补强型氢化丁腈橡胶力学与粘接性能研究

研究了纳米炭黑对氢化丁腈橡胶力学和粘接性能的影响,首先研究了补强型氢化丁腈橡胶邵氏A硬度与纳米炭黑添加量之间的关系。结果表明:随着纳米炭黑添加量的增加,补强型氢化丁腈橡胶的邵氏硬度有小幅增加;其次还研究了补强型氢化丁腈橡胶压缩永久变形与纳米炭黑添加量之间的关系,当纳米炭黑添加量为50份时,压缩永久变形降低到27.6%,该性能参数对要求压缩永久变形较大的密封有利;随着纳米炭黑添加量的增大,补强型氢化丁腈橡胶扯断强度亦逐渐增大,当添加份数为50份时,扯断强度达到24.2 MPa,补强效果良好。最后研究了添加50份纳米炭黑的粘接性能,经测试,粘接强度为10.2 MPa,且为胶层间破坏,粘接良好。目前,该补强型氢化丁腈橡胶密封件已用于北方某油田密封装置之中。     

固体推进剂体积形变实验研究

介绍和分析了自行研制的非接触测量体积形变测试系统。采用该系统测出了固体推进剂在不同温度下的体积松弛模量和体积蠕变柔量,并给出了相应的体积模量主曲线的数学表达式.该结果对药柱结构完整性分析、配方工艺研究和使用寿命预估均有实用意义。     

三元乙丙橡胶绝热层老化性能试验研究

为了准确获得某固体火箭发动机燃烧室三元乙丙橡胶绝热层长期常温库房贮存的老化情况,分析总结绝热层的老化规律,准确预估出绝热层使用寿命,通过加速热老化试验方法,测定了不同试验温度和周期内绝热层的拉伸强度、延伸率、粘接强度、硬度等力学性能数据.研究发现拉伸强度、粘接强度、硬度随加速热老化时间、温度变化不大;而不同温度下的绝热层延伸率随着不同老化周期有不同的变化趋势.对加速热老化试验的延伸率进行多点外推(寿命方程)处理,结果表明在20℃下该绝热层回归值的95%置 信下限对应贮存期下限为17.69年.     

针刺C/C复合材料高温力学性能试验及本构关系

为研究针刺C/C复合材料高温下力学性能,通过C/C材料试件不同温度下的拉伸、压缩及剪切性能试验,观察试件在高温和外载荷作用下的破坏模式,获得了材料不同温度下的应力-应变曲线。基于对Jones-Nelson-Morgan模型改进并引入温度系数,建立了C/C复合材料高温本构关系模型,并与试验结果进行了对比。结果表明,在温度≤1800℃,针刺C/C材料为线弹性本构关系,C/C材料拉伸、压缩及剪切强度均随温度的升高呈先升高、后降低趋势,在温度≥1600℃后,强度逐渐降低;建立的高温本构模型计算结果与试验结果吻合较好; C/C材料整体表现为脆性破坏,拉伸破坏纤维拔出尺寸较短,压缩破坏断口呈现45°豁口。     

航天推进剂废气废液燃烧处理实验

针对航天生产试验现场有毒推进剂废气废液的无害化处理,设计了一种火箭煤油/空气燃烧处理装置,通过富燃/富氧高温燃气处理硝基类氧化剂/肼类燃料的废气废液。基于该燃烧处理装置,分别进行了燃烧器性能调试以及N_2O_4与甲基肼的废气与废液处理实验。实验结果表明,燃烧装置在两种基本工作模态下,燃气温度小于1 200℃,燃烧高效、稳定;N_2O_4在处理流量0～20 g/s时,排放物中NO_x浓度最高为25 ppm,燃气温度小于1 200℃;在甲基肼处理流量6 g/s时,排放物中VOC浓度小于0.05 ppm,NO_x浓度小于2.0 ppm,其中燃气最高温度随甲基肼流量增加不断增大,最高达1 300℃。该燃烧处理装置可实现对有毒航天推进剂高效、彻底的处理,废气排放符合相关标准要求。     

