双脉冲固体发动机喷管传热烧蚀特性

为了研究双脉冲固体发动机喷管的传热烧蚀特性,由燃烧室压强及发动机推力试验曲线得到了喷管喉径的瞬变值,由FLUENT流体计算软件进行流固耦合传热烧蚀计算,得到了喷管瞬态温度分布、绝热材料热解炭化情况及碳/碳(C/C)喉衬瞬态烧蚀率,分析了脉冲工作过程及脉冲间隔时间对喷管传热烧蚀的影响.计算结果表明,脉冲工作过程中,绝热材料热解线、炭化线向材料内部扩展,喉衬烧蚀率不断增大;脉冲间隔时间内,喷管材料内部的导热使各处温差减小,温度趋于一致;第一脉冲的传热烧蚀与脉冲间隔的材料导热使第二脉冲工作时喉衬整体热沉小、内壁初始温度高、表面粗糙度大,从而导致较高烧蚀率.      

长尾喷管传热及烧蚀特性研究

针对长尾喷管的热防护问题,本文采用实验和数值仿真结合的方法,研究了采用SQ-2推进剂固体火箭发动机复合结构长尾喷管的传热以及烧蚀特性。仿真程序采用基于格心的有限体积法,对流体域求解Navier-Stokes方程,对固体域求解热传导方程,湍流模型采用k-ω SST模型,通过保证热流密度大小相等、温度连续的方法实现耦合传热计算;在以上仿真计算方法的基础上建立了基于热解动力学的变热物性模型描述碳/酚醛材料的体积烧蚀,并采用简化的异相反应模型对喷管热化学烧蚀量进行计算。结果表明在收敛段和等直段区域压强变化较小,炭化层厚度和烧蚀量与温度分布相似, 并在距离等直段入口约1.6mm位置达到极小值。碳/酚醛材料炭化速率随时间减小,烧蚀速率随时间增长趋于稳定,而喉衬区域C/C复合材料烧蚀速率随时间增加。     

基于热解过程的EPDM变热物性数值传热

针对三元乙丙橡胶(EPDM)类绝热材料热载荷作用下的热解炭化过程,基于热解动力学和多孔介质传质传热理论,建立了芳纶/EPDM绝热材料热物性参数随温度和时间变化的变热物性模型,并通过与实验的对比,验证了模型的准确性与可靠性。随后对热载荷作用下的烧蚀热响应开展了数值计算,结果表明:热载荷作用初期,材料表面升温迅速,随着能量不断传递,温度推进速率明显降低,炭化层厚度增长减慢,部分材料仍为原始状态；温度对热解反应速率的影响呈指数级,距表面越近反应速率越快,反之则慢。所提出的变热物性模型对绝热材料的烧蚀研究具有一定的参考价值。      

半潜入喷管收敛段碳/酚醛材料烧蚀特性

采用流固热耦合数值方法,以及Abaqus的ALE（arbitrary Lagrangian-Eulerian,任意拉格朗日欧拉方法）自适应网格技术,对位于半潜入喷管收敛段的碳/酚醛的烧蚀现象进行了预估,与试验结果进行了对比分析。结果表明:在收敛段,Al/Al₂O₃液滴或颗粒对材料的传热烧蚀起到了关键作用,当气流与材料表面平行时,液滴或颗粒的影响很小;从碳/酚醛热分解角度出发,基于完全碳化即被剥蚀的假设,基本能够预估碳/酚醛材料的烧蚀特征,烧蚀速率大约为0.3 mm/s;后效碳化对材料碳化过程的影响明显,发动机工作期间,分解层的厚度大约为2.0 mm,考虑后效作用,分解层厚度可能会增加至4.0 mm左右;与喉衬接触的材料区域,喉衬的传热会明显加剧材料的碳化过程。      

烧蚀花纹的分形结构及菱形花纹传热特性

在外流Ｍ＝５湍流边界层状态下，模型为１７０×３００ｍｍ￣２蜂蜡平板上进行了烧蚀花纹图案生成的实验研究，通过实验证明了人工安置干扰源并不影响烧蚀材料表面花纹的有序结构，对大面积烧蚀花纹的分析表明，局部花纹结构具有随机性质，因此烧蚀花纹具有分形结构的特性，用分形方法可以大致模拟花纹生成图案。菱形沟槽热流测量结果表明，在材料有烧蚀响应的情况下，大面积菱形花纹具有稳定性质，不产生局部烧蚀崩溃现象。     

