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.     

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.     

钨渗铜材料性能的研究

本文较系统地介绍了钨渗铜材料的工艺、物理、机械和使用性能;探索了拉伸强度、弹性模量、比热、导热系数、热胀系数随试验温度的变化规律.另外,用扫描电镜对热试车后实物进行了分析研究,并证实渗入钨骨架里的铜,首先从接触火焰侧内壁开始挥发,层层递进,起到发汗冷却作用.     

石墨渗铜喉衬材料烧蚀机理分析

通过研究石墨渗铜材料的微观结构和石墨渗铜喉衬的热传导测试结果,以及石墨渗铜与发动机高温燃气的化学反应,得出了石墨渗铜喉衬的烧蚀机理。结果表明．在石墨渗铜材料发动机喉衬烧蚀过程中仅能出现铜的相变和表面液态铜流失及石墨基材本身的热化学烧蚀和机械剥蚀。而不能出现铜蒸气的自发汗现象．且铜元素不与燃气发生反应。在此基础上提出了适用于石墨渗铜喉衬稳态烧蚀速率怙算的公式。     

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.     

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。     

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。     

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。     

超声波探伤钨渗铜喉衬的方法

钨渗铜喉衬是极其重要的部件。为了保证质量,消除隐患,进行了无损探伤方法的研究。通过超声波纵波脉冲反射法的具体应用,着重介绍了钨渗铜参考试块的设计,纵波声速的测定,耦合剂及探头的选择,近场内实用AVG图的绘制,探伤灵敏度的确定,以及平面座标样板法的判伤。检测灵敏度达到了φ1平底孔当量大小。为解决复杂型面的钨渗铜喉衬的半成品或棒料的探伤开辟了新的途径,收到了显著的效果。     

舰载垂直发射导弹燃气舵材料的选择

本文除介绍了燃气舵推力向量控制的一般原理、舵的构型、侧向力和阻力的简单算式外,着重介绍了燃气舵的技术关键——材料(如耐熔金属、陶瓷及其氧化物、硼化物、碳化物,以及石墨和碳的产物等)的选择;给出了有代表性的不同铝含量的HTPB复合推进剂与双基推进剂的特性;讨论了燃气舵的热负载和机械负载对材料的影响.     

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。     

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。     

石墨渗铜材料的烧蚀模型探索

根据石墨渗铜材料的特点,探索了它的烧蚀和传热模型。认为烧蚀计算可以不考虑铜与燃气的化学反应;导热计算按铜的液相、熔化、固相三层进行.在碳基材料热化学烧蚀模型和移动边界下当量热容瞬态导热方程隐式求解的基础上,对于石墨渗铜喉衬的复合结构全喷管进行了考虑粒子侵蚀下烧蚀与传热耦合的计算.     

间隙和温度对滑阀式燃气舵舵机电流曲线拐点的影响

滑阀式燃气舵舵机测试过程中,可根据滑阀控制电流的电流曲线拐点的有无、幅值的大小及稳定度,判断舵机的滑阀机构是否正常工作。分析测试中出现的拐点漂移上升的现象是由于燃气温度及内含杂质使阀芯在阀套中滑动时摩擦力增大所致。     

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.     

变推力固体火箭发动机喉栓烧蚀试验研究

针对三维C/C和钨渗铜两种不同材质,开展了发动机喉栓的静态烧蚀及动态烧蚀研究,揭示了静态和互变条件下喉栓发动机的烧蚀规律.试验结果表明,高压静态条件与互变过程相比,喉栓烧蚀率有明显差别,高压静态比互变过程烧蚀更严重,互变过程引起的热环境变化没有造成烧蚀异常增大.因此,在工程中可采用高压静态烧蚀试验来考核喉栓材料,简化试验系统;在文中试验条件下,钨渗铜喉栓最大径向烧蚀率为0.085 mm/s,三维编织C/C材料最大径向烧蚀率为0.545 mm/s,钨渗铜比C/C材料更适用于喉栓;发动机非轴对称结构、粒子冲刷和沉积现象对烧蚀影响较大,采用同轴结构可改善流动的对称性,有利于进一步研究其他因素对烧蚀的影响.     

石墨渗铜喉衬的烧蚀特性

介绍了石墨渗铜材料作为固体火箭发动机(SRM)喉衬与．长尾管衬套的烧蚀特性和机理。液态铜在高温高压燃气的作用下仍滞留在石墨基材内，起到抑制烧蚀的效果，改善了KS-8高强石墨的耐烧蚀性能。     

“麻雀”舰载垂直发射系统

“麻雀”导弹垂直发射装置装在舰只的甲板下方.在装上燃气舵控制装置之后,AIM/RIM—7“麻雀”导弹就可以进行垂直发射.燃气舵在导弹发射后,导弹导引装置正常工作前,控制导弹的指向和航向.     

新型号与某型号半弹试车燃气舵装置试验结果比较分析

对新型号与某型号半弹试车（前者为准半弹试车）的有关燃气舵装置试验中出现的问题进行了比较分析，半弹试车是最后一次地面燃气舵试验，它为飞行试验打下基础。从某型号试飞成功的经验来看，只要地面试验获得成功，一般来讲飞行试验也能成功。所以半弹试车中燃气舵试验的好坏至关重要。     

等离子喷涂成型钨基材料及薄壁构件研究

对小型固体火箭发动机喷管喉衬内衬用零烧蚀材料进行研究。采用大气等离子喷涂工艺成型难熔金属钨基薄壁构件,并进行材料性能表征。结果表明,等离子喷涂工艺成型钨材料经烧结、渗铜处理后,致密化程度提高,力学性能提升,压缩强度达750 MPa以上,通过试验条件为温度3 000～3 500 K、工作时间6.4 s、平均压强3.2 MPa的小型试验发动机热试车考核,材料烧蚀率为零。喷涂钨/烧结/渗铜材料可作为3 000 K条件下零烧蚀材料的候选。