发动机燃烧室壳体／绝热层界面脱粘类型及解决的技术途径

发动机燃烧室壳体／绝热层界面脱粘类型及解决的技术途径王维明（上海新风化工研究所３１３０２２）本文介绍了发动机燃烧室壳体／绝热层常见四种脱粘类型。这些类型的界面脱粘时发动机装药结构完整性和安全可靠性有着严重的危害。并在此基础上提出解决相应脱粘问题的技术...     

固体发动机燃烧室壳体／绝热层界面脱粘类型及解决的技术途径

界面粘接是固体发动机装药结构完整性的重要条件、通过对发动机燃烧室壳体／绝热层界面粘接进行的研究，指出燃烧室在绝热层整体粘贴中常见的四种脱粘类型。对各类脱粘原因通过抽样色谱分析、无损检测或解剖作了验证，提出解决脱粘问题的具体技术途径。研究结果表明，这些技术措施在发动机装药研制中取得较好的效果。     

装药几何参数不确定性优化设计

1引言固体火箭发动机装药设计,一般要求在满足发动机内弹道性能和相关约束条件下,选择药型并确定其几何参数,同时综合考虑燃烧室壳体内部绝热层、衬层和人工脱粘层的设计要求。装药设计作为发动机设计的核心,其设计质量很大程度决定了发动机性能优劣。航天飞机固体助推火箭发动     

固体火箭发动机绝热层分析和设计

固体火箭发动机的绝热层设计是燃烧室设计中的一个重要部分,它关系到发动机的性能和可靠性。本文简介了现有绝热层的种类和基于绝热层在高温碳化过程中不发生侵蚀现象的厚度确定方法,并结合实际提出了绝热层设计中需注意的问题。     

固体发动机有机烧蚀防热涂层的研究

直径、开口较大的固体发动机燃烧室热防护大多采用橡胶基绝热层、但对长细比较大,特别是开口甚小的金屈壳体工艺上却难以实施。 为了寻找具有良好的防热效果,同时工艺又简便易行的发动机内防热材料。我们开展了以环氧树脂为粘合剂、Al_2O_3·3H_2O为阻燃剂,添加石英粉、Cr_2O_3等耐高温、低导热性能无机填料组成的防热涂层的试验研究。 通过试片试验与发动机地面考核试验,证明该防热涂层也是固发燃烧室一种较为适宜的烧蚀防热材料,它具有不受被保护产品几何形状的限制。可采取喷涂、滚涂、刮涂、刷涂等优点,烧蚀率远小于橡胶基绝热层,尤其适用工作时间在30s左右的战术型号发动机燃烧室热防护。     

小型固体火箭发动机燃烧室绝热层成型工艺研究

通过绝热层胶料及共浇注体的性能测试和对燃烧室绝热层的各种试验，探讨了配心压注整体成型工艺条件，分析了该工艺的关键技术和控制绝热层表面质量的方法，考核了绝热层的设计和使用性能。实验结果表明：该工艺生产的燃烧室绝热层性能良好、外观光亮、质量稳定、合格率达到100％。     

中、小过载下战术发动机内流场数值模拟

针对战术发动机的飞行条件,建立了固体发动机过载条件下内流场两相流计算模型,开展了3种典型中、小飞行过载下的流场计算,详细分析了燃烧室内凝相颗粒冲刷参数分布,并初步分析了颗粒聚集状态与绝热层烧蚀之间的关系。研究结果表明:(1)当横向过载达到一定程度,在发动机筒段绝热层表面,在承载面沿着流场方向会形成一条粒子浓度缓慢增大的聚集带,而在非承载面粒子分布较为稀疏。(2)过载大小对颗粒冲刷速度的影响不明显,主要原因是燃气本身对颗粒运动的轴向加速很大,而过载的作用体现不明显。(3)燃烧室中粒子密集区一定程度反映了该部位的烧蚀环境较为严酷,绝热层烧蚀主要由于凝相粒子低速聚集导致了局部热增量加剧并引起了颗粒的二次聚集效应。因此,长时间中、小过载下,为了缓解燃烧室绝热层局部的严酷烧蚀环境,在已知粒子冲刷参数分布下,可增加局部绝热层设计厚度,调整发动机的飞行姿态使承载面呈现正负交替的过载以及增加发动机自身旋转动作。     

