美国固体火箭发动机钨钼合金燃气舵材料的研制

介绍美国马丁公司用钨钼合金作燃气舵材料的研究工作.纯钨材料燃气舵的比重大;既硬又脆;机械加工性能极差,价格昂贵.纯钼材料燃气舵却不耐烧蚀和热冲刷.而85%钨15%钼的钨钼合金燃气舵能经受3079℃高温燃气流历时40秒钟的机械负载和热负载侵蚀试验.对燃烧时间短的固体火箭发动机,60%钨40%钼的钨钼合金燃气舵已能满足其要求了.舵的前缘半径对舵面烧蚀受损率、升力特性和重量均有影响.对当前舰载垂直发射导弹系统来说,希望采用前缘半径小,重量轻,升力特性好,价格低廉的钨钼合金燃气舵.     

钨渗铜燃气舵的研制

钨渗铜是一种较为新颖的燃气舵材料,它是利用金属相变化时吸收大量的热量而产生冷却效应来达到材料的降温作用.此材料制造燃气舵时,先用冷等静压制备一种具有高温强度的可控孔隙度的多孔钨骨架结构,随即用熔融的铜渗透到多孔的钨骨架结构中.这种冷等静压制是一种粉末治金成型技术,装有HTPB推进剂的固体火箭助推试验发动机的地面点火试验表明,用此工艺制成的钨渗铜燃气舵,其机械加工性能远比其他材料制成的燃气舵要优越得多.目前已应用于垂直发射系统的“捕鲸叉”导弹和“阿斯洛克”反潜火箭上.     

基于热解动力学炭/酚醛燃气舵流热耦合数值研究

针对炭/酚醛燃气舵体积烧蚀问题,在Fluent平台上利用UDF二次开发进行了二维非定常流热耦合数值研究。对几何建模、材料变热物性模型及边界条件等问题进行了详尽的描述,并选取了合适的计算模型。对不同舵偏角下燃气舵温度分布、材料密度及边界热流密度等参数进行了分析研究。计算结果表明,燃气舵前缘一直是体积烧蚀最严重区域,随着舵偏角的增大,迎风面体积烧蚀越为严重;由于炭/酚醛材料的特殊性,随着工作时间的推进,从边界进入燃气舵内部热流密度逐渐降低,趋于一个稳定值。研究方法及结论可用于炭化烧蚀类复合材料燃气舵热分析研究。     

固体导弹燃气舵工作环境研究

固体导弹发动机推力向量控制采用燃气舵装置，燃气舵通常是４个均布在喷管出口的排气流中，因此，工作状态很恶劣，报告中着重分析工作环境地它的影响，影响最大的是固体推进剂燃烧产生的燃气流，其次是喷管的型面、发动机的剧烈振动、工作时间的长短和大气压力变化等。为此，在研制过程中根据环境影响，采取有效措施，才能确保燃气舵的研制成功。     

一种特型燃气舵数值模拟分析

介绍了一种由活动体和固定体组成的特型燃气舵.为了解该燃气舵的相关特性及其与普通燃气舵的区别,分别对该特型燃气舵和普通燃气舵进行了数值模拟.根据数值模拟的结果,从流场、热效应、固体颗粒影响及气动性能4个方面进行了分析.与普通燃气舵相比,特型燃气舵具有抗侵蚀能力强、结构质量轻和阻力小等优点,但也有升力小的缺点.     

钨渗铜燃气舵的研制和应用

本文介绍美国采用冷等静压成型、烧结、渗透粉末冶金等技术,研制钨渗铜燃气舵的过程。这种材料制造的燃气舵在固体火箭发动机喷出的高温、高速燃气流和粒子流中工作时,能使钨骨架结构中所渗透铜熔融,汽化和逸出。钨渗铜合金在相状态变化时,需要吸收大量的热量而产生冷却效应,以及铜所具有良好的导热性,使燃气舵起到冷却降温的效果,从而使舵的烧蚀率保持在最低程度,以满足控制系统的要求。     

