硅基防热材料表面流动特性研究

硅基复合防热材料在气动热试验时,表面有大量的熔融物质在气流作用下形成流动的液态层,其表面流动特性直接影响防热材料表面温度、质量损失和线烧蚀量,也间接决定了防热材料的烧蚀性能和隔热性能。本文通过烧蚀机理分析和光学非接触式测量的方法,研究某类硅基材料的流动特性。烧蚀机理分析将熔融物质视为液态边界层,研究其与固体防热材料表面之间的运动特性,同时考虑质量引射效应和液态层蒸发现象,得出液态层流动速度与气流剪切力、液态层厚度和液态层动力黏度的相关公式。光学非接触式测量方法以3D摄影测量为基础,结合PIV增量相关匹配算法和光流法,研究熔融液滴在固体防热材料表面整体的和单一的运动特性。在某一特定的流场状态下,对于表面液态层流动速度,烧蚀机理计算结果为26mm/s,而光学非接触测量结果为10mm/s。两种方法的误差来源主要是理论假设、材料参数和测量区域等方面的不同。研究结果表明,液滴之间具有很强的相互作用且流动速度差距较大,烧蚀机理分析可以做为工程计算方法预估试验结果,而光学非接触测量可以做为烧蚀机理分析的验证手段,并给出防热材料在试验过程中的烧蚀特性。     

高强化活塞烧蚀失效研究

运用软件AVL FIRE对某型柴油机进行了有近壁燃烧工况时的燃烧特性的数值模拟,同时确定了该型柴油机在有近壁燃烧工况时活塞有限元计算的热边界条件,运用软件ANSYS进行了活塞的烧蚀过程有限元分析,得到了近壁燃烧对活塞烧蚀的影响规律,进行了活塞烧蚀的实机试验,模拟计算结果与试验结果基本吻合.结果表明:所建立的烧蚀计算方法可以很好地模拟活塞的烧蚀过程;柴油机喷油器喷孔磨损变大将导致活塞喉口附近燃气温度和壁面传热系数在较大的曲轴转角内都保持较大的数值,从而使活塞发生烧蚀失效;烧蚀量随着喷油器孔径的增大先增大后减小,在孔径增大15%时达到峰值;烧蚀量随着烧蚀时间的增大而增大,但烧蚀的速度在缓慢减小.      

树脂基防热材料长时间烧蚀后的变形问题

针对树脂基防热材料长时间烧蚀后变形问题进行了分析,通过对某改性石英纤维织物/酚醛复合材料烧蚀后碳层厚度、不同温度线胀系数及力学性能的测试分析,提出内部热应力是导致材料长时间烧蚀后变形的主要原因.     

碳基材料氧化烧蚀的双平台理论和反应控制机理

针对高超声速飞行器所到达的表面温度和压力范围,就碳基材料在氧化速率控制区、过渡区、扩散控制区的烧蚀特性开展了深入研究。发现CO2在烧蚀过程中扮演重要角色,是不能忽略的。无因次质量烧蚀率随温度变化的曲线应该存在两个平台,且都属于扩散控制区,而不是此前普遍认为的只有一个平台。从理论上阐明了双平台产生的机理,发现第一平台是由于生成CO2将氧消耗完产生的,另一个平台是生成CO引起的。文献中所谓的"快反应"和"慢反应"之说反映问题是不全面的,它们只是我们给出的新模型的两种极端情况,用一个统一的模型就可以将它们连接起来,而且随着温度的升高,会从所谓的"快反应"经过第一平台自动过渡到"慢反应"。双平台理论澄清了此前的一些争议,并且得到了试验证实,为准确预估烧蚀量奠定了基础。     

