5-Ⅱ材料的热物理性能及热解数值模拟

测试了5-Ⅱ材料的热物理性能,获得了温度相关的比热容和热导率参数;研究了该材料的分解数学模型,通过热失重实验,获得了热解反应温度和热解动力学参数;通过对ABAQUS软件二次开发进行了某长时间工作喉衬背壁的热解数值模拟。结果表明,5-Ⅱ材料热解过程主要发生在280~925℃之间,尤其在510~650℃范围内热解速度最快,其活化能约为99.9 k J/mol,指前因子为122.7×106/s;常温至1 000℃,5-Ⅱ材料的热导率和比热随温度呈"W"型变化;背壁热解数值模拟结果和试验结果较吻合。     

C/C复合材料高温热物理性能实验研究

实验研究了烧蚀防热C／C复合材料从常温到高温的等效热膨胀系数、热扩散率、比热随温度的变化情况，并计算了材料不同温度下的热导率与抗热应力系数。结果表明：材料的热膨胀系数很小，接近零膨胀。热扩散率随温度升高而下降，比热随温度升高近似比例增加，而热导率随温度的变化规律与热扩散率相似。材料的抗热应力系数随温度的升高变化不大，抗热震性能稳定。     

导热脂低温热导率的测试研究

导热脂的低温热导率是研究宇航用导热脂的重要参数,“瞬态热线法”是常用的测量方法之一,但受使用条件限制,实际应用中容易产生较大误差。本文提出采用改进的“瞬态热线法”即对标准流体与试样进行测量比对的方法,用于导热脂低温热导率的测量,减小了测试方法的系统误差,因而保证了测量的相对误差小于6％。在测量装置上,采用廉价的康铜丝取代了传统使用的铂丝,设计采用了容易进行拆洗的低温试验装置。文章讨论了影响导热脂低温热导率的因素。提出测量加热时间要在2 s～3 s之内以防止对流,分析了比对状态的误差影响,并给出了两种导热脂低温热导率与温度关系曲线。分析表明本文提出的试验方法可以满足宇航用导热脂研究的需求
     

常温自硬树脂砂在铝合金铸造上的应用

本文为三二六七厂铝合金铸造常温自硬树脂砂应用试验的总结。文章阐述了在所在地区气候条件下呋喃系自硬树脂砂的工艺性能及其试验情况,介绍了对工艺性能影响较大的诸因素的试验和参数的选择。文章还以铸件实例列举了铝合金常温自硬树脂砂的工艺参数、特点和经济效果。     

细编穿刺C/C复合材料热导率数值模拟

根据细编穿刺复合材料的细观和微观结构,分别建立了纤维束和细编穿刺单胞有限元模型。采用周期性非绝热温度边界条件,计算了纤维束和材料整体的等效热导率。计算结果与经验公式比较,具有高度的一致性。在此基础上,进一步研究了纤维体积分数、基体和纤维热导率对材料热导率的影响。结果表明,随着纤维含量的增加,材料两个方向热导率均有不同程度的下降,且差异逐渐减小,且基体对热导率影响作用较大。文中采用的模型和周期性边界条件与理论预期符合较好,为材料热学和热力耦合问题的分析提供了有用参考。     

多层隔热材料热物性参数工程计算方法

有效发射率、有效太阳吸收比和当量热导率等多层隔热材料热物性参数的正确确定是进行航天器热分析和热设计的基础。对多层隔热材料的这些热物性参数的工程计算方法进行了介绍,通过计算分析获得了不同条件下这些热物性参数的定量值,可为航天器热控设计提供参考。     

M55J碳纤维/氰酸酯复合材料X、Y方向低温热导率的测试研究

碳纤维/氰酸酯复合材料是目前广泛在航天器应用的新型材料.该材料在X、Y方向的低温热导率是设计、使用的重要参考依据.目前一些测量方法不能表征材料传热特性,本文提出采用传统的一维稳态热流法.以M55J碳纤维/氰酸酯复合材料为例,对X、Y方向的低温热导率进行了测试、分析.在试验分析的基础上,采用单层板热导率测量数据,用分析模型计算了M55J碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率并与测量数据进行了比对,两者最大偏差在18%之内,说明与从计算单层板的热导率开始的方法相比较,采用这种计算方法较简单准确.文章分析表明,碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率可以通过铺层设计改变,以减少材料设计的盲目性,满足航天器的特殊需求.     