超高强高韧马氏体时效钢热变形及航天应用研究

对于航天用超高强高韧C300马氏体时效钢来说,热加工过程中获得等轴细小的再结晶晶粒是实现该钢强韧性最佳匹配的关键环节。采用Gleeble-3800热模拟试验机在温度为850～1 150℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)的条件下,对超高强高韧C300马氏体时效钢进行高温轴向压缩变形试验,获得了高温流变曲线,并观察变形后的金相组织。结果表明:C300马氏体时效钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;试验钢在真应变为0.92、应变速率为0.01～10 s~(-1)的条件下,随着变形速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高,最佳热变形温度区间为1 050～1 150℃;测得试验钢的热变形激活能Q值为391.2 kJ/mol,建立了其热变形本构方程。结果能为C300马氏体钢的数值模拟和热加工工艺的制定提供理论基础。     

PBT基复合固体推进剂高温蠕变行为研究

针对叠氮类推进剂高温软化问题,通过蠕变试验研究了某3,3-二叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃共聚醚(PBT)基复合固体推进剂高温力学性能。结果表明,叠氮聚醚推进剂高温蠕变性能与应力、温度强烈相关,尤其是载荷效应明显。T-1、T-2和T-3试样在50℃、0.1 MPa条件下蠕变应变值分别为7.01%、7.98%和21.77%,增塑比较大的试样高温软化现象明显。高温蠕变形变中,主要是高弹形变,其所占比重明显大于普弹形变和永久形变总和。运用时温等效原理对叠氮聚醚推进剂长期蠕变性能预测过程中,T-1、T-2和T-4试样的蠕变柔量主曲线时间范围扩展至3.4×10~8、1.9×10~8、9.1×10~7s。在考察的时间尺度范围内,试样的蠕变柔量变化相对较小,并未明显表现出蠕变破坏阶段。     

航天继电器步退加速寿命试验温度应力周期的确定方法

提出步退加速寿命试验各温度应力周期的确定方法。根据继电器的材料属性和工作环境确定试验的最高温度和最低温度分别为120℃和40℃,通过Arrhenius方程确定另外2个试验温度为54℃和76℃。考虑参数退化的物理意义,通过因子分析和典型相关性分析,将单维参数融合为包含多维参数信息的综合数据。根据每组样本的系数权重将参数失效阈值转化为相应值,得到吸合时间、超程时间、弹跳时间、吸合电压和接触压降这5个参数的综合阈值。继电器的损伤程度可以通过融合得到的综合参数体现,通过等损伤量方法确定40℃、54℃、76℃、120℃四个温度应力各自的试验周期。最终得到步退试验下,各应力等级的试验周期确定方法并建立模型,该方法为步退加速寿命试验应力周期的确定提供了很好的角度。     

热损失对燃气蒸汽式发射动力系统内弹道计算影响

传统发射动力系统使用定能量系数修正内弹道计算模型,提高了内弹道特征值计算精度,但内弹道参数曲线计算值与测试值存在一定偏差。某型燃气蒸汽式发射动力系统发射筒内压力计算值与测试值存在一定的偏差,经分析内弹道模型中假设能量系数为常数是造成发射筒内压力计算偏差的主要因素。为了获得能量系数随时间的变化规律,通过使用热损失经典算法和试验研究相结合的方法,对发射动力系统工作过程中的热损失进行了计算研究,发射动力系统总的热损失为32 969.6 kJ,能量系数随发射动力系统工作逐渐增加。使用变能量系数修正内弹道计算模型对发射内弹道进行计算,计算结果表明变能量系数可有效提高导弹发射筒内压力的计算精度,同时经过分析燃气发生器和弯管仍具有降低热损失的潜力。     

U-E密封设计研究

基于ABAQUS平台建立了发动机燃气摇摆装置——推力室对接法兰处用U-E密封有限元模型,采用ABAQUS/Standard模块隐式算法求解了U-E密封与法兰副相接触时,UE密封环结构参数;主、副密封唇压缩量发生变化时,压缩量与密封环等效Mises应力、塑性应变和接触压强之间的关系等。由此得到了U-E密封材料选择准则与密封结构设计准则,采用该设计准则设计、制造的U-E密封通过了37.5 MPa液压强度和25 MPa高压气密试验。试验结果表明:U-E密封设计准则正确、合理、适用,密封性能满足使用要求。     

