国外EPDM老化性能简介

三元乙丙(EPDM)绝热烧蚀材料是一种新型的柔性绝热烧蚀材料,它在固体火箭发动机上正在获得越来越多的应用.它可用作火箭发动机燃烧室内绝热层,也可用作火箭发动机喷管收敛段及火箭的外绝热层.老化性能是材料的主要性能指标之一.它决定材料使用寿命及使用这种材料的产品寿命.固体推进火箭发动机对绝热烧蚀材料提出了相当高的要求,为使三元乙丙柔性绝热烧蚀材料在固体火箭发动机上获得广泛的应用,有必要对EPDM的老化性能有一个充分的认识.本文基于这个目的,对国外在EPDM胶料的老化、固化体系的影响;卤素有机化合物、抗氧剂的影响;以及火箭发动机用绝热层的老化等方面的研究作简要介绍,以提高我们对EPDM柔性绝热烧蚀材料老化性能的了解.     

新型的橡胶型绝热烧蚀材料—EPDM

从70年代中后期开始,欧美各国在大多数固体火箭发动机上采用了EPDM(三元乙丙)作绝热层,国内某些发动机研制单位也自80年代开始研制和应用。本文从原材料、配方、工艺、物理性能、烧蚀性能及在发动机中的应用等方面对EPDM这种新型的橡胶型绝热烧蚀材料作了综述。     

EPDM 绝热层的热化学烧蚀机理

介绍了固体火箭冲压发动机EPDM绝热层的烧蚀过程及模型,在忽略粒子侵蚀和机械剥蚀的基础上,分析了EPDM炭化层表面的主要热化学烧蚀反应及烧蚀产物的确定方法,提出了炭化层烧蚀率的粗略预示方法,对EPDM绝热层的热化学烧蚀机理进行了初步探索。     

三元乙丙橡胶绝热层在固体火箭发动机中的应用

从研制固体火箭发动机三元乙丙橡胶绝热层的实际情况出发,围绕三元乙丙橡胶绝热层的关键技术烧蚀和粘接性能的提高,着重分析了绝热层配方组分、粘贴工艺特点、烧蚀性能评价体系,提出了目前国内三元乙丙橡胶绝热层存在的问题及其发展方向.     

固体火箭发动机多层粘接结构超声图像诊断

针对固体火箭发动机的钢壳、绝热层、衬层、推进剂多层粘接结构的粘接质量检测问题,利用聚焦探头采用斜声束液浸反射回波法,选用往返透射率高的板波模式,特别是采用了双模式检测技术以提高检测信号能量,获得有效检测信号,并开发出了检测系统。通过一次C扫描获得了双层包覆三个界面粘接质量诊断图像,其脱粘检测分辨率≤Φ5 mm。采用聚集探头双模式检测技术实现了固体火箭发动机多层粘接结构超声图像诊断。     

考虑界面损伤的立式贮存药柱结构完整性研究

为了进一步结合实际分析固体火箭发动机药柱在立式贮存条件下的结构完整性，考虑推进剂/衬层界面损伤模式在复杂应力条件下具有多样性。以某型固体火箭发动机为例，与常规将衬层设置为粘接单元相比，模型在推进剂与绝热层之间设置粘接接触。对固体火箭发动机在立式贮存环境时经历固化降温、充气内压和重力载荷联合作用下有无界面损伤时的发动机进行仿真分析。结果表明:界面损伤的存在导致推进剂/绝热层界面这个薄弱环节更危险；该型固体火箭发动机药柱在充气内压增大过程中在人工脱粘层根部部位应力呈先增大后减小趋势；在充气内压达到0.085MPa之前，推进剂与绝热层之间考虑界面损伤时，推进剂在垂直于轴向的靠近人工脱粘层根部部分更容易损伤，之后则推进剂垂直于轴向的初始点更容易损伤。该结论可以为固体火箭发动机结构完整性精确仿真提供一定的指导。     

三元乙丙基纤维编织绝热材料的制备与性能研究

针对混炼型绝热材料耐烧蚀性能较差的问题,采用编织碳纤维作为耐烧蚀骨架,改性三元乙丙橡胶(EPDM)作为基体,制备了三元乙丙基编织绝热材料。研究表明,增粘剂HY-207能够明显提高三元乙丙混炼胶的粘接强度,添加量为5%时,粘接强度提高39.25%;苯并噁嗪添加量为20%时,三元乙丙混炼胶的综合性能最好;疏水二氧化硅对三元乙丙胶液粘度影响最低,且制备的纤维编织绝热材料氧-乙炔烧蚀性能最优,氧-乙炔线烧蚀率为0.025 mm/s;三元乙丙纤维编织绝热材料与三元乙丙绝热层粘接强度为1.95 MPa。本研究能够减少发动机燃烧室消极质量,提高固体火箭发动机性能。     