金刚石纳米薄膜法向热导率的分子动力学模拟

结合卫星“微型核”的特点，用分子动力学模拟的方法研究了金刚石晶体的热导率与其厚度和温度的依变关系。采用平衡分子动力学的方法（EMD）模拟了晶向（001）的金刚石纳米薄膜法向热导率；采用非平衡分子动力学（NEMD）方法模拟了晶向（111）的金刚石法向热导率。模拟的结果表明：金刚石纳米薄膜的法向热导率显著小于对应大体积晶体的实验值，并随着厚度的增加而增加；在模拟范围内法向热导率与薄膜厚度呈近似线性关系；薄膜热导率在模拟厚度为2．05334nm时随着温度的增加而增加；在模拟厚度为2．874676nm时，则随着温度的增加而下降。     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。     

梯度功能材料物性参数的推定方法

分析和评价了现有的估算梯度功能材料(FGM)物性参数的几种方法，提出了实测法和复合法则法相结合估算FGM物性参数的方法——参数修正法，以及根据若干实测点推定物性参数的方法。用这些方法对新研制的碳陶梯度功能材料C／C／Al2O3，的热导率和比热容进行了分析计算，并通过比较计算结果，找出了实用性和可操作性较强的方法。     

固体推进剂燃气的粘度、定压比热容、热导率和音速研究

为获得不同固体推进剂工作燃气的粘度(η)、定压比热容(c_p)、热导率(λ)和音速(a)参数,补充现有数据不足,为其作为导弹和航天运载器等工程应用提供技术支持,采用最小吉布斯自由能法,对五种推进剂在900～3500 K温度范围和5～15 MPa压力范围内的粘度、定压比热容、热导率和音速进行了研究,并拟合出计算方程。不同推进剂的粘度和定压比热容的相对拟合偏差基本在±2%以内,热导率和音速最大的相对拟合偏差基本在±4%以内。研究结果表明,根据计算模型所获得的结果比较准确可靠,并且能够满足工程应用的精度要求,因而所获得的计算方程可为固体推进剂的工程应用提供基础热物性数据。     

基于马尔克夫灰色残差GM(1,1)模型的HTPB推进剂贮存寿命预估

针对Arrhenius方程将活化能假设与温度无关的常数,给HTPB(端羟基聚丁二烯)推进剂寿命预估引入了误差的问题,提出了基于马尔克夫灰色残差GM(1,1)模型的寿命预估方法。对HTPB推进剂进行了高温加速寿命试验,以最大延伸率作为性能变化表征参数,根据老化反应速率常数随温度的变化关系,建立了马尔克夫灰色残差GM(1,1)模型,对常温条件下推进剂的老化反应速率常数进行了预测,并预估了HTPB推进剂在常温条件下的贮存寿命为11.74 a。     

C-C扩张段材料性能设计

在相同的喷管结构中,通过正交试验和喷管结构有限元热应力分析,获得径向弹性模量、母线方向(环向)弹性模量、径向热导率、母线方向(环向)热导率、径向热膨胀系数、母线方向(环向)热膨胀系数、密度和比定压热容等八因素三水平情况下的母线方向拉应力极值、环向压应力极值和层间剪切应力极值。通过极差分析,初步获得优化的材料参数设计方案,然后对试验结果进行方差分析,得出母线方向弹性模量、径向热导率和母线方向热膨胀系数这3个因素是非常显著的;结合喷管扩张段C/C复合材料的应用环境和工艺条件,得出最终的材料优化设计方案,并进行有限元热应力分析,发现应力极值都远小于现有针刺C/C复合材料的许用应力。     

