固体发动机绝热层打磨机器人的工艺参数分析

针对固体火箭发动机绝热层机器人打磨方式存在的打磨均匀性难以保证的问题,分析了现有打磨机器人以及新型打磨作业方式的工艺参数,明确各个工艺参数对打磨质量的影响规律,进而提高发动机燃烧室绝热层打磨的表面质量和均匀性。建立了打磨机器人打磨效果理论模型,基于ANSYS软件分析了影响打磨均匀性的几大要素,包括切削刃圆角、每刀进给量、打磨角度、双刀盘轴向间距以及轴向进给宽度等。分析结果表明,打磨均匀性与切削刃圆角成正相关,与每刀进给量成负相关;打磨角度越小、双刀盘轴向间距越小,打磨均匀性越好;轴向进给宽度为双刀盘间距2倍时打磨效果最好。最后确定了一组最佳打磨参数,经过实际产品打磨,充分验证了这组工艺参数的可行性。     

EPDM绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学研究

通过液相色谱法测定EPDM绝热层胶片在不同硫化温度和硫化时间下的残留硬脂酸含量,采用Excel软件和积分法并用的手段研究了(200±10)、(90±10)、(50±10)、(30±10) nm四种纳米氧化锌和对三元乙丙绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学的影响。结果表明,随着纳米氧化锌粒径增大,反应级数n逐渐增大,最终增幅趋缓,反应级数n趋于一定值;随着纳米氧化锌粒径减小,比表面积增大,粒子的摩尔表面能Esm增大,速率常数k增大,反应的表观活化能Ea下降,反应速率加快;随着纳米氧化锌粒径减小,粒子的摩尔表面熵降低,反应的摩尔活化熵也随着降低,最终指前因子A也降低。     

固体发动机推进剂/绝热层界面I型脱粘力学行为试验与仿真研究

为了准确描述和预测固体发动机界面的粘接性能,为固体发动机结构完整性分析提供有效参考,通过商业有限元软件ABAQUS用户子程序(UEL)对基于势函数的PPR内聚力单元进行了二次开发,设计了固体发动机推进剂/绝热层界面Ⅰ型脱粘试验方案,并基于试验的反演分析获得PPR内聚力模型对应的特征参数,对不同加载速率下粘接界面的断裂与损伤特性进行了相关研究。研究表明,PPR内聚力模型能够较好地描述界面脱粘过程,且粘接界面的力学行为具有显著的率相关性,随着加载速率的增大,粘接界面的内聚能和内聚强度均增大,法向初始刚度和损伤起始位移均减小。此外,I型界面脱粘试验过程中加载力随位移的变化可分为强化阶段和损伤演化阶段,粘接界面的速率相关性主要体现在损伤演化阶段。     

两相环境下EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估

为保证发动机能在恶劣的环境中运行,在绝热层的设计中,绝热层的厚度将直接影响着发动机结构的稳定性,而绝热层的烧蚀预估对于绝热层厚度的合理设计非常重要。为解决固体火箭发动机三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层烧蚀性能工程预估问题,结合固体火箭发动机内两相流动的环境特点,以热化学烧蚀三方程模型和扩散化学动力学双控制机制为基本数学模型,以炭化层表面孔隙率为耦合参数,并综合考虑气流和粒子的侵蚀效应,建立了绝热层多因素耦合烧蚀模型的控制方程。通过对控制方程的隐式求解和对绝热层温度分布以及烧蚀线、炭化线、热解线位置的综合分析,获得了两相环境下EPDM绝热层的理论炭化烧蚀率。所得烧蚀率与实验结果对比,误差小于10%,表明给出的烧蚀预估方法可用于固体火箭发动机两相环境下EPDM绝热层烧蚀工程分析。     

