含铝固体复合推进剂燃气中Al2O3颗粒收集与测量的实验研究

在发动机试验中,全部和部分收集燃气中Al_2O_3,并经过处理,称量和尺寸测量,获得Al_2O_3的量值分数、颗粒尺寸,以及颗粒大小的分布等.这些数据对固体火箭发动机的设计、性能计算和某些研究项目都是很有用的据数.     

含细观孔隙Al/Al2O3梯度功能材料弹性模量研究

利用渐近均匀化方法对含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料(FGM)的弹性模量进行了研究。通过与实验对比,验证了渐近均匀化方法预测含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的可行性,并在忽略孔隙个数等次要因素的情况下,拟合得到了与孔隙率和Al_2O_3体积分数相关的含细观孔隙Al/Al_2O_3梯度功能材料弹性模量的预测公式。研究结果表明:细观孔隙在Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量预测中并不能被忽略。在相同孔隙率下,孔隙的个数对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量影响较小,而孔隙的大小和位置对弹性模量有着明显的影响,在Al_2O_3的任何体积分数下,Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量含随机孔隙的均低于均匀分布孔隙的。孔隙率也对Al/Al_2O_3梯度功能材料的弹性模量有着明显的影响,随着孔隙率的增加,材料的弹性模量逐渐下降,且随Al_2O_3体积分数的增加下降幅度增大。     

高压条件下Al2O3/Al-10Si组织演变及力学性能

采用热压烧结与高压凝固分别制备了不同压力下Al_2O_3/Al-10Si复合材料,研究了高压对Al_2O_3/Al-10Si复合材料的组织演变规律及力学性能的影响。结果表明,高压凝固Al_2O_3/Al-10Si复合材料由α相,β相和Al_2O_3强化相组成,其中α相呈胞状,在α相晶界处存在少量粒径约为0.1μm的颗粒状β相;对于不同压力下制备的复合材料性能研究发现,凝固压力增加,α相中Si的固溶度增加,显微硬度及拉伸强度也随之提高,显微硬度由热压烧结时的55.3 HV,增加到了5 GPa时的128.1 HV,提高了133%,拉伸强度由热压烧结时的126 MPa,增加到了5 GPa时的702 MPa,这是由于高压导致α相中Si固溶度增加,形成了固溶强化。     

固体火箭发动机燃气科氏加速度的影响分析

采用理论分析和试验验证相结合的方法,揭示了过载条件下固体火箭发动机横向过载产生的原因,分析了燃气科氏加速度的影响因素。结果表明,发动机的横向过载是燃气科氏加速度和导弹法向牵连加速度综合作用的结果;燃气科氏加速度与导弹转弯半径呈反比例关系,与导弹速度和燃气速度呈正比例线性关系。地面模拟旋转过载试验结果表明,横向过载将引起Al_2O_3粒子向发动机局部聚集,造成该部位烧蚀加剧,引起喷管收敛段局部烧蚀增大;由于科氏加速度的存在,导致发动机的实际横向过载方向偏离发动机牵连加速度引起的横向过载方向,造成喷管局部烧蚀增大的方向与离心过载方向呈一定的环向偏转角度。     

送粉方式对等离子喷涂NiCrAlY/ Al2 O3涂层介电性能的影响

以内送粉和外送粉两种方式微弧等离子喷涂工艺制备了NiCrAlY/Al_2O_3复合涂层,分析了送粉方式对涂层相组成、微观结构和介电性能的影响。结果表明:与外送粉相比,内送粉方式沉积的涂层具有较高的沉积效率和较低的孔隙率。由于喷涂过程中α-Al_2O_3颗粒完全熔融,内送粉喷涂所得到涂层主要为γ/γ′和γ-Al_2O_3相,并且涂层结构致密,NiCrAlY颗粒分布均匀。介电性能测试表明,以外送粉方式制备的涂层复介电常数实部和虚部几乎不随频率发生变化。而以内送粉方式喷涂的涂层复介电常数实部和虚部随频率的增加而降低,呈现明显的频散现象。     

