小推力姿/轨控液体火箭发动机材料的研究进展

概述了国内外小推力姿／轨控液体火箭发动机新材料的研究和应用进展。姿／轨控液体火箭发动机推力室已从高性能铌／硅化物材料体系向复合材料推力室技术发展，研制出耐高温性能更好的新型材料体系和高温抗氧化涂层，以及将它们应用于发动机推力室的制造是提高姿／轨控发动机技术水平的有效途径。     

液体火箭发动机推力室可重复使用技术

为了验证液体火箭发动机推力室可重复使用技术,采用流-固耦合方法对推力室内壁材料、外壁厚度、冷却通道高宽比等影响推力室内壁寿命的因素进行了数值模拟.通过计算,得到了推力室内壁在不同内壁材料、不同外套厚度、不同冷却通道高宽比下单循环各阶段的应力、应变分布,对计算结果进行后处理,得到了内壁损伤.结果表明,采用高强度及延展性内壁材料、低刚性外套、大冷却通道高宽比可以减小推力室内壁损伤,延长推力室内壁使用寿命.      

一种计算再生冷却推力室温度场的方法

为了能够快速而准确地得到再生冷却推力室的温度分布,建立了一种计算再生冷却推力室温度场的方法。首先建立了轴对称推力室的一维冷却模型,并使用换热经验公式,得到了推力室壁面在轴线方向上的温度分布;其次建立了推力室的冷却套二维导热模型,使用数值模拟的方法和一维计算的结果,得到了冷却套的温度场。然后使用这种方法研究了气壁材料、气壁厚度和冷却液流量对推力室再生冷却的影响,获得了比较满意的结果。从计算时间和准确性来说,这种方法能够为推力室的优化设计和性能估算提供参考。      

液体火箭发动机推力室壁瞬态加载三维热结构分析

为了预测再生冷却液体火箭发动机推力室壁的应变分布,研究内壁失效机理,使用有限元法对推力室壁进行了三维瞬态热分析,在瞬态热分析结果的基础上采用多线性随动硬化模型对推力室壁进行了三维弹塑性结构分析。计算结果表明,多线性随动硬化模型能够准确地模拟推力室内壁材料的应力-应变关系;内壁温度达到稳态的时间相比外壁要短得多,在预冷、试车和后冷开始约0.1s后内壁温度便已经接近稳态;瞬态加载三维热结构分析能够确定推力室内壁最先失效的危险点的位置在喉部上游冷却通道中心;推力室壁瞬态加载三维热结构分析得到的最大残余应变比稳态加载大15.7%。     

液体火箭发动机推力室发汗冷却传热过程的数值模拟：（II）数值方法与计算结

对液体火箭发动机推力室发汗冷却传热过程的二维局部非热平衡模型进行了数值计算,计算吸要用了正交曲线坐标系（贴体坐标）并计及冷却剂（氢）的热物性参数随温度和压力的剧列变化及固体壁沿轴向的导热,结果表明,推力室多孔壁面中靠近燃烧室的部分温度梯度很大,固体骨架与冷却剂的温度差异在推力室内壁面上最大,推力室多孔壁面材料导热系数的提高有利于降低壁面温度及温度梯度;随着冷却剂流量的增大,推力室臂吉的最高温度明显     

典型结构的层板发汗冷却推力室传热特性的推算方法

针对典型的层板发汗冷却结构,提出了利用一个推力室的实验数据来计算另一推力室所需发汗流强的方法。在一种发动机推力室壁面发汗冷却实验数据测出以后,对同一发动机或另一发动机推力室壁采用不同的冷却剂、不同的壁面材料时的受热壁面工作温度与发汗流强的关系,由迭代计算完成。作为分析实例,利用氦气发汗冷却的试验数据对氢气发汗冷却流强进行了计算,其结果得到了实验的验证。     

单喷嘴燃烧室传热特性的测量方法

为开展燃烧室的传热特性等研究,采用了以紫铜作为材料的容热式推力室身部,通过测量热试车过程中身部壁温,来获得推力室内壁温度、热流沿轴向的分布。为测量数据设计了数据处理方法,以利用测得的温度值获得内壁温和热流值,且进行了主要误差估计。将该方法在气气喷注器推力室上进行了应用,研究了其传热特性。     

液体火箭发动机推力室发汗冷却传热过程的数值模拟(Ⅱ)数值方法与计算结果

对液体火箭发动机推力室发汗冷却传热过程的二维局部非热平衡模型进行了数值计算。计算中采用了正交曲线坐标系（贴体坐标）,并计及了冷却剂（氢）的热物性参数随温度和压力的剧烈变化及固体壁沿轴向的导热。结果表明：推力室多孔壁面中靠近燃烧室的部分温度梯度很大;固体骨架与冷却剂的温度差异在推力室内壁面上最大;推力室多孔壁面材料导热系数的提高有利于降低壁面温度及温度梯度;随着冷却剂流量的增大,推力室壁中的最高温度明显下降;若设计合理,发汗冷却所需要的冷却剂的量只占总流量的２％左右。     

高温隔热涂层在液体火箭推力室上的应用

本文回顾了高温隔热涂层在国内外液体火箭推力室上的应用情况。高温涂层对于防止推力室壁过热和烧融、增加室壁材料疲劳寿命、提高发动机性能以及消除某些冷却剂对室壁的腐蚀和热解沉积都有明显效用。当前,采用等离子体喷涂技术的氧化锆等陶瓷类涂层是应用于推力室热防护的主要涂层。为了改善涂层与基材的结合力广泛使用了多层涂层的结构。针对液体火箭发动机向高室压高性能高热流的趋势发展,提出了对下一代液体火箭推力室涂层     

内部再生冷却推力室及其传热分析

内部再生冷却是一种新的推力室冷却技术,目前国内尚未采用.本文从物理模型及数学模型两方面研究了内部再生冷却机理,着重在不同边区冷却液流量、室壁材料和室壁厚度下进行了推力室壁的二维温度场的数值计算,并就计算结果作了分析和讨论.     