国外大型固体火箭发动机燃烧室壳体复合材料的应用及有关思考

论述了复合材料的性能特点,简要介绍了国外大型固体火箭发动机燃烧室壳体复合材料的应用状况,提出了发展我国燃烧室壳体复合材料的意义以及方向的见解.     

固体火箭冲压发动机壳体焊接技术

冲压发动机壳体各部件的加工和装配精度、工作中发动机突出的非对称性结构的气动力载荷和整体式燃烧室较高的工作压强等,都对冲压发动机壳体的焊缝质量、焊接接头的力学性能、壳体的尺寸精度和所用材料的性能等技术指标提出了更高的要求。     

固体火箭发动机燃烧室的概率设计

本文从概率出发,概括了概率工程设计方法。分别确定了燃烧室壳体,绝热层,药柱的失效模型与传递函数。利用计量型的基本方法计算出均值与方差,进行了可靠性设计。文中还讨论了可靠性优化问题。     

双脉冲固体发动机燃烧室EPDM绝热层烧蚀性能实验研究

双脉冲发动机工作时燃烧室内部热环境复杂,对内绝热层设计提出很高要求,但对双脉冲发动机燃烧室内EPDM绝热层的烧蚀性能研究较少。为此,本文提出了工作时间为15s和两次点火工作时间为7.5s+7.5s的发动机实验方案,以研究双脉冲固体发动机燃烧室内EPDM绝热层的烧蚀性能。采用SEM电镜扫描、微米CT测试分析获得了烧蚀试件的表面宏观形貌、炭化层表面和断面微观形貌以及炭化层三维构型;利用测厚仪测量结果计算了试件的烧蚀率。结果表明,在总工作时间相等的情况下,双脉冲发动机中EPDM绝热层的烧蚀率比传统发动机大;与传统发动机中单次热冲击下烧蚀后试件相比,双脉冲发动机二次热冲击下烧蚀后试件的炭化层厚度减小约50%,总体孔隙率增大约13%;烧蚀表面致密层的致密程度也有所减小。双脉冲发动机工作时,EPDM绝热层的烧蚀性能在二次热冲击下发生较大变化,需在燃烧室内绝热层的设计过程中予以重视。     

整体式液体冲压发动机

整体式冲压发动机是将固体助推火箭与巡航用液体燃料冲压发动机组合成为一个整体的新型动力装置,它是超声速、小体积、中远程导弹动力系统的最佳选择.整体式冲压发动机的出现将冲压发动机的应用推向一个新阶段,引起世界各国的广泛重视.近几年我国在整体式冲压发动机很多关键技术的研究上有所突破.液体冲压发动机和助推火箭共用一个燃烧室,使燃烧室中无法安装专门的机械式火焰稳定器和空气冷却衬筒,这为解决燃烧室的点火起动问题、振动问题及热防护问题带来了很大的困难.试验表明:冲压发动机的点火起动问题有多种解决方案,其中火焰稳定性准则的满足是点火起动的重要条件;燃烧室的进口流场,燃油浓度分布等对振动有很大的影响;计算表明,冲压发动机在飞行状态时,流经燃烧室壳体外表面的高速气流的冷却作用可大大降低燃烧室壳体的温度,在相同的冷却效果下,可降低对热防护层的要求.     