大长细比固体火箭发动机绝热层气囊粘贴技术研究

本文着重介绍绝热层气囊粘贴技术及其固体火箭发动机绝热层粘贴应用结果。该方法可有效地解决长细比大的固体火箭发动机绝热层整体粘贴问题。     

丁腈橡胶绝热层用粘接剂的研制

本文介绍了研制的一种用于丁腈橡胶绝热层的粘接剂—ZJ-3101粘接剂。它主要是由丁腈橡胶、酚醛树脂和配合剂或助剂所构成的。其中的MFA,能较大地提高粘接强度,着色剂则利于工人观察胶的涂布情况。ZJ-3101胶初粘性能好,产品性能稳定可靠,试验结果表明:ZJ-3101粘接剂对于固体火箭发动机钢壳体(30CrMnSiA钢、D6AE钢、钛合金)、以及铝镁合金或玻璃钢材质与丁腈橡胶绝热层的粘接均有良好的效果。     

无预固化衬层成型工艺对界面粘接强度的影响

采用钢/ 三元乙丙绝热层/ 衬层( K/ J/ B) 粘接试件和钢/ 三元乙丙绝热层/ 衬层/ 推进剂( K/ J/ B/ Y)矩形试件,对三元乙丙(EPDM)绝热层、无预固化衬层界面粘接强度进行测试,研究了EPDM 绝热层表面处 理工艺、衬层成型厚度以及衬层成型后装药间隔时间对界面粘接性能的影响。结果表明:无预固化衬层与表面 未处理的EPDM 绝热层粘接强度约1. 0 MPa,而EPDM 绝热层表面处理后,无预固化衬层与绝热层和推进剂界 面的粘接良好。无预固化衬层成型厚度为0. 3 ~0. 5 mm,界面粘接强度基本不变;衬层成型厚度增大到0. 7 mm,则界面粘接强度逐步增加。K/ J/ B/ Y 断裂面均在推进剂间,界面良好无异常;装药间隔时间从4 h 延长至 24 h,对K/ J/ B/ Y 粘接强度影响较小,无预固化衬层完全可以按照现行装药工艺进行装药。     

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。     

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。     

推进剂/包覆层界面脱粘率相关特性研究

固体火箭发动机(SRM)装药包覆界面性能对发动机安全工作意义重大。为研究改性双基(CMDB)推进剂/三元乙丙(EPDM)包覆层界面在不同受载速率下的脱粘情况,采用双悬臂梁(DCB)试件对包覆粘接界面进行了界面脱粘性能试验研究,获取了脱粘界面扩展过程中的加载点载荷-位移曲线。同时,构建了界面率相关内聚力模型(CZM),并采用Hooke_Jeeves优化算法反演识别出相关模型参数。通过对比多阶段加载实验及仿真结果曲线验证了模型的可靠性,结果表明,二者变化趋势基本一致,最大误差小于15%,所得结论对固体火箭发动机装药界面脱粘研究具有一定参考价值。     

固体火箭发动机绝热层温度场的有限元计算方法

利用有限元法计算了固体火箭发动机绝热层在移动边界条件下的二维温度场.采用碳化层-热解面-原始材料的二维碳化烧蚀模型;推导了将热解气体对流项作为源项的有限元计算方法;采用当量对流换热系数和当量热流的方法处理复杂边界条件.采用无限插值法获得移动边界条件下的三角形网格,提高了网格生成速度和网格质量.计算结果表明,利用有限元法计算固体火箭发动机绝热层的温度场收敛性和稳定性都较好.      

改善固体火箭发动机内绝热层抗冲刷性能研究进展

介绍了研究固体火箭发动机内绝热层抗冲刷性能的重要性，国内外改善绝热层抗烧蚀和抗冲刷性能的途径并提出今后的发展方向。     

轴向过载对固体火箭发动机前封头绝热层烧蚀的影响

研究了固体火箭发动机内绝热层在飞行速度条件下的炭化烧蚀特性。用烧蚀发动机的旋转实验装置上,对ＮＢＲ和ＥＰＤＭ绝热层试件进行了烧蚀实验。在加速度７０ｇ、压强５ＭＰａ、时间１０ｓ条件下,绝热层平均炭化烧蚀率增大系数小于１．７。实验结果可用为发动机绝热层设计的依据。     

固体火箭发动机内绝热层烧蚀率实验研究

根据固体火箭发动机内绝热层烧蚀环境,设计研制了一种绝热层烧蚀试验发动机。利用该发动机不仅可进行绝热材料配方筛选,而且通过调节压强、流速及冲刷角进行缩比发动机烧蚀模拟试验和各种烧蚀率影响因素分析。在大量实验研究的基础上,提出了一种能较精确测量绝热层烧蚀率的测试方法和实验评定方法。分析了发动机工作压力、流速、气流冲刷角、裂纹,脱粘、气孔、夹层及搭接缝对绝热层烧蚀率的影响。测试结果与实际发动机解剖数据有较好的一致性。     

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。     

飞行加速度对固体火箭发动机前封头绝热层烧蚀特性影响研究

对固体火箭发动机前封头绝热层在加速度环境的炭化烧蚀特性进行了实验研究,研制了烧蚀试验发动机及相应的离心试验台,用ＮＢＲ,ＥＰＤＭ绝热层模拟实际烧蚀环境进行了不同轴向加速度条件下的烧蚀试验,得到了飞行速度对绝热层炭化烧蚀率影响规律和经验关系式。