金属橡胶技术应用研究

金属橡胶作为一种先进的新型功能材料,它主要为了满足航空航天飞行器上的特殊需要,解决高低温、高压、高真空及剧烈振动等环境下的密封、减振、过滤等疑难问题。通过开展金属橡胶材料在军机密封技术和阻尼隔振技术两方面的应用研究,从根本上解决液压系统在低温条件下的活动密封泄漏问题,彻底解决因橡胶隔振器存在易腐蚀、易老化、耐高低温能力差等不足造成管路事故频发的问题。     

激光与金属材料相互作用的热效应分析

激光与金属材料相互作用的热效应是激光束辐照材料后发生的主要物理现象之一.激光加热使材料温度急剧上升,很快达到材料的熔点.通过使用商业CFD软件FLUENT数值模拟激光辐照金属材料的相互作用,并在一定的假设和边界条件下得到金属材料未熔化之前温度场沿径向和轴向分布情况、气流最高温度的变化和位置的转移、氧化反应和对流换热对热效应的影响.     

粉末金属零件成形过程中出现损伤的数值模拟

使用基于Lee多孔材料屈服模型推导出的韧性损伤模型,对导向器类粉末金属零件成形过程中,在应力、应变、密度分布及其积累因素影响下,材料的损伤状态进行了数值模拟,在不同的加载状态下,压坯各点的损伤状况和破裂过程进行了跟踪,实验证实模拟结果具有较高的精度。     

基于有限元法的金属材料静强度破坏准则应用研究

根据1种基于有限元法的金属材料静强度破坏准则,设计了2种净截面积相同的缺口试件,用弹塑性、大应变、大变形的非线性有限元方法对试件在静载荷作用下的破坏载荷进行了计算,并进行了试验验证。计算结果与试验结果相比误差很小,很好地验证了基于有限元法的金属材料静强度破坏准则。     

金属氟塑料衬套的研制

聚四氟乙烯金属带材具有极高承载和超长使用寿命等特点，因此，在飞机上得到广泛的应用，以满足高、低温，高负荷，长寿命等苛刻条件下对润滑材料的要求。本文介绍了这种材料的研制过程，并提出了材料的验证试验方法。     

金属基复合材料激光诱发反应焊接研究

将激光焊接技术用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接。激光能量诱发复合材料和反应添加物钛之间的相互作用产物形成了复合材料的焊接接头。在一定的焊接条件下该反应产物能够完全阻止有害碳化铝相在焊接区的形成。给出了金属基复合材料激光诱发反应焊的试验结果,并从理论上对激光诱发反应焊接机理进行了探讨。     

切削工具材料的发展综述

具体介绍切削工具材料如高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、刀具涂层技术、超硬材料的演变和进展。     

碱金属原子气室研究进展

碱金属原子气室是原子陀螺、原子磁力仪和原子钟等量子仪表的核心部件,高性能微小型原子气室是制约上述量子仪表性能的重要因素之一。从理论基础、制造工艺和材料等方面回顾了原子气室的研究进展,对微型气室玻壳精密加工技术、原子气室精确充制技术、耐高温抗弛豫镀膜技术、原子气室后烘处理工艺等相应关键技术进行了分析和讨论,并针对量子仪表微小型、高精度、集成化的发展需求,分析了碱金属原子气室的发展趋势。     

金属增材制造技术在航空发动机领域的应用

从增材制造技术的基本概念出发,研究了适用于金属材料的定向能量沉积(DED)技术和粉末熔覆(PBF)技术的基本原理、技术内涵以及技术发展,重点分析了增材制造技术在开发燃油喷嘴和低压涡轮叶片等商业化零部件的应用,以及对涡轮叶片、整体叶轮和齿轮等航空发动机部件的修复.研究表明,金属增材制造技术广泛适用于钛合金、镍基合金、钛铝合金等金属材料的航空发动机部件,在设计、制造和经济可承受性等方面具有优势.      

金属橡胶用Cr-Ni-Mn系不锈钢丝的微观组织及力学性能研究

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线相定量分析等技术,研究了制备金属橡胶构件用冷变形量分别为36%,64%,84%和91%所得的直径0.4mm,0.3mm,0.2和0.15mm的Cr-Ni-Mn系不锈钢丝的微组织结构和力学性能的变化规律.结果表明,冷拔钢丝中出现了形变马氏体,冷变形量为36%时的马氏体含量已达81.2%,即用于制作金属橡胶构件时奥氏体不锈钢已实际处于以马氏体为主的高强度状态,而非奥氏体状态,且马氏体数量随冷拔变形量有增大趋势;钢丝内部出现平行于拉拔方向的拉长孔洞,其体积分数随冷拔变形量的增大而增加.同时,在所用冷拔变形量条件下,不锈钢微丝的抗拉强度高达1406～2244MPa,延伸率则在13.0%～8.9%范围内变化.从而可以判断,采用上述微丝制作的金属橡胶将是以马氏体相之为主且具有微观和宏观尺度双重尺寸孔洞(孔隙)的多孔金属材料.