固体火箭发动机绝热层脱粘的红外热像检测规律

闪光灯激励的红外热像检测法是一种非接触式的光学无损检测技术,有望应用于固体火箭发动机绝热层脱粘的在线检测。为了推进该技术在固体火箭发动机绝热层脱粘检测中的应用,用数值模拟和实验方法研究了固体火箭发动机绝热层脱粘脉冲热像检测的规律,得到了决策参数与结构参数之间的定量关系;提出了检测极限的确定准则,并计算了脱粘大小和深度(绝热层厚度)的检测极限;提出了脱粘尺寸的测量方法及误差修正公式。所得的方程、数据和结论为固体火箭发动机绝热层脱粘的红外无损检测提供了科学依据和操作准则。     

喷管喉衬背壁绝热层后效传热炭化分析

针对目前喷管喉衬背壁绝热层后效传热炭化缺乏定量分析的现状,通过材料模型、载荷模型的研究工作,建立能够满足喷管后效传热分析精度要求的喷管温度场有限元计算方法,并通过缩比试验喷管温度场计算与试验测试结果的对比分析进行验证。在此基础上,开展了背壁绝热层后效传热的仿真分析,掌握了后效传热炭化分析方法,并得到了解剖测试结果的验证。研究结果表明,背壁绝热层的炭化大部分发生在后效传热期间。利用该方法进行了全尺寸喷管的背壁绝热层后效炭化分析工作,提出了根据温度计算结果进行裕度评估的方法。评估结果表明,全尺寸喷管的背壁绝热层设计厚度有减薄空间。     

过载条件下EPDM绝热材料烧蚀机理和模型研究(Ⅰ)——烧蚀机理分析

基于一种颗粒冲刷状态参数大范围可调的高过载地面模拟试验发动机,针对三元乙丙(EPDM)绝热材料开展了15次烧蚀实验,获得了颗粒冲刷状态参数和炭化烧蚀率之间的宏观影响规律,通过扫描电镜分析了炭化层结构的形貌特征,并以炭化层孔隙结构为纽带,剖析了颗粒冲刷条件下热化学烧蚀和颗粒侵蚀之间的耦合关系.结果表明:(1)存在一个临界...     

应用预成型变厚片消除绝热层缺陷

固体火箭发动机绝热层在制造中易产生种种缺陷 ,影响了发动机的工作可靠性。本文简述了绝热层制造中缺陷产生的原因以及采用预成型变厚片消除缺陷的技术措施 ,并结合生产实际说明取得的经济效益及其应用推广价值     

箭上复合材料气瓶绝热性能数值分析和试验研究

为满足复合材料层使用温度不超过80℃的安全要求,安装在运载火箭发动机舱段的复合材料气瓶需包覆一定厚度的绝热层。本文结合40 L复合材料气瓶及绝热层的结构参数和材料物性参数,基于集总参数方法建立了考虑辐射、导热、自然对流的传热模型,分析了包覆绝热层后的瓶体绝热性能及绝热层厚度的影响,并开展了包覆5和10 mm厚度绝热层的复合材料气瓶绝热试验,数值模拟结果与绝热试验测量数据吻合良好。     

装药限燃包覆层脱粘和裂缝燃烧故障效应的试验研究

用模拟试验研究各种脱粘和裂缝燃烧对发动机造成的故障效应,为故障诊断和失效分析提供依据。自由装填限燃包覆层装药的脱粘燃烧,造成燃面增大和由于压力升高造成的燃速指数增大效应;具有贴壁的限燃包覆层的装药脱粘燃烧,还会产生极其强烈的侵蚀燃烧效应。浅裂缝燃烧只是造成燃面增大的效应;而深裂缝装药燃烧,还会产生极其强烈的侵蚀燃烧效应。无论是贴壁的限燃包覆层的装药脱粘燃烧或是深裂缝装药燃烧,均会在发动机点燃的初期,产生十分强烈的压力峰,如果燃烧室的安全裕度不是特别大,则会在发动机点燃后的短暂时间内发生爆炸。