燃气舵控制效率的理论和实验气动力的相互关系

本文介绍了浸入火箭发动机喷管热气流中的四个相互正交的燃气舵控制的空气动力(或气体动力学)性能估算理论和静态地面发动机试验情况.说明采用三轴(俯仰、偏航和滚动)控制系统(在火箭发动机喷管上附加燃气舵组件)可以增强导弹的控制、机动能力和垂直发射及转弯期间的弹道控制.燃气舵控制效率是采用超音速空气动力学理论,并考虑了真实气体成分、干扰和锥形喷管流来估算的.燃气舵升力、阻力、压力中心和滚动转矩的估算结果同静态发动机试车结果十分符合.     

硝酸铵推进剂关键技术研究

为使用于导弹燃气发生器的推进剂的燃温低、燃气清洁、燃速调节范围大，对硝酸铵（ＡＮ）推进剂进行了研究。介绍了降低燃温的方法，提出对多种催化剂进行筛选、降低ＡＮ的平均粒度、增加其含量，来提高ＡＮ推进剂的燃速。讨论了减少燃气中的碳粒子和金属氧化物。最后给出自行研制的全ＡＮ推进剂的指标。     

炭/酚醛燃气舵烧蚀性能

选用梯形舵面、六边形翼型设计,以炭/酚醛复合材料为原材料制作了炭/酚醛燃气舵,用短时间工作的固体火箭发动机提供地面射流环境。采用光栅式三维扫描仪获取烧蚀前后舵面形貌,得到了舵面烧蚀量云图,研究了15°舵偏角炭/酚醛燃气舵在不同位置处的微观烧蚀形貌。研究结果表明,炭/酚醛燃气舵在工作结束后,前缘烧蚀量最大,约为(8±0.3)mm。0°舵偏角工况下,侧面烧蚀量较小,控制在0.2 mm以内。燃气舵发生偏转后,迎风面烧蚀量随着舵偏角的增大而增大,在20°舵偏角工况下,迎风面烧蚀量达到了0.8~1 mm;而背风面几乎不发生烧蚀现象。试验结果表明,炭/酚醛燃气舵能够在短时间内保证面烧蚀率要求的前提下正常工作。     

基于烧蚀发动机的EPDM烧蚀性能试验研究

采用有2个流速试验段的烧蚀试验发动机在双基推进剂和含Al 10%复合推进剂燃气环境下对EPDM绝热材料进行烧蚀试验,分析了压强、燃气组分和速度等因素对EPDM绝热材料烧蚀特性和炭化层微观结构的影响规律。研究表明,EPDM绝热材料炭化率和质量烧蚀率随着燃气速度和燃烧室压强的增加而增大;在燃气温度、燃烧室压强和燃气速度接近的条件下,含Al 10%复合推进剂燃气环境下的炭化率是双基推进剂燃气环境下的2倍;EPDM绝热材料炭化层的结构呈现一种致密/疏松的多孔结构,表面存在一层致密层。烧蚀模型中炭化层物理模型可用非均质可渗透多孔介质描述。     

推力矢量发动机燃气舵舵间干扰的数值分析

通过求解N-S方程,对某空空导弹燃气舵在不同状况下的三维湍流干扰流场进行数值仿真,得到了燃气舵在不同舵偏角下绕流流场的复杂波系结构,计算了测量舵在无干扰舵和有干扰舵情况下升力和阻力等参量随舵偏角的变化曲线。所得舵间干扰相对误差不超过2%,与实际要求相吻合。结果表明,所采用的流动模型和数值模拟方法对燃气舵的气动性能进行预示是有效的。     

固体推进剂无烟化的探讨

列举固体推进剂烟雾在不同制导信号情况下产生的来源,介绍固体推进剂燃气对激光、红外、可见光和微波产生的衰减的理论计算和测试手段,讨论了减少燃气对制导信号衰减的可能途径.导弹使用的制导信号的不同,对无烟要求也不同.结合已开展和即将开展的研究工作,提出了复合推进剂无烟化的几点看法.     

