石墨/AlSi耗散防热材料喉衬烧蚀试验研究

为提高石墨的耐烧蚀性能,利用压力浸渗方法将AlSi合金渗入石墨孔隙中获得石墨/AlSi耗散防热复合材料。利用小型烧蚀实验发动机开展了不同推进剂和压强工况下石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬和C/C喉衬的对比烧蚀试验研究,总结了推进剂铝含量、燃烧室压强对相对烧蚀性能影响,并分析石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理。结果表明,石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬线烧蚀率低于相同状态下C/C材料喉衬的线烧蚀率,其中在铝质量含量5%、压强12.5 MPa工况中石墨/AlSi喉衬线烧蚀率降低92%。分析认为石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理主要为:石墨孔隙内的AlSi合金通过熔化和气化相变吸收热量,降低了石墨基体的热负载;AlSi合金的熔化后在表面形成的液态膜阻碍了燃气中氧化性成分向石墨基体中的扩散;合金气化产生的Al、Si蒸气在引射作用下注入边界层,与边界层中氧化组分发生反应,降低其中的氧化组分浓度;AlSi合金氧化后形成的Al_2O_3-SiO_2玻璃态熔融层减弱燃气对喉衬机械剥蚀作用。最终石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬表现出优异的抗烧蚀性能。     

发射箱导轨用石墨填充碳/酚醛复合材料研究

采用石墨填充碳/酚醛模压复合材料技术成形导轨面材料,通过试验,研究和分析了材料各组分对材料摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,在石墨含量为10%,碳纤维含量为30%时,石墨、碳纤维填充酚醛树脂复合材料的摩擦磨损性能、烧蚀性能较好,且摩擦系数低,适于用作导轨表面材料。     

温度与湿度在各种复合材料的纤维/基体界面上产生的应力

本文采用弹塑性细观力学分析法研究了由于降温和随后的吸湿作用,在复合材料中,特别是在纤维/基体界面上所产生的应力。分析了四种聚合物基体复合材料,它们是高、中、低模量的石墨纤维、S 玻璃纤维与常用结构环氧为基体的复合材料。假定纤维体积含量为60%,采用了 GY—70,HMS 和 AS 石墨纤维、S 玻璃纤维和 Hercules 3501环氧的实测性能数据。     

镁合金管材热挤压过程数值模拟研究

为了得到综合力学性能良好的AZ31镁合金管材,采用有限元软件DEFORM-3D对AZ31镁合金的挤压过程进行了模拟,定性分析了AZ31坯料温度场的变化及等效应力的分布规律,并计算了管材不同方向的最大拉应力曲线。结果表明热挤压的等效应力在模角拐弯处应力集中严重,温度场分布接近终了时进入等温挤压阶段,热挤压管材的横向裂纹产生的可能性较大,分析结果为工艺实验提供了指导作用。     

沥青基C/C复合材料的制备及氧化行为

采用超高压浸渍-炭化方法制备了沥青基C/C复合材料,并对其在1273～1773 K氧化后的力学性能进行了测试,借助扫描电镜研究了该材料的氧化形貌.实验结果表明,在恒温下,随着氧化时间的延长,试样弯曲强度和模量逐渐减小,弯曲强度和模量与时间呈线性关系;而在恒定时间条件下,随着氧化温度的升高,试样的弯曲强度和模量亦逐渐减小...     

石墨纤维航天飞机助推器壳体

美国赫克力斯宇航分公司为航天飞机计划制作了石墨纤维复合材料的壳体分段。采用石墨纤维壳体的主要优点是可以增大航天飞机的有效载荷。下图示出的这个分段是由赫克力斯公司巴克斯厂复合材料结构中心制造的,将在今年初进行试验。这个分段系全直径壳体分     

SiC／Al复合材料的电阻率

探讨了用电阻法测量SiC/Al复合材料中纤维体积分数的可能性。同时,还研究了该复合材料经不同温度下处理后电阻率的变化。结果表明,只要将实测SiC/Al复合材料的电阻率乘以0.95,用电阻法确定其纤维体积分数是可行的。在873K以下处理SiC/Al复合材料后其电阻率无明显变化。在873K以上处理后其电阻率明显升高,表明用电阻法分析和判断SiC/Al复合材料中的界面反应是可能的。     

三辊剥离微纳米石墨薄片及其对环氧树脂性能的影响

为改善环氧树脂(EP)的使用性能,以尺寸约2mm、厚度约100μm的膨胀石墨(EG)和EP为原料,创新性地采用三辊研磨(TRM)技术连续剥离得到尺寸1～10μm、厚度10～20nm的大纵横比微纳米石墨薄片(GNPs),并进一步制备得到GNPs原位强化EP的复合材料。结果表明,制得的GNPs/EP复合材料的弯曲和拉伸性能随EG含量的增加呈现先升后降的变化,且当EG在EP中含量为1.0wt%时复合材料的性能最佳。与纯EP材料相比,该复合材料的弯曲强度、拉伸强度分别平均提高了31.9%、53.4%,这可能是由于GNPs与EP界面的紧密结合。本研究为进一步制备GNPs强化EP基碳纤维高强度航空复合材料奠定技术依据。     

