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。     

固体火箭发动机燃烧室界面脱粘的声振检测

为实现战术固体火箭发动机绝热层／推进剂界面分离型脱粘的检测，针对超声谐振法进行了理论分析与检测试验，通过对试验结果的分析，确证了采用该方法能够实现绝热层／推进剂界面分离型脱粘的检测，并对这一方法中影响检测结果的因素进行了讨论，提出了完善检测方法的建议。     

固体火箭发动机橡胶绝热层粘接分析

介绍固体火箭发动机金属壳体、绝热层、胶粘剂表面特征,并对其各界面粘接问题进行分析。阐明绝热层配方设计与界面粘接关系。确定胶粘剂研制、选用原则,分析界面脱粘类型及原因。控制工艺要点、降低界面缺陷,提高粘接性能,以满足发动机装药结构完整性和使用可靠性的要求。     

浇铸火箭发动机推进剂固化升温时间估算

对浇注火箭固体推进剂,药浆固化升温是一个不稳定的传热过程。发动机尺寸愈大,固化升温时间愈长。本文用有限差分法计算传热时间,根据实验获得药浆固化时的热性质参数和温度之间的函数关系;并计算得到发动机尺寸、升温时间与温度变化的关系。     

两相环境下EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估

为保证发动机能在恶劣的环境中运行,在绝热层的设计中,绝热层的厚度将直接影响着发动机结构的稳定性,而绝热层的烧蚀预估对于绝热层厚度的合理设计非常重要。为解决固体火箭发动机三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层烧蚀性能工程预估问题,结合固体火箭发动机内两相流动的环境特点,以热化学烧蚀三方程模型和扩散化学动力学双控制机制为基本数学模型,以炭化层表面孔隙率为耦合参数,并综合考虑气流和粒子的侵蚀效应,建立了绝热层多因素耦合烧蚀模型的控制方程。通过对控制方程的隐式求解和对绝热层温度分布以及烧蚀线、炭化线、热解线位置的综合分析,获得了两相环境下EPDM绝热层的理论炭化烧蚀率。所得烧蚀率与实验结果对比,误差小于10%,表明给出的烧蚀预估方法可用于固体火箭发动机两相环境下EPDM绝热层烧蚀工程分析。     

固体火箭发动机壳体/绝热层界面缺陷的声-超声检测

为了对固体火箭发动机钢壳体/绝热层界面缺陷进行有效检测,基于HSD4超声波发射/接收卡,构建了声-超声实验系统.对具有圆底孔和脱粘缺陷的钢壳体/绝热层试件进行了检测,检测信号分别采用了权振铃应力波因子方法和驻波共振模型进行分析.实验实现了对缺陷的有效检出,并可对圆底孔缺陷大小作定性评估和脱粘缺陷的定位.实验结果表明,声-超声实验系统对界面缺陷的检测是有效的.     

内绝热层的炭化厚度和设计厚度计算

根据内绝热层在固体火箭发动机中的作用,对其提出了若干要求;根据内绝热层的烧蚀机理,推导出内绝热层炭优厚度计算公式;根据燃烧室壳体对热防护的要求,给出了确定内绝热层设计厚度的方法。     

喷管粘结

固体火箭发动机的喷管一般是由金属壳体与抗烧蚀的绝热层组成。其组合方法目前多用粘结法。在某型号发动机的研制过程中发现,加压方式对粘结质量有很大的影响,尤其是扩散段绝热层在采用锥体形固化夹具夹持并粘结后,当分解夹具时往往能听到撕裂声,但难于判断脱粘面的位置和大小。经分析,脱粘是由于扩散段绝热层在夹持、粘结中与锥体形夹具内胎及喷管壳体扩散段之间相互作用而产生径向胀形所致。根据这个分析,取消内锥面加压改为由端面加压的方式。实践证明:采用此项工艺技术措施后,可确保粘结组件的质量。     

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。     

固体火箭发动机的超声波探伤

本文评述了超声波探伤技术检测固体推进剂火箭发动机最严重的缺陷之一:壳体—包复层和包复层—推进剂间脱粘的能力。它报道了目前工厂使用的超声波脉冲多重反射法对于检查壳体—包复层脱粘是最有效的方法,但是在检查包复层—推进剂间脱粘方面不是很有效的。我们用发动机样品实验的结果表明:如果使用连续的不同频率的信号源和在干涉情况下分析反射波频谱,则脉冲多重反射法不仅能够检查壳作—包复层间的脱粘而且也能检查包复层—药柱间的脱粘。     

高重复频率DPL激光辐照光学薄膜元件温升规律实验研究

光学薄膜是激光系统中最易损坏的薄弱环节。在高重复频率脉冲激光辐照下光学薄膜表面温度急剧上升,导致膜层应力、结构发生变化,最后出现宏观的灾难性损伤。文章采用红外热像仪实时测量了重复频率10 kHz 的DPL脉冲激光辐照下光学薄膜元件表面激光辐照中心点的温度变化,分析了影响薄膜元件温度变化的众多因素。结果表明,采用热导率较大的材料作基板的薄膜样品表面的温升较低;基板厚度越大的薄膜样品表面温升越低;薄膜表面激光辐照中心点的温度与样品的吸收峰值功率密度呈线性关系。     

