一种大型固体火箭发动机界面脱粘缺陷的无损检测方法

针对列装部队服役产品现场开展固体火箭发动机燃烧室界面粘接质量无损检测的需求,研制了一种针对大型固体火箭发动机燃烧室推进剂/衬层/绝热层界面脱粘缺陷的无损检测系统。该系统基于机电阻抗频率响应函数方法,由多通道高速数据采集设备、压电主被动传感晶片、激励装置和软件评估系统组成,利用激励装置敲击固体发动机壳体待测结构表面,通过Lab VIEW数据采集程序测得响应信号,根据机电阻抗频响波形特征及波峰数量判断界面脱粘缺陷。当燃烧室绝热层/衬层/推进剂界面结构完好时,频响函数曲线仅有一个明显平滑的主波峰,当燃烧室绝热层/衬层/推进剂界面出现脱粘缺陷时,频响函数曲线的波峰数量增加,呈现明显的锯齿波形状。该方法便捷高效,非常适用于大型固体火箭发动机总装后整体产品燃烧室界面粘接质量的快速野外排查,也可进行长期的燃烧室界面状态健康监测。     

基于实测数据的固体火箭发动机粘接界面振动损伤分析

为研究某立贮式固体火箭发动机在海洋值班条件下推进剂/衬层粘接界面的损伤情况,对固体火箭发动机在实际振动载荷与重力耦合作用下的疲劳损伤进行了评估。对监测的发动机振动数据进行了预处理;利用有限元软件先后模拟了发动机固化降温过程和值班振动过程;运用三点雨流循环计数和Miner理论对粘接界面危险点处累积损伤值进行了计算。结果表明,固化降温过程中,药柱两端与人工脱粘层脱开,推进剂/衬层粘接界面剪应力变化过程可由幂函数τ=a·t~b+c表示;以固化降温结果作为原始条件,振动初始时刻粘接界面剪应力发生剧烈变化,约15 s后剪应力稳定变化,最大值点位于界面头部;在某特定海情下连续值班一年时,重力和振动载荷造成的某固体发动机寿命损伤为14.84%。     

固体火箭发动机壳体粘结衬层系统

对于固体火箭发动机壳体粘结衬层系统,提出了在阻挡层/衬层/推进剂配方中弄清化学性质,工艺变量,以及它们如何影响界面粘结性能的思路.层间扩散速率和每层固化速率需与界面固化的化学改变最小一起考虑。控制阻挡层固化,以减少衬层和推进剂反应物与增塑剂的迁移,且为衬层提供有效的粘结表面.HTPB 是衬层和推进剂的组分之一,其固化时间的变化会影响扩散速率.壳体粘结衬层系统愈来愈复杂,其参变量也就愈来愈多,当更多的变量接近于规范极限时,就会提高可能失效的统计显著性。对于现行的衬层系统应进行工艺变量研究,以期进一步提高各层界面粘结的可靠性.     

衬层—推进剂界面脱粘的超声谐振检验技术综述

利用一维四分之一波长谐振原理改进的扫描频率超声探伤(SFUI)方法成功地对固体发动机衬层和推进剂之间界面脱粘进行了检验,并已用于对H—Ⅰ火箭上面级及对模拟的H—Ⅱ火箭助推级的生产过程和实验现场检验。     

固体火箭发动机衬层粘接技术综述

综述了固体火箭发动机衬层粘接技术。介绍了衬层材料选择原则,分析了刷涂、喷涂、抛涂、离心和拉涂等成型工艺,讨论了界面粘接及其影响因素与改善途径,给出了前人的研究方法,阐述了衬层关键技术的发展趋势。     

减少固体火箭发动机燃烧室衬层气泡技术

为减少固体火箭发动机燃烧室衬层制造过程中产生的气泡，对气泡的来源和形成机理进行了分析和试验，通过采取控制原材料的含水量、料浆脱气的真空度以及衬层的固化温度等技术措施，大大减少了衬层中的气泡，提高了发动机的可靠性。     

用于大型固体发动机无损检测的X射线层析仪

由X射线高能物理研究导出的X射线自动层析技术,可望用于大直径(3.809m)固体火箭发动机的无损检测。为了验证高能级X射线的使用可能性,美国的先进研究与应用公司与空军莱特试验所于1992年对60MeV X射线层析仪进行了应用研究。X射线层析仪可得出固体火箭发动机内部的三维细化图象,由此可查出装药气孔、装药与绝热层界面脱粘等缺陷。     