铝蜂窝复合材料X,Y方向低温有效热导率的测试与研究

本文概述了铝蜂窝复合材料在x、y方向低温有效热导率的测试方法,给出部分测试结果。对试样的低温有效热导率给出了计算模型,并讨论、分析了测试计算结果。     

GXTI-1微纳米微粒高效隔热复合材料的性能

设计正交试验,按照正交配比将A、B、C三种隔热功能填料与基体材料进行混合,制得高效隔热复合材料,测试了热性能以及力学性能,优选出最佳配比,分析了隔热机理。结果表明,隔热功能填料能有效地降低材料的热导率,当A、B、C的添加量分别为3%、5%和20%时,材料的热导率为0.056 W/(m·K),相比纯基体降低了69.6%(纯基体的热导率为0.184 W/(m·K)),隔热性能达到最佳。此外,材料的热稳定性也得到了提高,热分解温度达到508℃,相比纯基体提高了32℃。材料的力学性能下降,拉伸强度与撕裂强度分别为1.712 MPa和13.219 N/mm。另外,通过DSC测得高效隔热复合材料与CL-20炸药的相容性良好。     

聚醚推进剂吸湿特性研究

以聚醚推进剂为研究对象,进行了常温、不同相对湿度条件下的吸湿试验,得到了聚醚推进剂吸湿的规律,建立了以平衡含湿率作为表征聚醚推进剂吸湿特性特征参数的数学模型。结果表明,配方、工艺固定后,聚醚推进剂平衡含湿率与推进剂的初始含湿率无关,是材料自身的吸湿特性参数,主要取决于环境相对湿度。初始含湿率高可导致聚醚推进剂力学性能下降。同时,利用平衡含湿率参数,研究了常温下水分在聚醚推进剂中的扩散,得到了扩散系数的修正模型,发现依据平衡含湿率参数计算的扩散系数是与相对湿度无关的常数。     

火星气囊气体发生器充气过程稳压仿真研究

文章对低温和常温环境下的气囊稳压充气过程的参数进行了仿真计算。主要分析计算了气囊内外壁的对流换热、囊内气体与囊壁间辐射以及水蒸气液化等传热方式的传热量。同时,计算了在不同环境温度下,气囊内气体温度、充气质量以及充气质量流率随时间的变化关系。分析结果可以为工程研制提供参考和数据支持。     

芳氧基聚磷腈绝热包覆材料的性能表征

针对固体火箭发动机对绝热包覆材料性能要求,制备了芳氧基聚磷腈绝热包覆材料。利用热导率测定仪、动态热机械仪、SEM及国军标规定的测试方法对芳氧基聚磷腈的热导率、线膨胀系数、烧蚀后碳层结构、密度、线烧蚀率及与推进剂的相容性等进行了表征。结果表明,芳氧基聚磷腈的热导率为0.187 W/(m·K)、线膨胀系数为2.31×10-4℃-1、密度为1.196 g/cm3、线烧蚀率为0.109 mm/s,而且烧蚀后成碳率高、碳层坚硬,同时该材料与推进剂具有良好的相容性。芳氧基聚磷腈优异的物理性能及抗烧蚀性能,证明其可作为火箭发动机绝热包覆材料并显示出良好的应用前景。     

芳氧基聚磷腈绝热包覆材料的性能表征

针对固体火箭发动机对绝热包覆材料性能要求,制备了芳氧基聚磷腈绝热包覆材料。利用热导率测定仪、动态热机械仪、SEM以及国军标规定的测试方法对芳氧基聚磷腈的热导率、线膨胀系数、烧蚀后碳层结构、密度、线烧蚀率以及与推进剂的相容性等进行了表征。结果表明,芳氧基聚磷腈的热导率为0.187 W/(m·K)、线膨胀系数为2.31×10-4、密度为1.196 g/cm3、线烧蚀率为0.109 mm/s,而且烧蚀后成碳率高、碳层坚硬,同时该材料与推进剂具有良好的相容性。芳氧基聚磷腈优异的物理性能及抗烧蚀性能,证明其可作为火箭发动机绝热包覆材料,并显示出良好的应用前景。     

PBT弹性体力学性能及低温脆性研究

采用一步法制备了热固性3,3-双(叠氮甲基)环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚(PBT)弹性体,并对其氢键结构、应力-应变关系和动态力学性能及低温脆性进行了研究。结果表明,合成的PBT弹性体拉伸强度和断裂伸长率在DEG羟基含量为35%、R=0.97时,可达2.51 MPa和1 274%,玻璃化温度为-34.5℃。高DEG含量的PBT弹性体脆化参数较低,与常温力学性能变化规律相反。因此,引入低温脆化参数,对PBT弹性体的性能优化具有积极意义。