航天器热防护材料的发展概述

文章简要介绍新型航天器的热防护材料的发展概况,重点介绍国内外碳/碳复合材料、超高温陶瓷材料、陶瓷基复合材料及新型隔热材料等热防护材料研究工作及其在飞行器上的应用,并对防隔热材料的发展趋势作简要评述.     

Pressure wave propagation characteristics in a two-phase flow pipeline for liquid-propellant rocket

The aim of this paper is to investigate the pressure wave propagation behavior in LOX/kerosene rocket engine pump pipeline. A pressure wave propagation model for gas–liquid two-phase flow with phase change taken into consideration is first proposed by using ensemble-averaging techniques. Then condensation of gas oxygen in subcooled liquid oxygen and the corresponding mixing process in pump pipeline are numerically simulated with the application of thermal phase change model in Computational Fluid Dynamics code CFX. Finally, based on the established model and the predicted flow parameters, pressure wave in gas–liquid pipeline flow, characterized by the propagation speed and the attenuation coefficient, is studied by personally compiled code on MATLAB. The calculation results indicate that the propagation speed of two-phase pressure wave first slightly falls and then increases with the decreasing void fraction along the flow direction, and the increase of angular frequency causes the propagation speed and the attenuation coefficient of two-phase pressure wave to increase. The vapor bubble diameter, mass flow rate and inlet temperature of gas oxygen are shown to have strong effects on the mixing flow condensation process of gas oxygen and liquid oxygen. Bubble with larger diameter can weaken the condensation process, and leads to greater cross-sectional mean void fraction of gas oxygen. This phenomenon results in an overall decrease in pressure wave propagation speed and an increase in attenuation coefficient except for the short slug-flow region located at the pipeline inlet. Similar effects can also be achieved by increasing the mass flow rate or the inlet temperature of gas oxygen.     

RBCC发动机火箭出口结构热防护研究

基于目前RBCC组合发动机开展了火箭出口位置结构热防护的研究,该发动机结构形式为火箭从冲压发动机燃烧室侧壁嵌入,火箭出口紧贴冲压发动机燃烧室壁面。火箭出口超高温、高热流、冲刷大的特点,导致该位置热环境非常严酷,为了探索火箭出口位置热防护结构,开展了三种结构热防护方案的试验研究。研究结果表明,石英/酚醛内壳和高温合金外壳复合结构热防护方案能够满足30s量级的地面试验,能够满足火箭出口恶劣环境的热防护要求。研究结果还表明,热防护材料至关重要,高温合金材料不适合应用于火箭出口热防护;高硅氧/酚醛材料虽然基本能满足试验的热防护需求,但其抗烧蚀性能略低,尤其当材料完全炭化后产生的强度降低、收缩、分层、热导系数增加等问题,在更长时间试验中会导致热防护失效,针对这些问题,本文提出了进一步研究建议。     

国产高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板热循环适应性研究

国产CCM40J-6K高模碳纤维基板的空间高低温热循环耐受性是决定其是否可以大规模应用于空间太阳电池板的关键因素,必须解决交变热环境下的面板与电池电路的匹配性和长寿命问题。本文以国产CCM40J-6K高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板为研究对象,开展了热循环环境适应性试验研究,分别从国产和进口碳纤维基板适应高低温交变能力对比、国产碳纤维基板铺设电池电路后适应热环境能力以及电池板在轨寿命等3个方面进行测试试验。结果表明：国产碳纤维CCM40J-6K所构成的电池板综合性能与进口M40JB-6K相当,CCM40J-6K基板与三结砷化镓电池片匹配性良好,国产碳纤维电池板经疲劳热循环后的开路电压和短路电流的变化率分别为0.55%和0.24%,太阳电池片和玻璃盖片外观完好无损,太阳电池电路与基板聚酰亚胺面保持绝缘,且碳纤维表面无脱粘现象。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳电池板研制。     