基于小波变换的固体火箭发动机深层界面超声回波信号分析

针对固体火箭发动机多层粘接结构中的超声检测回波信号严重混迭及难以分辨的问题,提出对回波信号进行小波变换,提取小波变换后各个频段的能谱作为特征,为多层粘接结构中深层界面的粘接缺陷分析及识别提供依据。实验结果表明,超声回波信号分析方法可有效提取出固体发动机多层粘接结构中的深层界面信号特征,并能将缺陷识别、定位。     

固体火箭发动机喷管喉衬烧蚀研究进展

在固体火箭发动机工作过程中,由于热化学烧蚀和机械剥蚀的作用,将导致发动机喷管产生烧蚀行为,直接关系到固体火箭发动机的结构可靠性。为了较为深入地了解固体火箭发动机喷管喉衬烧蚀行为及其机理,对国内外固体火箭发动机喷管喉衬烧蚀研究进行了归纳和总结,详细阐明了喉衬烧蚀试验方法、喉衬烧蚀机理及喉衬烧蚀模型;总结了常用的喉衬烧蚀试验方法,并分析了各自优缺点;从热化学烧蚀和机械剥蚀两方面介绍了喉衬烧蚀模型研究进展,分析了目前喉衬烧蚀模型的研究水平。最后,对固体火箭发动机喷管喉衬烧蚀需要开展的工作提出了建议,包括发动机烧蚀率的试验评估方法,喉衬耦合烧蚀计算方法及过载条件对喷管烧蚀的影响规律等,以期为后续研究工作提供一定的借鉴和参考。     

多层包覆质量超声图像诊断系统研制

针对机载固体火箭发动机多层复合结构粘接质量检测问题,利用聚焦探头双模式检测方法,研制开发了一套适合直径90~250mm,最大长度2000mm,且圆柱表面有凸起物的各种空-空导弹火箭发动机多层包覆质量自动超声图像诊断系统。可通过一次C扫描获得多层包覆不同界面粘接质量诊断图像,其脱粘检测分辨力不大于5mm。     

固体发动机界面粘接性能的非线性超声无损评价

壳体/绝热层界面衬层的粘接性能会影响固体发动机最终性能。基于超声纵波透射法,结合衬层样本的红外光谱图,研究衬层固化过程中超声非线性系数与微观组织结构间的关系。铌酸锂晶片的滤波特性,有效减少前端仪器的非线性,提高了测量数据的鲁棒性。实验结果表明,随着固化度增加,超声非线性系数逐渐减小,界面粘接性能越好。因此,利用超声非线性系数,可对界面的粘接性能进行超声无损评价。     

基于二次谐波技术的固体火箭发动机界面粘接质量的超声无损评价

提出了一种用于固体火箭发动机粘接界面质量评价的非线性超声检测方法。常规超声纵波可用于粘接界面缺陷的检测,但不适用于粘接质量的评价。超声与界面相互作用产生的非线性效应,使得粘接界面的质量评价成为可能。表征界面超声波非线性响应的参数称为二次谐波激发效率,二次谐波激发效率的不同表示界面粘接质量的不同。实验结果表明,将二次谐波激发效率作为特征,可有效评价界面的粘接质量。     

航天运载固体发动机的应用研究

本文提出了固体发动机用于航天运载的两个方案:全固体方案和液体芯级固体助推方案.对固体火箭发动机的可靠性、安全性和成本等问题作了详尽讨论,并与液体火箭发动机作了比较.     

固体火箭发动机封头界面粘接相控阵超声检测技术可行性研究

固体火箭发动机封头部分的界面粘接状态目前还没有有效的检测方法,采用相控阵超声自动电子聚焦技术为该结构的检测提供了新思路.根据声线理论,研究等厚、不等厚壳体的界面粘接相控聚焦检测方式,得出相控聚焦具有较高的检测分辨率,同时也能解决不等厚壳体构件的界面粘接检测;对固体火箭发动机封头构件的粘接状态进行仿真分析,结果显示相控阵超声能很好地检测出构件的脱粘区域和大小,表明该检测方式在界面粘接检测方面具有广泛的应用前景.     

