固体发动机复合材料壳体密封隔热涂层研究和应用

研制了以室温硫化硅橡胶为基料并进行了改性的固体火箭发动机密封用隔热涂层。其性能满足工作压强４０－５０ＭＰａ，燃烧温度３０００－３５００℃，飞行过载６０００ｇ的工作条件下的某发动机要求，已得到成功应用。     

运载火箭柔性防热材料隔热性能的试验研究

为获知运载火箭二级飞行段尾舱用柔性热防护材料的隔热性能,设计了热真空试验方案,采用石英灯加热器模拟辐射热源,在真空罐内开展了辐射热环境下材料隔热性能的试验研究,得到防热材料内外表层温度测点在20 kW/m2热流下保持800 s时间的试验数据;分析不同材料(组合)的隔热性能及其差异产生的原因,给出辐射热环境下热防护结构的选材建议。在本试验工况下,2层玻璃纤维带+2层硅橡胶布+2层镀铝薄膜的组合可使其内部温度降低到192℃,低于电缆正常工作上限(200℃),满足防热要求。试验结果可为今后的运载火箭在大气层飞行段内的防热设计提供参考。     

热防护系统多层隔热结构传热分析及性能研究

由外部高温合金壳板及内部多层隔热结构组成的金属热防护系统被认为将在未来重复使用运载器上大面积采用。分析了多层隔热结构内导热与辐射的复合换热问题。采用二热流近似方法分析了纤维席内的辐射热流。分析了多孔介质纤维席内气体、固体有效导热系数。并应用有限差分法建立了多层隔热结构瞬态传热数值分析模型。反射屏层数、发射率及纤维席厚度、密度是多层隔热结构重要的设计参数。详细的分析了这些参数对多层隔热结构隔热性能的影响，总结了提高多层隔热结构隔热性能的方法。     

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。     

固体发动机用隔热涂料增强改性研究

为了提高固体发动机用隔热涂料的强度,在对隔热涂料特性分析的基础上,分别采用3,3-二氯-4,4-二胺基二苯基甲烷(MOCA)与端异氰酸酯基聚丁二烯(ITPB)预聚和环氧树脂与ITPB预聚2种方法对原有涂料进行了增强改性,并分析了溶剂对涂料强度的影响。结果表明,隔热涂料的固化反应主要是ITPB的异氰酸酯基与MOCA的氨基发生一级反应形成线性高分子,高分子中的硬段和软段在固化过程发生相分离现象使涂料具有良好的韧性和一定的强度。采用2种预聚方法均能提高隔热涂料的强度,同时,适当增加二甲苯含量也有利于提高隔热涂料的强度。     

大推力发动机高温隔热屏设计及优化研究

以卫星用大推力发动机高温隔热屏为研究对象,根据传热机理建立了其瞬态传热模型。对不同边界温度条件下高温隔热屏的瞬态传热过程进行数值仿真,且经对比,仿真计算出的隔热屏温度值与试验结果吻合良好,验证了模型的准确性和适用性。利用该模型设计了某卫星高温隔热屏,并分析了隔热屏覆盖层发射率、反射屏发射率、比热容等对隔热屏瞬态隔热性能的影响。研究结果为隔热屏的设计和优化提供了依据。     

SiO2气凝胶隔热透波复合材料的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法,以三甲基氯硅烷为改性剂,经表面疏水改性处理和CO2超临界干燥,制备了莫来石纤维增强Si O2气凝胶隔热透波复合材料。并研究了气凝胶复合材料的疏水性能、力学性能、隔热性能及介电性能,结果表明:制备的莫来石纤维增强Si O2气凝胶复合材料具有良好的疏水性能、力学性能、隔热性能和介电性能,是一种性能良好的隔热透波一体化材料。     

低空环境中多层隔热组件的破坏机理研究及防护

不同于国内外航天器110km以上高度的常规抛罩,设定卫星在67km低空环境下抛罩,针对此情况下主动段气流对星外多层隔热组件的破坏机理进行研究。多层隔热组件的破坏是剪切力和材料鼓胀力的综合作用。通过理论分析和风洞冲刷试验,确定了星外多层隔热组件的防护方案,并且已经经过在轨飞行试验的验证。     

钨丝网隔热栅在大型固体发动机接头上的应用

航天飞机固体助推器壳体接头改进设计期间,进行了多种方案比较,其中一种设计允许燃气直接加压于主密封圈,理想情况是燃气在密封圈前滞止,对密封圈加热较小,然而燃气的质量守恒和能量守恒分析表明,这使燃气在接头间隙内会形成环流,对密封圈有极大的热破坏。为改进这种方案,增加了隔热栅装置,以降低接头内燃气的流动和传热。实验表明,钨丝网隔热栅不仅可降低燃气的流速和温度,而且可阻挡一部分推进剂燃烧产生的灰渣。     

1700℃高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。