热阻式热流传感器校准装置研究

介绍了热流传感器的主要应用场合,说明了建立热阻式热流传感器校准装置的重要意义,论述了热阻式热流传感器的测量原理及其校准方法,对保护热板法的国内外研究现状进行了总结。设计了保护热板法校准装置,实现热阻式热流传感器量值的准确溯源。     

低能质子对卫星热控涂层太阳吸收率的影响

空间低能质子由于沉积能量在表层对卫星外露热控涂层太阳吸收率参数有较大影响,文章首次对地球同步轨道卫星6种热控涂层进行低能质子辐照试验研究,试件是S781有机白漆、SR107-ZK有机白漆、ACR-1有机白漆、OSR二次表面镜、F46二次表面镜和Kapton二次表面镜。试验采用能量48keV的质子,在真空条件下累积辐照360h,累计注量达到2×10~(15)p/cm~2。在辐照过程中原位测量热控涂层的太阳吸收率参数。这些热控涂层的太阳吸收率参数都有不同程度的明显上升。其中,有机白漆类热控涂层的太阳吸收率参数上升最快,其次是塑料薄膜类热控涂层(F46二次表面镜和Kapton二次表面镜),最稳定的是玻璃类热控涂层(OSR二次表面镜)。对试验前后试件的SEM分析和XPS分析表明,热控涂层中的颜料结构和聚合物结构在辐照下发生变化,形成不饱和链发色团和色心,使原来透明聚合物和高反射的颜料对太阳光产生吸收,从而引起热控涂层太阳吸收率参数上升。     

通信卫星平台热分析建模方法研究及温度预示

对通信卫星平台进行热分析 ,用热平衡试验结果对计算结果进行比对和修正 ,达到计算误差与试验误差基本在± 5℃范围内的效果 ,确立该平台热分析建模方法 ,该方法也可为其它卫星平台所借鉴     

Sm2Zr2O7基热障涂层材料研究现状

由于航空发动机不断向高效率、高推重比方向发展,发动机热端部件表面热障涂层的服役条件也越来越苛刻。稀土锆酸盐作为新型热障涂层材料,其开发和应用受到越来越多国内外学者的关注。Sm₂Zr₂O₇材料在一系列稀土锆酸盐中具有烧绿石结构稳定、低热导率和高热膨胀系数等优点,具有良好的应用前景。为满足热障涂层更高的服役要求,Sm₂Zr₂O₇的掺杂改性及性能研究也成为了研究热点。首先,对热障涂层材料进行了简要概述,然后就Sm₂Zr₂O₇基陶瓷材料及其涂层的晶体结构、热物理性能、力学性能以及抗腐蚀性能等的研究进展进行了详细的介绍,为该材料在热障涂层领域的研究及应用提供参考。     

等离子-物理气相沉积硅/莫来石/硅酸镱环境障涂层的高温防护和耐热冲击性能研究

通过SiCf/SiC复合材料表面等离子喷涂(APS)硅黏结层和莫来石中间层,等离子-物理气相沉积(PS-PVD)制备硅酸镱面层,喷涂的整个环境障涂层体系组织致密,PS-PVD工艺制备的硅酸镱为层状结构,孔隙率＜1％.研究了 SiCf/SiC复合材料环境障涂层的抗静态氧化、循环氧化、水汽腐蚀和热冲击性能,发现复合材料表面...     

缝隙流动分析及其热环境的工程计算

分别对不同外界流动条件下缝隙内的流动及其形成机理进行了探讨，确定了狭窄缝隙内的流动结构和缝隙内气体的传热过程，经过适当而合理的简化，得出了缝隙内气体的传热模型及热环境计算模型。用有限差分方法对缝隙内热环境进行了数值计算，得出不同外流条件下缝隙内热环境受外界气流影响深度与来流参数的关系曲线。从缝隙流动机理方面说明了计算结果的合理性。并对缝隙内热环境的计算结果进行了试验验证。分析和试验证明，提出的计算方法具有工程实用精度。