日本H-Ⅰ、H-Ⅱ运载火箭的研制和试验现状

日本的N-Ⅰ、N-Ⅱ运载火箭是用美国技术援助制造的.H-Ⅰ亦按美国许可证生产,因而其用途受到很大限制.为摆脱对美国的依赖,日本H-Ⅰ火箭的研制中,特别强调依靠自己的力量和技术.H-Ⅰ研制的重点是第二级的液氢/液氧发动机、第三级固体发动机以及惯性导航装置.1986年8月和1987年夏季H-Ⅰ分别发射成功.H-Ⅱ火箭虽然以H-Ⅰ的技术为基础,但两者的结构和特性有很大的不同.H-Ⅱ国产化程度达100%,性能更好,费效比和可靠性更高,能满足90年代空间任务的需求.对H-Ⅱ火箭的性能、研制规划及弹道和飞行特性作了重点叙述.     

固体火箭发动机含径向缺陷喷管数值仿真分析

火箭发动机喷管的工作环境极为恶劣,固体火箭发动机在热试状态下经常会出现因喷管喉衬加工过程中的工艺缺陷导致的开裂失效事故。针对某型固体火箭发动机试车后喷管喉衬断裂现象,基于真实裂纹形貌进行建模,并开展发动机典型工作时刻下的三维两相数值模拟,旨在获得喷管喉衬不同断裂间隙内流场温度、压强、热流密度与速度场分布及对比情况。研究...     

SRM壳体/绝热层脱粘的XFEM

将扩展有限元法(XFEM)用于研究固体火箭发动机(SRM)壳体/绝热层的脱粘。将层隙型和紧贴型脱粘等效为双材料界面裂纹,建立了XFEM的双材料界面裂纹分析模型,并给出了其中核心算法——应变矩阵的求解,通过相互作用积分求出应力强度因子和能量释放率。算例结果表明,XFEM的计算结果与理论值的差异较小,可用于有效求解脱粘问题。     

小推力长时间工作固体火箭发动机初步试验研究

为了实现小推力固体火箭发动机的长时间工作,对4种采用复合推进剂端燃药柱的发动机进行设计和试车.工作时间分别达到75、105、145、235 s.试验结果表明,该发动机设计方案合理,采用这种C/C喉衬的复合结构喷管实现长时间工作是完全可行的.其中,75 S发动机的地面比冲为2 217 N·s/kg;145 s发动机的地面比冲为2 236 N·a/kg;235 s发动机的地面比冲为2 147 N·s/kg,性能测试结果基本满足发动机总体指标要求.此外,在试验过程中,还获得了C/C喉衬的烧蚀和绝热层的烧蚀炭化规律,为后续开展长时间工作固体火箭发动机研究提供了重要参考.     

固体火箭发动机推进剂/衬层/绝热层粘接界面细观损伤过程数值模拟研究

为了研究固体火箭发动机推进剂/衬层/绝热层粘接界面的细观损伤特点,建立了其细观代表性体积单元。针对推进剂内部颗粒夹杂的特点,采用分子动力学方法对其进行了颗粒填充处理。将基于表面粘结损伤的粘性接触算法用于粘接界面推进剂一侧内部颗粒脱湿的模拟,采用最大主应力准则用于模拟粘合剂基体的损伤与失效过程。研究结果表明,数值模拟结果的损伤形貌与试验结果吻合良好,建立的数值模型能较好地反映粘接界面细观损伤过程;对于初始粘接良好的粘接界面,颗粒的脱湿与粘合剂基体的损伤导致了拉伸过程中粘接界面应力应变曲线的非线性;为了提高粘接界面抵抗脱粘的能力,一方面应提高推进剂内部颗粒与粘合剂基体的粘接强度,另一方面颗粒脱湿之后,提高粘合剂基体的最大失效应力。     

四院召开界面学术研讨会

航空航天部四院于1992年9月2日在西安召开固体发动机界面学术研讨会,会议由院科技委组织,为时二天。与会同志就界面理论、工艺研究、质量控制以及界面测量技术进行了交流和讨论,共发表学术论文14篇。复合材料固体火箭发动机有多种界面,包括增强纤维/基体界面(相),推进剂/衬层/绝热层/壳体各粘接界面,人工脱粘层粘结面,密封材料与部件接触面等等。界面质量不仅是材料和机械制造的一般问题,更是困扰宇航和导弹发动机研制生产厂家的重要问题。八十年代以来,在造成发射及试验失败的诸多原因之中,界面失效占了相当大的比例。因此抓住界面研究和工艺改进,正是抓住了固体发动机向高质量、高可靠性发展的一个关键。