冲压发动机C/SiC喷管沉积特性研究

为了探索冲压发动机C/SiC复合材料喷管的沉积特性,从C/SiC喷管不同的型面结构、不同试验状态以及不同的燃烧室状态等方面进行了研究。研究表明:C/SiC复合材料喷管的型面结构对喷管固体颗粒的沉积影响较小,可以忽略;试验状态和燃烧室状态对C/SiC复合材料喷管固体颗粒的沉积影响较大,喷管不容易产生沉积;在高空状态、复合材料燃烧室状态下,喷管扩张段容易产生沉积,且当扩张段欠膨胀时,加剧沉积。      

固体火箭发动机烧蚀/侵蚀试验

空气动力学研究中心、七机部、科学院、上海8252所等八个单位组成的联合试验组,从80年11月至81年5月,在7013厂先后进行了9次烧蚀/侵蚀试验。 试验在FG-9发动机排气中进行。排气温度约2000°K,排气速度为2500米/秒,排气压力为1.5公斤/厘米~2,排气中Al_2O_3含量为30％(重量百分此),模型为球锥形,R15毫米,半角11°,底部φ60毫米、由试验端头和底座组合而成。试验时端头驻点离喷管出口截面50毫米。测试项目有电影摄影,定时摄影,外形测量,表面辐射温度测量。支架采用非冷却的钢结构。试验结合发动机正常试车进行。试车情况表明:这样的试验对发动机试车没有影响,试验结果见表1。     

小推力长时间工作固体火箭发动机C/C喉衬的烧蚀与沉积

针对C/C喉衬喷管小推力长时间工作固体火箭发动机,分别开展了含铝、不含铝两种推进剂状态的地面试验。根据燃烧室压强及发动机推力测试曲线计算了喷管喉径的瞬变值,对比研究了喉衬的烧蚀、沉积过程,指出含铝推进剂发动机C/C喉衬先后经历初始沉积、沉积消融、持续烧蚀、烧蚀与沉积交替四个阶段,而推进剂不含铝时则没有明显的初始沉积与沉积消融。讨论了推进剂配方、燃烧室压强、喷管结构等因素对喉衬烧蚀、沉积的影响,并提出了相应的改善措施。     

日本火箭发动机喷管用C/ C 复合材料

介绍了C/C复合材料在日本固体火箭发动机喷管的应用情况,主要包括卫星远地点助推发动机用螺旋形状碳布铺层的2D-C/C扩张段、固体助推器及固体运载用3D-C/C喉衬.2D-C/C扩张段采用黏胶丝基碳纤维成型,M-V固体运载一级发动机C/C喉衬采用碳纤维三向正交圆筒编织结构,热等静压-石墨化致密,外径Ф1100 mm,密度达1.95 g/cm3.C/C复合材料在固体及液体火箭发动机喷管延伸出口锥的应用是未来的发展方向.     

固体火箭发动机熔渣沉积数值模拟

为了探求熔渣沉积的机理，采用欧拉－拉格朗日丽相方法模拟带潜入喷管的固体火箭发动机两相内流场。通过对发动机工作后期六个时刻的两相流动与粒子轨迹计算，得到了三种Al2O3重附着率（0.2,0.4,0.6）下的潜入喷管背壁熔渣沉积总量分别为0.14%，0.48%和0.91%。提出了减少熔渣沉积的一些途径。     

C02激光点燃固体推进剂的研究

选用具有代表性的复合型、双基型推进剂以及金属粉组成的点火药,在新建的CO_2激光点火试验设备上进行了推进剂点火性能试验,获得了重复性较好的试验数据。针对复合推进剂提出一个点火模型及点火判据表示式,计算与试验结果相吻合,证明该模型可以用于预估复合推进剂的点火性能。试验和计算结果都表明点火热流密度对点火延迟时间影响很大,是推进剂点火性能中非常重要的控制量     