C／C复合材料石墨化度的测定和评价

用Ｘ射线衍射方法对不同热处理温度下Ｃ／Ｃ复合材料石墨化度进行了测定，并对衍射峰进行了分峰处理。得出该材料由三种不同组元构成，即树脂炭，碳纤维和热解炭，求出各组元的石墨化度值及所占比例，进而得到试样的加权平均石墨化度。     

低密度碳/酚醛复合材料的制备及其性能研究

以降低传统碳/酚醛复合材料密度为目的,在对复合材料密度进行理论分析计算的基础上,采用在酚醛树脂中添加轻质填料的方法制备低密度碳/酚醛复合材料,按照正交实验法对轻质填料含量以及复合材料制备工艺参数进行分析与优化。结果表明,分别采用聚丙烯腈基碳纤维和粘胶基碳纤维作为增强材料,研制的碳/酚醛复合材料的密度分别为1.339 g/cm~3和1.211 g/cm~3,拉伸强度分别为294 MPa和131 MPa,剪切强度分别为15.0 MPa和14.7 MPa,室温热导率分别为0.215 W/(m·K)和0.476 W/(m·K),200℃热导率分别为0.340 W/(m·K)和0.599 W/(m·K),氧乙炔线烧蚀率分别为0.011 mm/s和0.030 mm/s,复合材料密度降低的同时,其他性能满足固体火箭发动机喷管烧蚀防热材料的使用要求。     

Friction Stir Welding of Metal Matrix Composites for use in aerospace structures

Friction Stir Welding (FSW) is a relatively nascent solid state joining technique developed at The Welding Institute (TWI) in 1991. The process was first used at NASA to weld the super lightweight external tank for the Space Shuttle. Today FSW is used to join structural components of the Delta IV, Atlas V, and Falcon IX rockets as well as the Orion Crew Exploration Vehicle. A current focus of FSW research is to extend the process to new materials which are difficult to weld using conventional fusion techniques. Metal Matrix Composites (MMCs) consist of a metal alloy reinforced with ceramics and have a very high strength to weight ratio, a property which makes them attractive for use in aerospace and defense applications. MMCs have found use in the space shuttle orbiter's structural tubing, the Hubble Space Telescope's antenna mast, control surfaces and propulsion systems for aircraft, and tank armors. The size of MMC components is severely limited by difficulties encountered in joining these materials using fusion welding. Melting of the material results in formation of an undesirable phase (formed when molten Aluminum reacts with the reinforcement) which leaves a strength depleted region along the joint line. Since FSW occurs below the melting point of the workpiece material, this deleterious phase is absent in FSW-ed MMC joints. FSW of MMCs is, however, plagued by rapid wear of the welding tool, a consequence of the large discrepancy in hardness between the steel tool and the reinforcement material. This work characterizes the effect of process parameters (spindle speed, traverse rate, and length of joint) on the wear process. Based on the results of these experiments, a phenomenological model of the wear process was constructed based on the rotating plug model for FSW. The effectiveness of harder tool materials (such as Tungsten Carbide, high speed steel, and tools with diamond coatings) to combat abrasive wear is explored. In-process force, torque, and vibration signals are analyzed to assess the feasibility of on-line monitoring of tool shape changes as a result of wear (an advancement which would eliminate the need for off-line evaluation of tool condition during joining). Monitoring, controlling, and reducing tool wear in FSW of MMCs is essential to the implementation of these materials in structures (such as launch vehicles) where they would be of maximum benefit.     

液体火箭发动机等倾角螺旋冷却通道加工技术

将液体火箭发动机燃烧室的冷却通道设计为斜航线(等倾角螺旋线)槽形，可以大幅度改善燃烧室的冷却性能。斜航线冷却槽的槽宽尺寸较小而槽深尺寸较大，所以无法使用棒铣刀铣削、电化学等加工方式。针对这些特点，提出了五轴控制、四轴联动的数控片铣刀铣削加工方法。由于燃烧室外表面的母线轮廓复杂，手工编制数控加工程序难度大。为了解决数控加工程序的编制问题，研究了斜航线的数学模型，开发了自动编程软件系统。使用该系统，可以生成多种母线轮廓回转体外表面上的斜航线数控加工程序。燃烧室收敛—扩张段的母线斜率变化大，加工难度大，是斜航线冷却通道加工的最典型工件。经过理论分析和实际切削实验，研究了针对该类型工件的片铣刀直径选择、铣削方式和方向、刀具调整和起刀点的设置等多项实际的加工方案。采用上述的一系列技术，已经成功地加工了数十个合格工件。经过两年多的实际生产过程应用，验证了所开发的斜航线冷却通道加工方法的正确性和可行性。这些加工技术的研制成功，对其他相似类型零件的加工亦具有参考意义。     