碳氢燃料变压力过程中传热研究

碳氢燃料广泛应用于再生冷却技术中,为了研究其在不同压力下和压力变化过程中的传热规律,使用内径1mm圆管进行了变压力过程实验。试验参数:冷态流量1g/s,流体出口温度500℃,压力1~4MPa。在不同压力稳态的传热试验中发现了两种类型的传热恶化:亚临界下的膜态沸腾和超临界时的入口层流化。研究了变压力时的传热特性,重点分析了不同换热区域的外壁温动态变化,发现了变压力过程中的壁温非单调特性,在超临界压力下动态变化时的传热弱于稳态的传热。实验中还研究了三种不同升压速率对换热的影响,结果显示压力变化速率对传热影响不大。     

C/C复合材料喷管烧蚀壁面退移流固耦合仿真研究

为了保障固体火箭发动机C/C喷管的可靠性,建立了一套正确反映发动机喷管烧蚀过程的流固耦合计算模型,以实现对喷管烧蚀率的高精度预估。依据热化学烧蚀理论以及喷管内燃气与喷管结构体界面的质量平衡和能量平衡关系,建立并验证了考虑壁面退移的C/C喷管流固耦合方法,实现了燃气流动、异相化学反应、结构体传热三者间的耦合。通过实验发动机喷管的烧蚀计算,论证了模型的正确性,并分析了不同金属铝含量对烧蚀率的影响,计算所得的烧蚀率与实验值最大相对误差为4.3%,与不考虑壁面退移的耦合算法计算结果对比,计算精度最高可提升46%。计算结果表明：C/C喷管在喉部附近烧蚀最为严重;推进剂中Al含量的增加导致燃气中氧化组分浓度降低,进而减少了烧蚀速率,这些结论与C/C喷管烧蚀相关研究结果一致。     

高粘度SiO_2材料烧蚀传热机理及试验验证

通过对高粘度SiO2材料的烧蚀及传热分析,建立了硅基材料的固体层一液体层的耦合烧蚀计算方法.给出了材料烧蚀过程中烧蚀速度、液层厚度、液层温度及固体温度的表达式及求解方法,并把计算结果与电弧加热器平板烧蚀试验的液层厚度分布及烧蚀量的精确测量结果进行了对比.结果表明新模型的液层厚度及烧蚀量与实验结果符合很好.     

用有限元显式算法解具有烧蚀动边界的传热问题

本文借助于运动坐标系用显式有限元算法求解烧蚀动边界的传热问题。通过坐标变换,在变换平面内确定固定的有限元结点,物理平面内对应的结点随边界的烧蚀而运动。在线性插值函数模式下温度的时间导数在三角形单元中处处相等的假设下导出有限元方程的显式计算格式。对横观各向同性材料的端头帽在再入飞行中的烧蚀和瞬时温度场的计算结果与用有限差分法计算的结果相互吻合。     

高温氧化铝液滴沉积条件下绝热材料烧蚀特性研究

为了研究三元乙丙绝热材料在高温氧化铝液滴沉积条件下的烧蚀特性，基于模拟沉积实验装置，开展了烧蚀实验研究。利用SEM与XRD等分析了烧蚀后炭化层断面形貌特征和化学组分分布，探讨了火箭发动机工作环境中氧化铝液滴与炭化层间热化学烧蚀的主要反应机理，确定了沉积条件下的化学反应方程式。研究结果表明:(1)高温氧化铝沉积条件下，三元乙丙绝热材料材料炭化层断面呈现“致密/疏松”的多孔结构；(2)推导并建立了固体火箭发动机高温高压环境中氧化铝与炭化层的七步热化学反应方程；(3)利用热力学软件分析可知，发动机工作条件下氧化铝与炭化层反应首先生成Al4C3，随着温度的升高继而生成Al单质与碳-氧-铝化合物Al2OC并释放出还原性CO气体。     

非线性添加剂对聚酰亚胺介电性能的影响

采用非线性添加剂对聚酰亚胺进行电导率改性,研究了改性前后介质的电导特性及其他介电性能,以及添加剂含量对聚酰亚胺复合介质材料电导特性的影响。结果表明,改性后的复合试样的体电导率随添加剂质量分数的变化而变化,当质量分数小于5%时,电导率略有下降,大于5%时显著上升。改性后的复合介质材料的非线性电导率特性变化显著。     

胶含量对CF/BF复合材料性能的影响

制备了碳纤维/玄武岩纤维(CF/BF)增强酚醛树脂复合材料,研究了复合材料层合板不同胶含量对其层间剪切强度、热传导和耐烧蚀性能的影响。结果表明:CF/BF复合材料,在胶的体积分数为35%时,复合材料经纬向层间剪切强度达到最大值21和20 MPa;在胶的体积分数为39.5%处,热导率和线烧蚀率出现最低值0.366 W/(m.K)和87μm/s。CF/BF混杂纤维复合材料性能符合混杂纤维复合材料性能混杂效应规律。     