表面改性C/C复合材料与LAS玻璃陶瓷的连接

采用MgOAl₂O₃SiO₂(MAS)玻璃作为中间层,对SiCMoSi₂表面改性的C/C复合材料与Li₂CO₃Al₂O₃SiO₂(LAS)玻璃陶瓷进行热压连接。通过正交实验,研究了连接温度、连接压力和保温时间对试样连接强度的影响,确定最佳工艺参数为：1 200 ℃,20 MPa,15 min,所得到连接接头的最高剪切强度可达30 MPa。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和背散射电子像（BEI)对SiCMoSi₂涂层、连接界面的形貌以及组成进行了分析。研究结果表明,SiCMoSi₂涂层与基体结合紧密,Si,C元素在界面处呈梯度状分布,形成厚度约为15 μm的过渡层。MAS玻璃中的组分与LAS玻璃陶瓷和SiCMoSi₂涂层存在相互渗透现象,形成紧密的C/C(SiCMoSi₂)/MAS/LAS结构,界面间的结合良好。     

求解具有多层试验数据成败型单元混联系统可靠性近似限的信息论方法

研究了求解具有多层成败型试验数据时,系统可靠性置信下限近似解的信息论方法,给出了各层试验数据综合的方法和步骤,推导了各层数据信息论方法折合及综合的计算公式。根据单元试验信息提供的信息量与系统折合试验应提供的信息量相等的原则,将多层试验数据逐级折合为系统的等效成败型数据,导出了等效成败型数据信息论方法折合的基本公式;结合可靠性工程的基本原理,根据单个成败型单元可靠性评定的经典精确置信限方法,给出了系统可靠性置信下限的近似解。并以实例形式说明了该方法的具体应用。     

NiTiAl Intermetallic Alloys Strengthened by Mo Replacement

 NiTiAl based alloys have attracted attention as potential high temperature structural materials. Alloying is an effective way to improve their mechanical properties. The microstructures and mechanical properties of Ni₅₀Ti_44-xAl₆Mo_x (x = 0, 0.5, 1, 1.5, 3) alloys have been investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron mi-croscope (TEM) and compressive tests. It is found that Ni₅₀Ti_44-xAl₆Mo_x alloy is composed of NiTi (B2) and Ti₂Ni (FCC) phases when Mo content is no more than 1 at%. The effect of Mo solid solution hardening at room temperature has been indi-cated by the rise of yield strength and the fall of plasticity with increasing Mo content. For Ni₅₀Ti_42.5Al₆Mo_1.5 and Ni₅₀Ti₄₁Al₆Mo₃ alloys, a Mo solid solution appears and increases the yield strength by precipitation strengthening. The maxi-mum yield strength at 600 °C and elevated temperatures is presented in Ni₅₀Ti₄₃Al₆Mo₁ alloy not in alloys with a higher Mo content, which is possibly due to the softness of Mo-Ti-Ni solid solution phase.     

Cr对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金显微组织与高低温力学性能的影响

 以Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf成分为基础,分别添加了2%和17%(原子分数,后同)的Cr元素替代Nb(分别称2Cr和17Cr合金),研究了Cr含量对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金相组成、显微组织形貌、室温断裂韧性和高温强度的影响,分析了高低温失效机制。结果表明,铸态和1 375 ℃×100 h热处理后2Cr合金由Nbss和Nb₅Si₃两相组成;当Cr含量为17%时,出现了具有C15结构的Laves Cr₂Nb相,合金由Nbss、Nb₅Si₃和Cr₂Nb三相组成,热处理后在Nb₅Si₃中还析出了球状Cr₂Nb相。随着Cr含量由2%提高到17%,热处理合金的室温断裂韧性K_Q由14.32 MPa·m^1/2下降到10.30 MPa·m^1/2。合金强度与Cr含量的关系受温度影响,随Cr含量提高,室温和1 150 ℃时合金的硬度或强度增高,而1 250 ℃和1 350 ℃时合金强度降低。如1 150 ℃时2Cr和17Cr合金的屈服强度σ_0.2分别为349 MPa和387 MPa;1 350 ℃时分别为306 MPa和74 MPa。     

