能大幅降低。     

日本研制一种新型碳/碳耐高温复合材料

日本宇宙开发事业团在研制“大和”小型航天飞机上,采用了一种碳/碳耐高温复合材料。该材料拟用在发动机喷管和航天飞机返回大气层时承受高温的壳体主翼底面等处。此种复合材料采用将碳纤维浸入碳粒子之中的方式,使烧蚀趋近于零,强度也相当     

化学气相沉积碳及其碳/碳复合材料的结构与性能

本文全面阐述了化学气相沉积(CVD)碳的形成机理、结构特征以及各种因素对其性能的影响情况。概括了以CVD碳为基体的碳/碳复合材料结构与性能的最新发展,文中引用的CVD基碳/碳复合材料的表观密度(体积密度)与其开孔率的线性关系,宏观性能与其表观密度的指数关系,不仅使人们对于CVD基碳/碳复合材料的结构与性能有了新的认识,而且对我们的科研和生产具有重大的指导意义。     

固体火箭发动机燃气喷射推力向量控制燃气阀

80年代初,法国欧洲动力公司使用新研制的碳/碳和碳/陶瓷复合材料设计了能经受3600K火焰温度的燃气阀,并于1986年进行了两次试验,均获成功,对脉冲式和比例式这两种不同的工作模式的燃气阀作出了评价,本文先介绍研究计划的内容,然后详细地说明燃气阀的设计、关键部件点火前的试验、点火试验的结果和试验后的分析。     

航天器热防护材料的发展概述

文章简要介绍新型航天器的热防护材料的发展概况,重点介绍国内外碳/碳复合材料、超高温陶瓷材料、陶瓷基复合材料及新型隔热材料等热防护材料研究工作及其在飞行器上的应用,并对防隔热材料的发展趋势作简要评述.     

液体火箭发动机辐射冷却身部材料研究进展

辐射冷却是上面级和空间液体火箭发动机推力室身部最常用的冷却形式,近年来在部分大推力、高性能二级火箭发动机喷管中也得到了应用。辐射冷却身部材料的耐高温性能和密度,直接影响液体火箭发动机的比冲、推重比和可靠性。通过查阅国内外文献,综述了钛合金、高温合金、难熔金属和碳纤维复合材料等材料在国内外液体火箭发动机辐射冷却身部中研究和应用情况,结合液体火箭发动机推力室身部燃烧室段和喷管段服役工况,对不同材料特点进行了分析。研究对标未来高性能、高可靠和低成本液体火箭发动机的发展需求,并对近年来发展起来的铱/铼/碳-碳复合材料、低密度铌合金和3D打印难熔合金进行了概述。     

陶瓷基复合材料界面相设计

综述了陶瓷基复合材料界面相的类型及作用，对SiC1／SiC陶瓷复合材料界面相的设计方法作了简要评述。在此基础上，用能使得纤维表面富碳的先驱体作为纤维涂层，制作了C1／SiC陶瓷基复合材料试样。结果表明，高温处理后，富碳涂层可减少纤维强度损失，使复合材料的强度和韧性同时得到提高。     

碳/碳复合材料的高温持久性能测试及分析

为了研究碳/碳复合材料作为高温结构材料的高温持久性能,用化学气相沉积(CVD)法制备了T300碳纤维增强热解碳的单向碳/碳复合材料,并用特殊设计的设备测定了该材料在2000℃,2100℃高温下的断裂寿命,结果高于室温下的断裂寿命。这种测试方法可能对于碳/碳复合材料正式用于高温结构具有重要意义。     

远地点发动机碳/碳喷管的进展

本文试图分析近五年来远地点发动机碳/碳喷管的设计进展。第一代碳/碳喷管的特征是:①用多向增强的碳/碳编织的小型整体的喉衬和入口段(整体的喉衬和入口段以下简称 I.T.E);③薄壁的碳/碳出口锥与 I.T.E 用螺纹连接。出口锥前端的直径小,引起了振动特性问题和制造成形困难。为此所作的一项改进是加大出口锥前端的直径,这样产生了一个新的无支撑延伸的 I.T.E 方案。最近有一项改进具有当前技术水平,就是用新的 V 式锥形接头代表出口锥和 I.T.E 之间的螺纹接头。本文讨论了这些不同设计的优点和试验结果。远地点发动机喷管设计的下一项改进将是采用陶瓷/陶瓷材料把喷管与燃烧室连接起来。     

美国固体发动机碳/碳喷管材料现状

本文是关于美国碳/碳喷管材料近况的综述文章。原文没有作者,所以也没有出处,标题是我们自己加上的。本文是我国的一位专家从国外带回的一位美国教授整理的资料。我们在内容和文字上做了些精减,但据我们对美国碳/碳喷管材料现状的了解,这是一篇较为难得的材料。对于从事碳/碳材料研究的人员,可以较为真切地了解多维编织,浸渍碳化复合工艺的动向;对于使用碳/碳材料的设计人员也许可以从中吸取一些对设计工作有益的经验。将碳/碳复合材料成功地用于固体火箭喷管设计是一个很复杂的问题。这种碳/碳复合材料的特性是:在复合过程中,它要经受相似甚至大于火箭发动机工作时间的应力应变;因此进行喷管热结构分析时,要求充分熟悉这种复合材料是怎样制备的,此外,由于材料的基本组分因部位而异,也足以严重影响预测结构合理性的置信度等。本文介绍了为解决上述问题,多年未进行的相关的逻辑的成果。在所提及的三个主要项目中,阐述了其工业生产能力和最新的技术水平。这三个项目是:生产与质量保证;烧蚀预测与控制;结构设计与分析。最后又按这三大项的分类,或按其适用范围的方式,对本文提出的问题的各个方面作出总的评价。     

ZnO纳米棒/碳布多尺度增强酚醛树脂复合材料的制备与性能研究

采用新颖的水热电泳法在碳布表面生长ZnO纳米棒,制备出ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体,与传统水热法相比,有效地缩短了ZnO纳米棒的生长时间。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体的结构特征、微观形貌进行表征。探索了不同电泳时间(15、30、45、60min)对碳布增强复合材料的湿式摩擦性能和拉伸性能的影响规律。结果表明,ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体有效提高了复合材料的摩擦磨损性能和拉伸性能,归因于多尺度增强体与树脂基体之间形成良好的界面结合。当电泳30min时,复合材料表现出最高且稳定的摩擦系数,与原始碳布复合材料相比磨损率降低了55.40%。复合材料的拉伸强度为133.74MPa,与原始复合材料相比提高了30.10%。因此,水热电泳法在制备碳布多尺度增强的复合材料方面具有广阔的应用前景。     

碳/碳复合材料室温力学性能测试

文中针对作为飞机发动机尾喷管的三维四向碳/碳复合材料,根据特定工艺和实际情况,总结了一套合理的测试标准,并测试了这种材料的拉伸、弯曲、剪切等力学性能,并分析了断裂机理。     

固体火箭发动机喷管用聚丙烯腈原丝材料的研制

本文介绍了聚丙烯腈原丝碳布酚醛复合材料的研制和鉴定.研究结果表明,这种材料是比人造纤维原丝碳布酚醛复合材料性能更好的一种烧蚀材料,可用它作为固体火箭发动机喷管的主要烧蚀材料.