Nondestructive testing of honeycomb structures by computerized,thermographic systems

Complex honeycomb space structures (i.e. antennas, solar panels, etc.) must be inspected and accurately tested before flight.The thermography can be employed with success for the detection of the position of defects (delaminations, noneffective bondings, cracks, etc.) and for the evaluation of their size and geometry in all the cases in which the defect acts as a thermal resistance due to the low conductivity of the air filling the defect volume.The basic idea is to create in the specimen a heat flow distribution that is altered by the presence of the defect.The surface temperature distribution is then measured by means of a thermograph and is correlated with the presence of the defect.A numerical analysis and preliminary experiments have been carried out which show the feasibility of the method as applied to honeycomb structures.     

钛合金导管的涡流检测

通过对大批量的钛合金管材进行涡流检测,从涡流检测原理以及影响因素等方面分析了缺陷信号、噪声信号的产生以及差异,通过多次调试试验得到了各种规格管材的检测参数,其中对检测结果影响比较大的频率、增益进行了多次对比试验,得到了最佳参数范围,为管材的可靠性判断提供了依据.     

对接机构真空热试验外热流模拟方案研究

根据对接机构的结构特点和真空热试验要求,提出了红外笼、电加热片,以及红外笼+加热片组合3种对接机构外热流模拟方案.仿真计算了在真空罐模拟环境中各方案对接机构构件的稳态温度分布,并与轨道环境进行了比较.确定了最大温差构件.结果表明:红外笼方案较简单,适于正样飞行产品;电加热片和红外茏+加热片方案的地面模拟准确性较佳,适于初样地面产品试验.     

透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验

对透镜式截面四层铺设薄壁碳纤维增强塑料(CFRP)管空间伸展臂进行轴压载荷试验,得到轴压临界屈曲载荷及屈曲特性。利用有限元模型进行线性特征值屈曲分析,并引入屈曲模态形式作为初始几何缺陷进行非线性屈曲分析,得到轴压下屈曲临界载荷及非线性屈曲特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明初始几何缺陷对CFRP管轴压临界载荷影响较大,给CFRP管加入适当的几何缺陷可更有效模拟实际非完善体的屈曲载荷。进而对其材料厚度、层数和铺设角度进行参数分析,得到各参数对轴压临界载荷的影响程度及敏感性,本文对透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂的设计和深入研究具有重要参考价值。     

模拟固冲条件下绝热材料烧蚀实验及影响规律研究

在已有的富氧条件下绝热材料烧蚀系统的基础上,提取了典型固冲发动机补燃室内绝热材料的烧蚀边界参数,改进了实验系统的工作参数调节范围,针对3种不同配方的硅橡胶绝热材料进行了筛选,并对影响规律进行研究.实验分别获得了3种材料的最大炭化烧蚀率,筛选出了抗烧蚀能力较强的绝热材料.研究结果表明,在此实验条件下,3种材料的烧蚀率由压...     

薄膜二次表面镜热控涂层的辐射物性分析

认识热控涂层的热辐射物性对航天器热控制设计具有重要指导作用。文章根据薄膜二次表面镜涂层的吸收与反射过程分析,建立模型方程,结合已有的太阳吸收比、红外发射率等表观数据,采用非线性参数最小二乘法获得了薄膜材料的吸收系数和反射率等辐射物性,并分析了厚度对热控涂层太阳吸收比和红外发射率的影响。研究结果表明,聚酰亚胺薄膜对太阳光的表面反射率为0.571,吸收系数为19.343 mm-1,对红外辐射的表面反射率为0.227,吸收系数为39.615mm-1;F46薄膜对太阳光的表面反射率为0.744,吸收系数为0.757mm-1,对红外辐射的表面反射率为0.111,吸收系数为9.240mm-1。     

外热流模拟对象在线辨识方法比较分析

用红外加热笼进行航天器外热流模拟时,要获得热流、温度的优良控制品质,前提是需要准确辨识被控对象模型。文章选取两次航天器热真空试验、多个回路实际测量数据,通过比较常见的3种辨识方法的辨识效果,认为相对于其它两种辨识方法,近似极大似然递推算法具有抗干扰能力强、适应不同噪声环境、参数稳定收敛等优点。     

Experimental and theoretical extinction of solid rocket propellants by fast depressurization

Dynamic burning of solid rocket propellants following fast depressurization of the combustion chamber was studied experimentally. Extinction boundaries were constructed for different sets of values of the controlling parameters (such as initial pressure, final pressure and depressurization rate). Most experimental results were collected by testing a nonmetallized, ammonium perchlorate based, composite propellant (AP83/CTPB16/Al₂O₃). Experimental results show that, for a given final pressure, an extinction boundary in terms of maximum depressurization rate vs initial pressure can be constructed by go/no-go testing. The objective was to check experimentally the analytical predictions of dynamic extinction boundaries obtained by this research group for finite size disturbances. A good agreement was found between analytical, numerical, and experimental results.