液氧/甲烷高压补燃火箭燃烧室研究

采用一台小型推力室对液氧/甲烷推进剂的高压补燃火箭燃烧室进行了实验评估,富燃预燃室和主燃室均单独进行了试验.预燃室/主燃室装置的试验条件是:主燃室压力7—9.6MPa,混合比3.1—3.7.预燃的燃气温度760—1070K,推力范围4.6—6.4kN.试验评估了在使用不同类型的主喷注器和预燃室喷注器时,预燃室和主燃室的燃烧性能、主燃室内的热通量分布以及室壁和喷嘴表面的积碳特性.此外,还推导了表征主燃室燃烧效率的经验公式.实验装置的任何部位均未出现严重的积碳,也未检测到由于室壁的积碳而引起热通量的明显减小.     

固体推进剂粘弹性泊松比应变率-温度等效关系

固体推进剂粘弹性泊松比严重影响着药柱结构完整性的分析精度。针对点火增压过程药柱的受力特点,基于数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法,设计了可测试推进剂粘弹性泊松比的单向定速拉伸试验,研究了温度和拉伸速率对推进剂粘弹性泊松比的影响规律,利用粘弹性材料参数的应变率-温度等效原理,建立了参考温度下推进剂粘弹性泊松比的应变率主曲线。研究表明,推进剂的粘弹性泊松比随温度和拉伸速率的增大而增大,当拉伸速率达到500mm/min时,推进剂泊松比逐渐趋近于某一常值。考虑到发动机点火增压过程,药柱的加载速率一般在0.5 s-1以上,应变率较大,因此可以将推进剂的泊松比取为一常数,但必须考虑发动机的工作温度,选取合适的泊松比。相关方法和结论可为固体发动机结构完整性分析和贮存寿命预估提供参考。     

表面张力贮箱电子束焊接工艺研究

通过研究对接式和搭接式焊缝试板电子束流与焊缝熔深之间的关系、焊接顺序与角变形高度之间的关系,得出了表面张力贮箱前(后)舱推进剂管理装置上(下)组件电子束焊接工艺规范,即加速电压为60 kV,焊接速度为500 mm/min,工作距离为300 mm,电子束流为6 mA,聚焦电流为2.11 A,电子束偏移量为0.1 mm的焊接工艺规范.采用该工艺规范焊接的表面张力贮箱前(后)舱推进剂管理装置上(下)组件焊后和振动试验后的泡破点实测值满足设计要求.该表面张力贮箱已用于某型号上面级液体发动机.该发动机已通过了地面热试车考核.     

宽范围热流密度丝状加热装置的设计仿真与试验研究

为满足航天器热试验对宽范围外热流模拟的需求,设计研发了一种“随形式”丝状加热装置。该套装置基于铠装加热丝设计,可根据产品不同的形状和表面状态加工,该套丝状加热装置理论上可实现20～1500 W/m²的宽范围热流密度的模拟;在真空低温条件下实际测试其稳态温度控制精度在±0.35℃以内,温度稳定性在±0.7℃以内,热流不均匀度优于2.5%。     

基于热变形补偿的双材料低温镜头支撑结构研究

文章以红外遥感器高灵敏度探测要求为背景,针对140K的在轨工作环境,给出了一种基于热变形补偿的双材料低温镜头支撑结构的设计方案。依据温度变化得到透镜热变形,以满足热变形补偿为目标对支撑结构设计方案进行理论校核,并建立低温镜头有限元模型进行各项仿真,校核结果表明支撑结构与透镜的热变形差距在0.005mm内,基本实现了高精度热胀系数匹配。以低温热胀系数、透镜面形为测量指标,对实体结构进行真空140K低温热试验。测试结果表明该镜头热胀系数匹配精度优于0.22×10^-6/K,透镜低温面形变形量均方根误差小于0.051λ(λ=632.8nm,为波长),基本达到透镜低温面形要求。该方案可为后续红外遥感器低温镜头热匹配技术研究提供一定借鉴和参考。     

