印度研制的碳酚醛模压喷管喉部入口段烧蚀层

碳酚醛复合材料由于高的耐烧蚀性,已广泛地用作能承受严酷加热环境的火箭喷管烧蚀层。烧蚀层可用布带缠绕或玫瑰花瓣模压制成,从而获得按要求取向的叠层受气流作用。固体火箭发动机潜入型喷管喉部入口段由于燃烧产物的环流作用,不得不经受严酷的加热环境和粒子冲刷,这要求具有各向异性的烧蚀层材料能均匀烧蚀,预防改变气流路线。目前使用的材料有碳/碳或碳酚醛,尽管3D碳/碳具有所要求的各向异性和耐烧蚀性,但需专用工艺设备,并且价格昂贵。印度已将可变叠层取向的两层或多层碳酚醛烧蚀层用于大型喷管。     

陶瓷/陶瓷类绝热层新喷管的设想

本文评述了固体发动机喷管的设計。碳/碳材料引起的第一个突破是:使沿喷管内型面与燃气接触的耐烧蚀层具备了结构承载能力,使喷管成为承热结构,只是与燃烧室连接的部件需要绝热。很遗憾,如今用碳酚醛或硅酚醛材料制成的绝热层,因低溫下易炭化并逸出气体,所以它们的机械性能既低劣又不可預测。因此,喷管与燃烧室绝热连接处通常采用复杂的设計,它包括绝热的和金属的结构零件。目前出现一些新的、具有热稳定基体的绝热复合材料,由于这些材料在很大温度范围内具有结构承载能力,这将是喷管设計的第二个突破。本文评述了用陶瓷或碳纤维与基体制成的新的不炭化绝热材料,介绍了用这些材料设計新喷管的几个例子。它的优点是:设計新颖、简单,装配时间少,成本低以及分析預测性较好。     

航天飞机小尺寸烧蚀喷管试验

近来,使用小尺寸喷管试验,鉴定了有希望的新型碳酚醛烧蚀材料。这些材料采用短粘胶纤维.聚丙烯腈纤维和沥青基碳布制成。为喷气推进试验室48英寸碳发动机设计的4英寸喉径潜入式喷管,用来鉴定有20种烧蚀材料的5种不同的设计。这种装有3200磅航天飞机固体火箭发动机使用的推进剂(聚丁二烯丙烯酸丙烯腈)药柱,提供的燃烧室压力——时间条件,类似于航天飞机固体火箭发动机最初45秒的工作环境。     

先进固体火箭发动机(ASRM)喷管简介

ASRM 喷管装置主要包括两个组件,即前喷管和后出口锥。前喷管由柔性密封接头和绝热体组成,它具有8°全轴推力向量控制的能力.柔性密封接头是由 D6AC 钢增强片、天然橡胶垫片和 D6AC 钢前、后端环组成.接头被安装到有绝热层的 D6AC 固定座以及7050铝制整体头部入口和喉部支撑罩上.喷管头部入口和喉部的火焰表面烧蚀环用标准密度(1.45g/cm~3)的碳布酚醛带缠绕制成,前喷管组件的出口锥烧蚀层也     

简易碳/碳喷管介绍

本文介绍了法国欧洲动力公司和美国联合工艺公司化学系统分公司各自进行研制的一个共同项目中,一种航天发动机简易碳/碳喷管实例。这个项目以1977年6月13日进行喷管。的高空模拟试验而告结束。这个喷管是迄今已试验过的嗽径为48.6毫米(1.912英寸),膨胀比超过99:1类型中最简单、重量最轻的喷管。从喷管的最前端到出口面,气流流经的路径仅仅是由两个碳/碳部件[一个四维(4D)增强的整体喉衬和一个二维(2D)增强的出口锥]组成。这两个部件的总重只有4.4公斤。     

碳/碳复合材料

引言近年来,欧洲动力公司(S.E.P.)对固体发动机喷管部件所用的碳材料,特别是碳/碳材料进行了研制。喷管材料具有耐烧蚀的特性,要经受3000℃以上的高温。由于喷管性能要求非常高,材料必须具有良好的耐烧蚀性能和较低的比重。考虑到在大多数喷管里,化学反应发生在还原介质中,我们认为所能使用的耐热材料中,碳是最可取的。在此文中,我们不评述构成喷管部件的碳结构材料,只简要地论述多晶石墨、热解石墨、碳增强酚醛复合材料和碳/碳材料,侧重介绍后两种,这是欧洲动力公司重点研制项目。     