复合固体推进剂燃气烟雾对激光透射的影响

建立了一套测定固体推进剂燃气烟雾对激光衰减的装置,研究了固体推进剂燃气对激光衰减的规律,由实验结果和理论分析得出,燃气烟雾对激光和可见光的透射率较好;能量较高的丁羟推进剂无烟化的最佳配方是Al粉含量应小于8%,硝胺(HR)的含量应大于30%。     

关于舰空导弹燃气舵控制中的燃气舵问题

本文结合垂直发射舰空导弹的要求,以发动机地面试验和风洞试验为基础,提出了对舰空导弹燃气舵材料的选择方案。     

含镁洁净推进剂

美国锡奥科尔公司开发了含镁洁净推进剂。该推进剂燃气中的Mg(OH)_2中和由AP分解产生的HCl,使其在燃气中含量低于1％。这种推进剂能满足高级发射系统(ALS)的可靠性、成本、性能特征、弹道、力学性能及安全性能的要求。对这种推进剂的可变性和灵敏度的预测表明,该推进剂在可靠性方面与现在含铝的HTPB推进剂相当;弹道可调范围能满足任何ALS的设计要求;由于固体粒子含量低,该推进剂的力学性能良好,生产工艺简单;危险性等级(DoD零卡分级)为1.3级。     

燃气舵的舵间气动干扰分析

固体发动机地面试验燃气舵测力试验数据与习惯上的单独舵风洞测力试验存在着差异，多舵风洞测力试验表明：当喷流出口静压小于环境压力（ｐ＜１。０）燃气舵的气动性能重现了地面试验的结果，（ｐ＞１．０）；与单独舵的风洞试验结果相接近。分析得出ｐ＜１．０时燃气舵气动性能变差的原因是多舵使超音速喷流受堵，气流分离之故。     

固体碳氢推进剂在涡轮增压固冲发动机中的应用

提出了固体碳氢推进剂作为涡轮增压固冲发动机(TSPR)驱涡推进剂的方案,分析了适用于TSPR推进剂的热力参数和一次燃烧产物成分,完成了驱涡推进剂的选择;进行了备选推进剂(CH04)对TSPR性能的影响性评估,证明该推进剂能够满足TSPR的性能要求;对所选推进剂了进行了一、二次燃烧试验,试验结果表明,CH04推进剂在补燃室点火较困难,但其一次、二次燃烧稳定性好,燃气参数基本满足TSPR对推进剂性能要求。     

可变流量固体冲压发动机技术研究进展与展望

概述了国外固体冲压发动机应用与进展情况,综述了国内外总体设计技术、高温燃气流量调节技术、转级技术、无喷管助推器技术、含硼贫氧推进剂及燃烧组织技术、试验及分析技术的研究进展,分析了关键技术发展趋势。最后提出后续发展建议:采用多种技术手段进一步拓宽固冲发动机工作包络,使固冲发动机使用方便可靠;改进固体贫氧推进剂配方,进一步提高推进剂能量;发展高温燃气流量调节技术,减轻系统质量;重视发动机转级过程中动态性能的研究。     

空间站的在轨技术(二)——在轨补给

空间的在轨补给技术是航天器主要的在轨服务模式之一。它是延长航天器的有效工作寿命、提高航天器经济效益的主要技术手段。本文在大量掌握材料的基础上,分析了在轨补给技术的现状;概括了空间在轨加注的技术要求;对比了三种典型的在轨加注方案:直接加注,更换贮箱,整体更换推进舵;最后以双组元推进剂加注系统为例,简介系统的结构和工作原理。     

国外GAP推进剂研制现状

综述了缩水甘油叠氮聚醚(GAP)及其推进剂的热、力学及弹道性能,GAP推进剂有较高的燃速和能量,但其燃速压强指数和温度敏感系数偏高。GAP推进剂的力学性能较差,改性GAP和支化GAP更具吸引力。GAP推进剂可用于燃气发生剂、微烟推进剂、高能推进剂及改性双基推进剂。