微晶玻璃低温线膨胀系数测试

在多光谱地面定标设备中,光学系统为满足红外波段定标需要消除杂散光,试验中光学镜的温度应降到～170℃以下。由于温差很大,在光学镜及其装卡机构设计中,必须考虑材料的线膨胀因素。为掌握光学镜低温下的变形情况,同时也为镜框的设计提供设计依据,因此设计前采用了简单易行的测试方法,即用低温应变片测试所用光学材料微晶玻璃的低温线膨胀系数。     

低密度C/C隔热材料快速低成本制备及性能研究

以轻质粘胶基碳毡为增强体,采用压力浸渍树脂/常压炭化工艺(PIC)引入树脂碳作为基体,从而制备出体密度、开孔率分别为1.05 g/cm~3和35.65%的C/C隔热材料,并对材料的力学性能、热物理性能和隔热性能进行了测试分析。结果表明,室温下C/C隔热材料的水平剪切强度和弯曲强度分别为2.97 MPa和11.7 MPa,其载荷-位移曲线呈典型的"抛物线"状,表明材料的韧性较好;随着温度的升高,C/C隔热材料的比热容和热导率均逐渐增大,但后者的增幅更小,1000℃时其值仅为0.922 W/(m·K);平均热膨胀系数则随着温度的升高呈现先升后降的趋势,RT～1000℃的平均热膨胀系数仅为1.326×10~(-6)/℃;通过氧乙炔静态烧蚀试验测试C/C隔热材料的烧蚀隔热性能,当烧蚀面的最高温度达到2450℃时,其背面温度仅为357℃,表明材料具有良好的隔热性能。     

1700℃高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。     

1700°C高温、有氧及时变环境下隔热性能试验研究

针对高超声速飞行器面临极端高温热环境、飞行器外壳单侧面受热以及温度历程非线性时变的特点,自行设计并建立辐射式极端高温氧化环境下的单侧面试验加热装置,实现了1700℃高温有氧环境下对高超声速飞行器热防护材料的隔热性能试验测试。同时,对轻质陶瓷材料试验件和新型陶瓷、纳米材料复合结构在高达1700℃的高温氧化环境下的隔热性能进行试验测试,并对不同材料及其组合模式进行对比分析,优选高效能的隔热方案,发现陶瓷、纳米材料复合结构试验件比单层轻质陶瓷材料试验件的隔热效果提高了约50%。另外,生成了极端高温非线性时变热环境,并进行相应的隔热性能试验。通过建立极端高温、有氧、单侧面加热、非线性时变热环境试验系统及其实际应用研究,为高超声速飞行器的热防护设计提供重要的试验手段。     

低燃速的端羧基聚丁二烯丙烯腈(CTBN)推进剂

对端羧基聚丁二烯丙烯睛(CTBN)液体共聚物为粘合剂的极低燃速的复合固定推进剂进行了论证。本计划的目的是,研制一种用于燃气发生器的(StarterCartridge)、压力在70公斤/厘米~2(100磅/英寸~2)下,燃速指标为1.78毫米/秒(0.070英寸/秒)的推进剂。选择了双环氧交链系统的低丙烯睛 CTBN 粘合剂,因为它的老化性能和工艺性能较之一般的粘合剂材料优越。在改进的 MK6气体发生器装置中,用浇注单孔圆柱形的、端面包复和外圆柱面包复的推进剂药柱进行弹道性能评定。用50%双级配的过氯酸胺、30%CTBN 粘合剂和20%装填密度高的硝基胍组成的推进剂配方成功地满足了设计要求,在要求的压力与温度25℃(77°F)下,达到了1.70毫米/秒(0.067英寸/秒)的燃速指标。当压力在35公斤/厘米~2(500磅/英寸~2)到70公斤/厘米~2(1000磅/英寸~2)范围内,温度在-54℃和74℃之间时,所测得的温度敏感系数π=0.36%/℃(0.20%/°F)。通过初步的力学性能和物理性能试验表明,此种类型的药柱设计在工作条件下,是合格的。因此,这种推进剂用于各种低燃速的场合似乎是有吸引力的。