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。     

MX导弹喷管用先进材料评论 Ⅲ 第二级喷管的先进材料

这是评论MX导弹喷管先进材料的连载第三篇文章。根据空军系统司令部的空间导弹系统组织的F07401—73—C—04223合同,航空喷气固体推进公司进行了本文所述的工作。计划包括喷管设计的选择和要求满足MX ADP(Advanced DeveloPment Program)目的的有关技术。本文概述了材料筛选试验、阐述选择材料的原则、所选择材料的性能、缩比尺寸喷管点火试验的结果和用于全尺寸试验的石墨喷管部件的说明等。     

阿里安火箭在发射双星前更换了卫星远地点发动机或喷管

1984年11月9日用阿里安火箭发射的美欧双星,原来都采用“星-30B”(Star)远地点助推发动机(莫顿·聚硫橡胶公司制造),后因担心这种发动机的碳-碳喷管工作不可靠,所以在发射之前,欧空局的“海事通信卫星-B2”(Marecs B2)上的“星-30B”换成“马奇2”(Mage2)发动机(法国欧洲动力公司制造),而美国通用电话电子公司的空间网卫星分公司的“空间网2”(Spacenet2)上“星-30B”发动机的碳-碳喷管换成了碳-碳酚醛喷管。     

编织碳/碳喷管的研制

本报告讨论了一种先进的碳/碳材料的研制及其在固体火箭发动机喷管中的应用。这项研制工作是莫顿·锡奥科尔公司瓦沙奇分部研究与发展计划的一部分。1981年,莫顿·锡奥科尔公司研制的二维碳/碳出口锥成功地通过了试验。但是,这种材料缺乏足够的轴向刚度,并显示出较低的层间强度。因此,进一步研制了一种新的使用整体轴向和径向碳纤维的连续四维编织物。材料的特性试验表明,这种材料具有突出的力学性能:抗拉强度为2.068×10~8Pa,而且有较高的破坏应变和较低的模量。喷管用机械加工方法预制成型,因而制造成本较低,研制投产时间较短而且材料价格便宜。另外,由于排除了人为因素在生产过程中的影响,因而具有较高的可靠性。通过喷管内轮廓上纤维束的定向排列可以得到近似的编织形状和厚度的部件。为1985年静态试验用的整体喉部出/入口锥(ITEC)和常规出口锥构件已经制成。     

炭/炭-酚醛双基体烧蚀防热材料研究

分别采用PAN基及粘胶丝基炭布作为增强体，进行了一种新型的炭／炭-酚醛双基体烧蚀防热层板材料的探索研究。结果表明，炭／炭-酚醛双基体材料的密度基本与炭／酚醛材料的密度相当；弯曲强度与炭／酚醛材料及C／C材料相当。弯曲模量稍高于炭／酚醛材料而低于C／C材料。其层剪强度低于炭／酚醛材料和C／C材料。降低了30％-40％。炭／炭-酚醛双基体材料保持了炭／酚醛材料低热导率的特点，热膨胀系数低于炭／酚醛材料，但高于C／C材料，其线烧蚀率比炭／酚醛材料降低20％-40％。与PAN基炭布增强材料相比，粘胶丝基炭布表现出层剪强度高、密度低和模量低的优点。但热膨胀系数大和线烧蚀率较大。     

树脂基防热材料烧蚀性能表征的探讨

采用氧-乙炔烧蚀试验研究了传统炭布增强酚醛(钡酚醛)、硼改性酚醛及聚芳基乙炔三种防热材料(C／BaF、C／FB、C／PAA)的烧蚀性能。结果表明，这三种材料的质量烧蚀率和基体树脂的耐热性能一致，数据变异系数Cv较小(7．1％-13．8％)，可作为评价烧蚀材料烧蚀性能的重要指标；线烧蚀率数据的离散系数较大(23．9％-232．5％)。C／BaF和C／PAA材料出现了负的线烧蚀率现象，因此线烧蚀率不适宜作为评价2D树脂基防热材料烧蚀性能的指标。采用质量烧蚀率和烧蚀因子可较好地表征和比较烧蚀材料的烧蚀性能。     

新的INSUL/RITE材料

ICI/Fiberite公司用来评估材料绝热和烧蚀性能的固体推进剂材料试验发动机最近通过了试车,结果完全成功. 这次试车是为了确定新的Insul/Rite弹性化合物中的一种是否可用于高压喷管上. 试车后,在解剖图上所显示的“橡胶喷管”是一块层压模件,包括喷管入口、喉部和出口锥.该模件化合物的代号为MXE-S646,是在高硅氧宽幅编织物上浸渍硅酮橡胶(聚二甲基硅氧烷,PDMS弹性材料).制造时只要用常规的压模成型技术或者在夹具中于高温炉固化即可,无需高的模压.喷管在约163℃的烘炉中固化6个小时,只承受着夹紧压力.     