气体压力对钛合金电火花诱导烧蚀加工的影响

氧气在电火花(EDM)诱导烧蚀加工过程中起到参与氧化放热、蚀除金属和冷却的作用。以气体压力为研究对象,通过理论推导,证明增加气体压力可提高气体流速、减小气体分子平均自由程、提高氧化扩散速度和气体蚀除力以及加速能量散失。通过测得不同气体压力下的击穿电压、击穿延时和工作电压,试验证实了气体压力对击穿电压和击穿延时有较大影响;通过建立EDM诱导烧蚀加工放电等效模型,表明工作电压变化是由电极和工件表面氧化引起的。研究了气体压力对EDM诱导烧蚀加工材料蚀除率(MRR)、相对电极损耗(REWR)和表面粗糙度的影响。结果表明:随着气体压力增大,材料蚀除率先增加后降低,电极相对损耗缓慢减小,表面粗糙度显著降低。     

酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能

为考察纳米孔径的酚醛树脂基泡沫碳材料的烧蚀与隔热性能,以酚醛树脂为碳源,环戊烷为发泡剂,吐温80为表面活性剂,对甲苯磺酸为固化剂,采用发泡固化碳化工艺制备了低密度泡沫碳材料。所制备的泡沫碳材料密度为0. 3 g/cm^3,压缩强度达到了11. 7 MPa。采用LFA457激光导热仪考察了泡沫碳材料在不同温度下(25、200、400、600℃)的导热性能,25℃下热导率为0. 141 W/(m·K),600℃下热导率为0. 344 W/(m·K);通过氧乙炔试验(30 s/60 s)对泡沫碳材料与C/C复合材料在同样的气流条件下隔热性能进行了比较,在材料正面烧蚀峰值温度泡沫碳材料比C/C复合材料高出约400℃的情况下,背面峰值温度比C/C复合材料仍低出150℃;通过氧乙炔试验考察泡沫碳材料的抗烧蚀性能,氧乙炔烧蚀60 s的线烧蚀率为0. 031 mm/s。试验结果证明低密度的泡沫碳材料同时具备优异的隔热与高温抗烧蚀性能。     

泰氟隆烧蚀动力学在激波管中的研究

本文给出一种用激波管研究材料烧蚀的方法。这一方法的基础是对烧蚀气相产物进行全样色谱分析,求得气相产物的总量,最后直接得到样品的烧蚀速率。用此方法对泰氟隆材料进行研究求得在高温下聚四氟乙烯的表面烧蚀速率为1.6×10~-2exp(-18400/RT)mol·Cm~-2·s~-1,(1400K相似文献   

电弧加热器变参数运行技术研究

电弧加热器通过调节空气流量和电弧电流实现变参数运行,可以更接近实际地模拟飞行器再人轨道。笔者论述了电弧加热器变参数运行的技术原理、试验设备改造、测试探针研制及原理性试验等。研究结果表明：供电、供气、控制等系统经过适当改造,电弧加热器可以实现变参数运行。     

外啮合齿轮泵产生噪声的原因探究及解决方法

通过分析与研究,详细分析了外啮合齿轮泵噪声现象的机理:(1)外啮合齿轮泵制造精度不够;(2)外啮合齿轮泵高速旋转时出现抽空现象或者是吸油管路中途吸入空气;(3)外啮合齿轮泵出现困油现象而没有设计相应的缷荷槽;(4)外啮合齿轮泵采用较大正变位齿轮,齿数较少,排油压力脉动率增大,使外啮合齿轮泵产生噪声;(5)进出油口压力过大,压力急剧上升出现较大冲击,从而产生了噪声和振动。对此有针对性地设计出了消除外啮合齿轮泵噪声现象的特殊结构,不但大大降低了噪声现象,而且还提高了外啮合齿轮泵的容积效率。可为今后设计高质量的高转速外啮合齿轮泵提供一条新的途径。     

填充纤维及阻燃剂对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响

研究了填充纤维、阻燃剂种类及用量对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响。结果：当芳纶纤维的最佳填充量为5－8份，含磷阻燃剂的最佳用量为15－25份情况下，它们可显著提高EPDM绝热层的耐烧蚀性能。