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

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王维明（上海新风化工研究所３１３０２２）本文介绍了发动机燃烧室壳体／绝热层常见四种脱粘类型。这些类型的界面脱粘时发动机装药结构完整性和安全可靠性有着严重的危害。并在此基础上提出解决相应脱粘问题的技术...     

固体火箭装药包复层脱粘问题的分析

本文应用了二维轴对称弹性有限元分析方法计算了常见的三种火箭装药结构,因热载荷及火箭发动机工作内压力作用引起的脱粘主应力(发生在人工脱粘端点处包复层与推进剂药柱的相粘接的界面上),对比分析了火箭装药的外界载荷、人工脱粘结构形式及火箭装药的几何参数等对脱粘的影响。另外,对于预防火箭装药包复层的脱粘问题做了一些分析讨论。     

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     

整体模压封头绝热层和人工脱粘层制造技术

整体模压封头绝热层和人工脱粘层制造技术洪竹娟（陕西非金属材料工艺研究所西安７１００２５）１前言发动机燃烧室壳体的热防护是关系到发动机成败的关键技术之一。发动机内绝热层的主要作用：第一，防止高温燃气烧坏燃烧室壳体，防止由于过热而降低壳体的强度和危及其结...     

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。     

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。     

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。     

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。     

燃烧条件下影响推进剂脱粘面扩展的因素

研究了固体火箭发动机推进剂与包覆层界面脱粘在燃烧条件下扩展的影响因素。对含有预制脱粘面的试件进行了大量的燃烧试验，用X射线实时成像系统记录了燃烧过程；根据组成试件的不同材料特性，分别用粘弹性和线弹性有限元方法计算了试件在燃烧过程中的应力应变状态，并利用修正后J积分法对脱粘面扩展的可能性进行了预估。理论分析和试验结果均表明：燃烧室增压速率、脱粘面尺寸、边界条件等因素对脱粘面扩展均有较强的影响。该研究结果对制定固体火箭发动机装药失效判据有一定参考价值。     

含粘接缺陷固体发动机喷管堵盖受压分析

利用ＶｏｎＫａｒｍａｎ模型,对受内压作用固体火箭发动机喷管堵盖进行了几何大变形分析,考虑了工艺因素对堵盖变形和堵盖与喷管喉衬粘接界面应力的影响,分别对牢靠粘接和３种不同形式的不牢靠粘接进行了计算,结果表明,堵盖与喉衬的粘接面脱粘对界面应力场有很大的影响。     

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。     

大后翼装药固体发动机喷管收敛段绝热层烧蚀

对具有大后翼装药结构的Φ315 mm发动机和全尺寸发动机进行了地面点火试验。试验后对喷管收敛段绝热层按照沟槽和非沟槽部位进行了解剖,得出了各个部位绝热层的烧蚀和炭化数据。结果表明,和药柱翼槽对应的喷管收敛段绝热层烧蚀严重,而非药柱翼槽对应部位的绝热层烧蚀较小。实测的最大烧蚀率可用于同类发动机的方案设计。     

交付固体火箭发动机内弹道性能的预测技术

介绍了交付的固体火箭发动机内弹道曲线及性能的一种预测技术。该技术采用“无因次时间”和“有效燃速”概念，并充分利用发动机研制过程中积累的统计信息，故能较准确地预测发动机内弹道曲线、性能参数及其偏差范围。飞行试验的遥测数据表明：由该技术所预测的结果是可信的。     

倒置喷管发动机性能测定方法的比较与分析

采用三种试验方案对喷管倒置１５０°引起的比冲损失进行了测定、分析和比较。结果表明，双室串并发动机顺倒置四喷管引起的比冲相对损失为１．８％左右；如果将顺置采用单喷管，那么该项损失大约为４．１％。采用双室串并发动机时，测试系统和判读系统误差不能进入测试数据中，所以它比单独采用顺置和倒置时测定的数据可靠。     

固体发动机及火箭固有振动特性预估

用有限元方法计算了选用的固体火箭各级发动机壳体，药柱及整机固有频率和振型，并计算了火箭固有振动特性，为发动机冲击试验，今后的模态和振动试验提供了参考数据。这些数据是选择测试设备及量程，激励方式及位置，测点布置及试验夹具设计等测试技术所必需的。     

药盒式可燃点火器的设计和应用

可燃点火器常被用作中小型固体火箭发动机的点火器。阐述了可燃点火器的分类、特点和设计内容，并给出了可燃点火器的应用实例。     

大后翼与主流相互作用的模拟点火试验

论述了缩比模拟发动机中大后翼与主流的相互作用以及大后翼点火的工作状态。通过试验,得出了主流和大后翼相互作用时,缝底部产生的压强较翼缝外空腔高。在试验条件下,模拟后翼气流与前部气流相互作用时没有爆燃现象。     

纳米材料在固体发动机上的应用

介绍了纳米材料在固体发动机上的应用情况及前景，重点论述了纳米材料在固体发动机壳体结构材料、外防护材料、喷管烧蚀材料以及大固体推进剂中应用的是新技术进展和潜力。     

成型压力对EPDM绝热层性能影响研究

为了减少复合材料壳体成型缺陷并优化壳体缠绕工艺,本文采用显微镜观察了较低硫化成型压力下EPDM绝热层内部致密性的变化情况,研究了硫化成型压力对EPDM绝热层本体性能和界面粘接性能的影响规律。结果表明,当成型压力小于0.15 MPa时,硫化后绝热层的内部不致密,存在较多孔隙,表现为密度、力学性能和烧蚀性能均较低;随着硫化成型压力增加,孔隙率逐渐减少直至消失,本体性能和界面粘接性能亦达到一个较高的稳定值,满足使用要求。     

固体火箭发动机无损检测技术和结构缺陷判废标准研究的发展和展望

阐述了近年来固体火箭发动机整体综合无损检测中采用的新技术和固体火箭发动机结构缺陷判废标准研究的一些进展。根据最近出现的新检测设备和研究结果，展望了这一研究领域未来的发展趋势。