一种矩形件分层排样算法

针对在具有宽度一定、长度不限的板材上进行矩形件排样的问题,结合模拟退火算法,设计了一种矩形件分层优化排样算法。该算法以板材宽来分层,层数依据待排零件而定,灵活性强,并且通过算例验证了该算法的有效性和合理性。     

铝阳极在KOH甲醇-乙醇体系中的电化学性能

为了提高铝的活化性能以及降低铝的腐蚀,用电化学方法研究了在碱性甲醇-乙醇有机体系中,添加剂H2O对铝阳极(99.999%)电化学行为的影响。结果表明:4 mol/L KOH+甲醇-乙醇(5∶5)+30%H2O体系能大幅度抑制铝腐蚀,缓蚀率高达70.04%,但极化程度有所增大。在-1.20 V处,铝的电流密度高达72.66 mA/cm2;开路电位Eocp负移程度最大(-1.933 V)。     

圆柱形过滤器端部缠绕的堆积问题

在对圆柱形过滤器进行缠绕成型时,由于缠绕角、端部过渡长度以及芯模直径的大小等影响,过滤器端部经常出现纤维堆积的现象,导致纤维缠绕精度下降、机床运动干涉而造成材料浪费。经理论分析和仿真试验,提出了分别基于改变摩擦系数、调整轨迹跳越数和调整端部过渡段的减轻堆积的方法,最后应用该方法对航空用油过滤器进行缠绕成型试验,验证该方法的正确性和可行性。     

采用微扰法测试碳泡沫的电磁参数

利用网络分析仪连接矩形谐振腔组成材料电磁参数微扰法测试系统。由谐振腔微扰理论出发,得到以托管装载小样品测试时复介电常数和复磁导率的计算公式。对碳泡沫进行电磁参数测试。结果表明,随着碳泡沫电导率的增加,其介电常数缓慢增加,电损耗先增加后减小,而磁损耗不断增加。碳泡沫具有介电常数小、电损耗大、随电导率增加而增加的非本征磁损耗,这种独特的电磁损耗特征使得碳泡沫有用作宽频带高温结构吸波材料的可能性。     

复合材料修复铝合金薄板的湿热特性

采用真空袋压技术将T300/CYD128复合材料补片胶接修复于含中心裂纹的铝合金1.76 mm薄板。研究了实验室模拟湿热环境对复合材料修复铝合金薄板的力学性能影响,修复用复合材料的吸湿特性,以及修复用复合材料拉伸试样及其基体树脂浇铸体的湿热性能。结果显示,浇铸体饱和吸水率为0.9%,复合材料吸湿动力学曲线则出现台阶;随湿热老化时间延长,浇铸体与复合材料拉伸性能先升后降,其性能峰值出现时间分别为500 h(73.9 MPa)和300 h(1 531 MPa);随湿热老化时间延长,铝合金裂纹板拉伸性能基本呈线性下降,断裂载荷下降速率ΔN=0.12 kN/100 h,修复板性能出现波动。     

次摆线走刀在高速铣削窄槽结构中的应用

在阐述次摆线参数方程的基础上,基于CAM/HSM技术,将次摆线走刀方式应用于窄槽结构的高速铣削试验中,研究了次摆线走刀的铣削力变化规律、窄槽结构的表面粗糙度及其局部形貌,并建立了次摆线走刀高速铣削窄槽结构的铣削力模型。研究表明:次摆线走刀高速铣削窄槽结构有效可行,加工出了高质量的窄槽型腔表面(Ra=0.142μm);次摆线走刀的铣削力呈周期变化,在走刀平面内,次摆线切削宽度方向上的铣削力是进刀宽度方向上的4倍;采用次摆线走刀加环切走刀策略加工窄槽结构,既改善了窄槽的铣削加工条件,又满足了高速铣削粗精加工的要求和原则。     

时域门技术在传输/反射法介质电磁参数测量中的应用

在传输/反射法测量电磁参数的基础上,分析了传统的传输/反射法在电介质微波电磁参数计算中的局限性,采用时域门技术,测试了空气、聚乙烯石蜡和BaM型铁氧体等材料的电磁参数。结果显示时域门技术可显著提高材料的测量精度和稳定性。     

真空导入模塑工艺树脂流动行为研究进展

综述了近年来真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究进展,结合自己的研究成果系统地评述了真空导入模塑工艺中树脂的流动模型及机理、流动行为的数值模拟和流动行为的监测控制,并在此基础上对真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究前景进行了展望。