C/C复合材料的进展

碳—碳(C/C)复合材料是用碳或石墨作基体,用碳纤维或石墨纤维增强的一种特种工程材料。它们除了具有多晶石墨的许多优点以外,还具有高强度、高刚性、尺寸稳定及良好的化学稳定性等一系列优异性能。38年来,C/C复合材料已有较大发展,它们已在航天、航空、工业、科学研究、核反应堆和生物医药等高温技术领域获得广泛的应用。     

H—I末级固体发动机采用的新材料

日本的H-I是一种发射550kg级卫星的三级运载火箭,它对末级发动机(包括第三级发动机和远地点发动机)的性能及可靠性要求相当严格。为了提高发动机的性能和减轻质量,在研制过程中,发动机壳体、喷管喉衬及绝热层等部件都采用了最新材料。1.2维C/C材料2维C/C材料与过去使用的碳纤维增强材料(CFRP)相比,具有耐热、高温下拉伸强度高等特点。     

美、法试验远地点发动机和喷管

一台先进的空间固体远地点发动机和喷管于1979年11月15日在爱德华空军基地点火试验成功。这是美国联合技术公司化学系统分公司与法国欧洲动力装置制造公司经过两年努力的成果,它综合了在碳-碳材料,固体推进剂药柱及喷管设计方面最新的先进技术。发动机直径为76厘米,在模拟30,480米以上高空的情况下点火试验约60秒。发动机     

预制体结构对C/C喷管出口锥材料力学性能的影响

设计了3种用于制备喷管用C/C出口锥材料的炭纤维增强预制体,即炭布铺层骨架(P型预制体)、炭布叠层原位针刺骨架(N型预制体)、炭纤维整体编织骨架(B型预制体),并对比研究了预制体结构对C/C出口锥材料力学性能的影响。结果表明,对同密度水平的C/C出口锥,用P型预制体制备的C/C材料的层剪强度最低,N型预制体制备的材料的层剪强度最高,B型预制体制备的材料的层剪强度居中。3种预制体制备的C/C材料的高温弯曲性能差别不大,N型预制体结构更适合于C/C出口锥材料的制备成型。     

可燃喷管固体助推器的研究现状

本文介绍了低成本、高可靠性运载火箭固体助推器可燃喷管的研究现状.可燃喷管是用一种低成本、高强度和低燃速推进剂制成的,宅在工作过程中可以燃烧,有利于固体火箭发动机降低成本和提高可靠性.其可行性已由美国联合工艺公司所验证,并由φ152mm 和φ762mm 发动机试车所证实.试验结果表明,可燃喷管的消蚀速率(相当于药柱的燃速)高于预估值,发动机性能优于预计情况(实际比冲比预计比冲1979.6N·s/kg 高25.5N·s/kg).     

液体火箭发动机喷管延伸段C/C-SiC复合材料的性能

采用化学气相渗透(CVI)和液相浸渍裂解(PIP)混合工艺制备出三维针刺C/C-SiC(材料A、B)和C/C(材料C)复合材料,研究了复合材料的力学、抗热震和耐烧蚀等性能以及SiC涂层对烧蚀性能的影响,并采用扫描电子显微镜分析了材料的断裂面和烧蚀面形貌。结果表明,材料A(SiC基体含量较高)的性能较好,其弯曲强度、线烧蚀率及抗热震系数分别达到238.4 MPa、3.0×10~(-3)mm/s和35.3 kW/m。沉积SiC涂层后,材料A、B和C的线烧蚀率较之前分别降低33.0%、12.5%和37.5%。采用材料A+SiC涂层方案研制的喷管延伸段构件,进行780 s地面热试车考核,试车后构件结构完整。     

1991年的美国固体火箭技术

1991年,美国的固体火箭技术在继续发展,并为各类发射的成功作出了贡献。4月份,侏儒导弹成功地进行了第二次飞行试验,证明一二三级固体发动机都工作正常。这枚试验导弹的第二级发动机使用的是增强碳—酚醛喷管,可以承受比第一次飞行试验时更大的载荷。大力神Ⅳ在1991年首次进行了东西两个发射场的发射。在两次航天飞机的飞行中使用了惯性顶级奥巴斯21和奥巴