运载火箭贮箱壁板化铣旋转设备的设计

根据运载火箭贮箱壁板精密化学铣切减重的技术要求,分析了设计技术难点,通过确定制动电机,计算传动比、线速度,释放扭矩和消除两侧齿轮间隙等,研制了一套专用定位倍式化学铣切旋转设备。采用倍式转动化学铣切,减少了传动间隙,提高了转动扭矩和使用寿命加工精度,确保运载火箭贮箱壁板的精密化学铣切的要求。     

多相流环境下绝热材料烧蚀试验方法研究

为深入了解高温多相流环境中绝热材料烧蚀规律，以氧-煤油烧蚀试验系统为基础，采用氧化硼(B2O3)粉末为添加粒子，发展了一种用于绝热材料烧蚀性能测试的新方法，并进行了验证测试。结果表明：氧-煤油烧蚀试验系统的温度为500~2700 K，射流速度为200~1500 m/s，可通过调整燃烧室压力、烧蚀距离和粒子浓度等参数适应各种烧蚀工况；B2O3颗粒在高温射流中发生熔化、蒸发等相变，可用于模拟火箭发动机中的凝聚相粒子；验证试验中绝热材料的烧蚀率和烧蚀规律与其他多相流烧蚀试验结果相近。结果证明该装置可用于开展多相流环境下绝热材料烧蚀试验研究。     

钢球连接方式火工装置的结构强度校核

文章介绍了钢球连接方式火工装置中,钢球连接处的结构强度校核。通过经典的接触应力计算公式,结合钢球在火工装置上的具体使用情况,利用微变形理论,归纳出了火工装置上起连接承载作用的钢球连接方式新的强度校核判断法则。试验结果表明,该判据能够较为真实地反映火工装置上钢球连接方式的结构承载能力。     

球窝喷管接触应力及摆动力矩计算

用有限元法对球窝喷管阳球体、承力球窝法兰进行了应力－应变分析，采用间隙元计算了球窝喷管阴阳球体间的接触应力，求出了其分界面法线方向的压力；在此基础上，推导了球窝喷管摆动摩擦力矩的计算公式，计算了球窝喷管的摆动力矩。     

铝粉表面分子自组装对铝粉/聚醚胶片力学性能的影响

将自组装单分子膜（SAMs）技术应用于铝粉表面改性。设计并合成出DZ系列两官能团自组装分子，对铝粉表面进行改性处理，制备铝粉／聚醚胶片，测试了其力学性能，实验发现所采用的表面改性技术能有效地改善铝粉／聚醚胶片的力学性能，表面处理时间、温度、改性分子结构、溶液性质（浓度、pH、溶剂类别）等因素都能影响铝粉表面改性效果，从而影响聚醚胶片力学性能。     

大型液体火箭发动机喷管数字化铣槽加工系统

针对大型液体火箭发动机喷管几何尺寸大、廓形复杂、结构刚度低致使其冷却通道加工质量难以保证的难题,提出一种集“测量-数据处理-铣槽”于一体的喷管冷却通道数字化加工新方法,并在开放式数控平台上开发出喷管专用数字化铣槽加工系统。该方法利用喷管几何外廓的实际测量信息再设计出槽底曲面,进而实现高次曲线或参数曲线廓形、变壁厚变槽深喷管冷却通道的数字化加工。通过某型号火箭发动喷管的实际加工,表明所研制的双通道立式铣槽加工专用装备与系统可满足我国新一代大推力液体火箭发动机喷管冷却通道高质量、高效、高可靠的制造要求。
     

航天器机构固体润滑球轴承磨损失效模型

根据赫兹接触理论和运动学基本原理,推导了固体润滑球轴承的接触应力和滑动速度公式。基于“航天器机构固体润滑球轴承的失效主要取决于固体润滑膜磨损”的分析结论,建立了固体润滑球轴承的磨损失效模型,并用已有的试验数据进行了初步验证。     

纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用

制备了不同Ni、Cu比例的纳米NiCu复合粉,用差示热分析(DTA)法研究了纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米NiCu复合粉可显著降低AP以及AP/HTPB推进剂的热分解峰温,使总表观分解热明显增大,表现出显著的催化效果。Ni与Cu的比例对纳米NiCu复合粉的催化性能有较大的影响,随着Cu含量的增加,催化性能增强,以Ni60Cu40的催化效果最好。随着纳米NiCu复合粉加入量的增加,其催化作用增强。探讨了纳米NiCu复合粉催化AP热分解的作用机理。