大直径薄壁燃烧室壳体热处理变形研究

对30CrMnSiA钢大直径薄壁燃烧室壳体热处理变形规律进行了研究。结果表明：燃烧室壳体的直径和长度变化主要受热应力和组织应力影响，且组织应力的作用大于热应力，导致热处理后直径缩小，长度在一定范围变化。燃烧室壳体椭圆度及母线直线度主要受吊装方式、壳体焊接质量、油冷时壳体入油速度等工艺方法影响，采取专用工装，可以校正燃烧室壳体椭圆度及母线直线度。     

J210-8绝热层的研制及其应用

针对某型号固体火箭发动机的防热要求,采用芳纶纤维、卤锑阻燃体系研制了新三元乙丙橡胶绝热层,配方中加入不饱和羧酸金属盐和某烷基酚醛树脂,拉伸强度和断裂伸长率分别提高了3MPa和200%。同时采用纳米陶瓷粉体提高了碳层的致密性,线烧蚀率由原来的0.12~0.14mm/s,降为0.086~0.12mm/s,最终研制的J210-8绝热层已成功应用于30s固体火箭发动机的燃烧室防热中。     

某典型振动条件下发动机点火试验研究

以某飞行器主动段飞行故障中屡屡出现低频振动现象为背景,通过设计振动点火试验台,模拟空中飞行的振动环境,进行了低频振动条件下的发动机点火试验,研究了该低频振动对固体发动机药柱结构完整性、发动机内弹道性能以及燃烧室内绝热层烧蚀性能等的影响,研究结果初步证明,飞行过程中出现的低频振动不破坏发动机药柱的结构完整性,对发动机主要内弹道性能也不产生较大影响,但对振动方向上的推进剂燃速与绝热层的烧蚀率产生一定影响。该项研究可为相关的工程问题提供依据。     

一种固体火箭发动机的设计优化与参数分析

本文提出了一种用于小型单室双推固体火箭发动机初步设计阶段的参数优化与参数分析法.寻优过程以铝粉含量、初始J值、燃烧室压力、壳体直径和喷管喉径为设计变量,用外点惩罚函数法结合模矢法进行有约束寻优.计算结果表明,最优点对应的铝粉含量较低,燃烧室压力较小,壳体直径较大而初始J值适中;设计变量中,对目标函数(发动机总质量)影响最敏感的是燃烧室压力,最不敏感的是喉径与推进剂的铝粉含量.     

耐烧蚀、低密度三元乙丙橡胶绝热层的研制

采用过氧化物硫化体系，芳纶纤维和耐烧蚀树脂作为耐烧蚀填料，阻燃剂为无卤的含磷阻燃剂，并通过L9(3^3)正交实验确定了含磷阻燃剂、耐烧蚀树脂、气相二氧化硅的最佳用量分别为25份、15份、15份。确定最佳配方和工艺生产出的三元乙丙橡胶绝热层密度为1．06—1．07g／cm^3，线烧蚀率为0.099mm／s，质量烧蚀率为0．043g／s，满足了某固体火箭发动机燃烧室内壁绝热层的技术要求。     

固体火箭发动机缠绕玻璃钢燃烧室壳体的研究

我们在1977年至1981年研制了用于地空型号战术火箭发动机缠绕玻璃钢燃烧室壳体。壳体本身是压力容器,经水压强度试验,静力加载试验,高、低、常温装药地面静止试验考核,证明壳体结构设计合理,性能良好,工作可靠。     

薄壁发动机壳体加工及热处理中的新工艺

以固体火箭发动机燃烧室壳体为例，介绍一种以提高加工精度、材料的强度和韧性为目标，在加工、焊接、热处理中的几种新工艺。并论述了该工艺的原理及使用原则，实践证明，这种新工艺是有效的。     

冲压发动机燃烧室壳体静热试验局部失稳变形分析

对静热试验中某发动机燃烧室壳体的局部失稳变形的试验现象进行了描述,为探究其失稳变形产生的机理,对试验测得的温度数据和应力数据进行了分析,并对静热联合作用下的应力分布进行了有限元的计算,找到了引起静热联合试验中燃烧室壳体产生局部失稳变形的主要原因,并给出了解决该类问题的几点建议。