镍掺杂对α-Al2O3烧结过程、微观结构及力学性能的影响

 首先采用非均相沉淀包裹法制备金属镍包裹α-Al₂O₃复合微球粉体,然后采用热压烧结制备了Al₂O₃/Ni金属陶瓷。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）对复合粉体及热压烧结产物的成分和结构进行了表征,利用阿基米德法测量了复合陶瓷的密度,分别通过三点弯曲法和单边切口横梁法对陶瓷试条的抗弯强度和断裂韧性进行评估。研究发现：金属镍的引入活化了α-Al₂O₃的烧结,镍粒子均匀地分布在氧化铝的晶界上,增加了弱界面,提高了氧化铝的断裂韧性,最高可达7.62 MPa·m^1/2。     

热处理对Mo-Si系金属间化合物微观组织和断裂韧性的影响

以纯金属Mo与纯Si为原料,通过电弧熔炼法制备了Mo₃Si-Mo₅Si3共晶,Mo₅Si3-MoSi₂亚共晶和过共晶Mo-Si系金属间化合物。在1200℃分别对3种合金进行了12h、24h、48h和96h真空退火,观察层状结构在合金中的形成、变化及破坏。1200℃退火48h后,在Mo₅Si3-MoSi₂亚共晶合金中发现了发展完好的Mo₅Si3（D8m）/MoSi₂（C11b）层状结构,层间距为几百纳米;在Mo₅Si3-MoSi₂过共晶合金中,层状结构的层间距与体积百分含量在退火前后没有发生明显变化;在Mo₃Si-Mo₅Si3共晶合金中始终未观察到层状结构的存在。通过压痕法测量了各合金的断裂韧性（K_IC）,研究了微观结构与KIC之间的关系。     

旋转状态下气膜冷却换热特性的实验研究

基于一个平板叶片模型对旋转状态下气膜冷却现象的换热特性进行了实验研究,得到不同吹风比情况下气膜冷却换热系数随主流雷诺数和旋转数变化的分布规律。实验利用热色液晶(TLC)测温技术对叶片表面的二维温度场进行测量,采用空气和二氧化碳模拟不同冷气与主流的密度比,并使用无线遥测技术对旋转系中的温度信号加以采集。结果表明：由于受到离心力与哥氏力的综合作用,叶片压力面与吸力面上的强化换热区域向高半径处发生偏转,且偏转趋势在吸力面上更为明显;随着主流雷诺数的增大,压力面上的换热系数不断增大,而在吸力面上则先减小后增大;此外,主流雷诺数的变化对压力面和吸力面上强化换热区域的偏转现象没有明显影响。     

氢/氧气-气燃烧与气-液燃烧特性对比研究

对氢/氧气-气和气-液同轴剪切式单喷注器进行了燃烧流动的仿真研究.采用带化学反应的湍流Navier-Stokes方程和颗粒轨道模型描述发动机内部喷雾两相燃烧流动过程,气相化学反应速率都由Ar-rhenius公式计算.对典型气-气燃烧和气-液燃烧仿真结果进行了比较,结果表明气-气燃烧完成长度相对气-液燃烧更长;并进行了同轴喷注器关键参数对两种燃烧流场的影响的仿真和分析比较,得到喷注流量和动量比均为影响两类型喷注器燃烧流场的关键因素,且这两因素对燃烧完成长度的影响趋势是完全相同的,而喷注速度对两类型喷注器燃烧流场影响程度都较小.      

固冲发动机补燃室氧化铝凝固过程研究

基于经典形核理论,研究了氧化铝液滴冷却凝固过程中液滴温度以及固相体积分数等参数的变化,计算了不同条件下液滴形核、再辉等阶段的凝固速率。在此基础上,对固体火箭冲压发动机补燃室内的氧化铝凝固过程进行了分析。研究表明:液滴初始粒径和环境温度对凝固速率影响很大,环境温度越高,液滴凝固越慢。在补燃室环境中,氧化铝所处的区域不同,其形态也不尽相同。在补燃室头部掺混区,氧化铝主要是以液态或固液混合态存在,固相体积分数较小;在低温区域,氧化铝主要是以固态或固液混合态存在,固相体积分数较大。