功能电极烧蚀加工典型难加工材料实验研究

为研究功能电极电火花诱导烧蚀加工对难加工材料的适用性和影响因素,选取镍基高温合金GH4169、淬火模具钢Cr12、钛合金TC4、钛铝合金TAC-2四种典型难加工材料进行常规电火花加工(Electric discharge machining,EDM)和功能电极烧蚀加工对比实验。结果表明:烧蚀加工对难加工材料有广泛的适用性,其加工效率分别为相同条件下常规电火花加工的37.3倍、13.5倍、58.7倍和13.7倍。研究发现:随着金属活泼性的提高,燃烧消耗和燃烧热的熔化作用增强,烧蚀作用增大;烧蚀加工表面的氧化层特性对烧蚀加工效率的提高有决定性作用;内喷液加工反镀现象的减小、烧蚀加工效率的提高量、氧化层的特性等因素决定着电极的相对损耗。     

烧蚀对再入体绕流电子数密度影响的数值研究

从化学非平衡NS方程或其简化形式(粘性激波层方程、PNS方程)出发,采用分区求解的方法数值模拟含泰氟隆烧蚀产物的高超声速再入体流场.首先计算分析了RAM-C飞行试验状态和一个考核算例,对计算方法和程序作了初步验证.其次耦合烧蚀壁面边界条件和流体控制方程,采用19组分28个反应的化学反应模型,对有、无烧蚀情况下高超声速钝锥体再入绕流及底部流场进行了数值模拟,深入分析了烧蚀产物对再入流场电子数密度及温度分布的影响.     

不同燃气环境下硅橡胶绝热材料烧蚀特性试验研究

在气相燃气环境、含Al2O3两相燃气环境中,对硅橡胶绝热材料开展了烧蚀试验研究,分析了不同燃气环境下燃气流速对材料的炭化烧蚀率、炭化层结构特征及炭化层成分分布的影响.试验结果表明,炭化层及热解层膨胀幅度很大,导致的热传导路径增长不可忽略;在烧蚀发动机高温燃气环境中,燃气流速增大对炭化层有明显减薄作用,热解气体溢出受阻对炭化层产生的内压作用以及热应力可能使炭化层结构破坏,炭化层主要成分的摩尔含量沿厚度方向有基本相同的变化趋势;富氧环境中的炭化烧蚀率最大,且烧蚀机理与烧蚀发动机环境有较大区别.     

变推力固体火箭发动机喉栓烧蚀试验研究

针对三维C/C和钨渗铜两种不同材质,开展了发动机喉栓的静态烧蚀及动态烧蚀研究,揭示了静态和互变条件下喉栓发动机的烧蚀规律.试验结果表明,高压静态条件与互变过程相比,喉栓烧蚀率有明显差别,高压静态比互变过程烧蚀更严重,互变过程引起的热环境变化没有造成烧蚀异常增大.因此,在工程中可采用高压静态烧蚀试验来考核喉栓材料,简化试验系统;在文中试验条件下,钨渗铜喉栓最大径向烧蚀率为0.085 mm/s,三维编织C/C材料最大径向烧蚀率为0.545 mm/s,钨渗铜比C/C材料更适用于喉栓;发动机非轴对称结构、粒子冲刷和沉积现象对烧蚀影响较大,采用同轴结构可改善流动的对称性,有利于进一步研究其他因素对烧蚀的影响.     

C/C喉衬烧蚀性能的实验研究

开展不同推进剂和压强对喉衬烧蚀的影响研究,对认识喉衬烧蚀机理和指导设计很有意义.采用小型烧蚀实验发动机,开展了不同压强下无铝双基推进剂和含铝17%的复合推进刺工况下C/C喉衬烧蚀的实验研究,分析了粒子沉积、燃气组分和燃烧室压强等时烧蚀性能的影响.结果表明,随着工作压强的升高,喉衬烧蚀率明显增大,主要机制是热流密度增加和气流剥蚀加剧,粒子沉积减弱;相同压强条件下,含铝复合推进剂工况下C/C喉衬的烧蚀率远小于无铝双基推进剂工况,主要原因是氧化铝沉积严重.对喉村烧蚀起到了一定保护作用.     

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.      

Spacecraft formation flying for Earth-crossing object deflections using a power limited laser ablating

A formation flying strategy with an Earth-crossing object (ECO) is proposed to avoid the Earth collision. Assuming that a future conceptual spacecraft equipped with a powerful laser ablation tool already rendezvoused with a fictitious Earth collision object, the optimal required laser operating duration and direction histories are accurately derived to miss the Earth. Based on these results, the concept of formation flying between the object and the spacecraft is applied and analyzed as to establish the spacecraft’s orbital motion design strategy. A fictitious “Apophis”-like object is established to impact with the Earth and two major deflection scenarios are designed and analyzed. These scenarios include the cases for the both short and long laser operating duration to avoid the Earth impact. Also, requirement of onboard laser tool’s for both cases are discussed. As a result, the optimal initial conditions for the spacecraft to maintain its relative trajectory to the object are discovered. Additionally, the discovered optimal initial conditions also satisfied the optimal required laser operating conditions with no additional spacecraft’s own fuel expenditure to achieve the spacecraft formation flying with the ECO. The initial conditions founded in the current research can be used as a spacecraft’s initial rendezvous points with the ECO when designing the future deflection missions with laser ablation tools. The results with proposed strategy are expected to make more advances in the fields of the conceptual studies, especially for the future deflection missions using powerful laser ablation tools.     

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.     

电弧湍流平板烧蚀矩形喷管研制及应用

为发展电弧加热器超声速湍流平板烧蚀试验技术,需研制新的矩形型面喷管.选取型面和锥面两种方案,通过数值模拟分析,最终采用了型面喷管方案.通过改进喷管结构,采用整体结构设计、加工的方法,研制的喷管使用良好,能够达到试验要求.并成功应用于材料匹配试验和边界层内的凸起物形貌烧蚀试验.     

涡喷七乙发动机加力筒体烧蚀故障分析及预防措施

分析了某型飞机的涡喷七乙发动机加力筒体烧蚀故障情况,对故障机总体及外圈加力总管和加力简体进行了检查,并对故障机进行了台架试车及故障再现试验,确定了故障机加力简体烧蚀烧穿的直接原因是外圈加力总管严重变形,提出了预防故障的措施和建议。