四向复合材料基材结构的研究

四向碳-碳复合材料是随宇航工业而发展起来的高性能新材料，四向立体织物（简称4D织物）是这种新材料的基材，也可以制成其它不同用途的各种新型四向复合材料。本文以矢量运算方法导出了4D织物的单元结构、整体结构及内部截面，建立了4D织物的组织循环，并对4D织物中纤维束的形状进行了探讨。     

粒子云侵蚀问题实验研究中动能通量模拟的意义

本文首先将粒子云侵蚀条件下的驻点表面后退分解为无粒子烧蚀部分、粒子云引起的烧蚀增量部分和粒子撞击物面引起的直接侵蚀部分。然后研究了表面能量平衡关系,给出了粒子云引起的烧蚀增量表达式。最后分三类讨论粒子与飞行器的碰撞:(1)完全弹性碰撞(不符合实际);(2)完全非弹性碰撞;(3)部分弹性碰撞。对于后两种碰撞,本文分析了动能通量模拟适用的条件。     

固体冲压发动机喷管用C/C-SiC复合材料

采用"化学气相渗透+先驱体浸渍裂解"(CVI+PIP)混合工艺制备固体冲压发动机用C/C-SiC复合材料喷管内层,综合考查复合材料的微观结构、弯曲性能和抗烧蚀性能以及固冲发动机C/C-SiC喷管内层水压和点火实验。结果表明:复合材料的弯曲强度达到197 MPa,且断裂破坏行为呈现典型的韧性模式;复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,氧化烧蚀200 s后线烧蚀率仅为0.0063 mm·s-1;研制的C/C-SiC复合材料构件的水压爆破压强为6.5 MPa,表明构件具有良好的整体承载能力;C/C-SiC复合材料喷管内层高温综合性能通过了固体冲压发动机点火实验考核。     

2D C/SiC-ZrB2复合材料的烧蚀性能

用ZrB2微粉对2D C/SiC基体进行改性,研究了化学气相渗透结合浆料浸渍及先驱体浸渍裂解工艺制备2DC/SiC-ZrB2复合材料在氧-乙炔焰和1800℃甲烷风洞环境中的烧蚀行为.结果表明:在氧-乙炔环境中,2D C/SiC-ZrB2的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为6.1×10-2 mm/s和1.0×10 -2g/s,相对2D C/SiC复合材料而言,ZrB2微粉并没有提高C/SiC复合材料的抗烧蚀性能.在1800℃甲烷风洞环境中,涂层致密度起主要作用,涂层致密度相同时,复合材料的开气孔率越大,质量烧蚀率越大,ZrB2微粉的渗入对C/SiC复合材料的烧蚀性能影响不大.     

电弧风洞加热条件下聚四氟乙烯烧蚀热响应特性

高温加热条件下,由于聚四氟乙烯的热解,对烧蚀温度场计算结果有较大影响,为了提高聚四氟乙烯烧蚀温度场计算精度,建立了聚四氟乙烯烧蚀温度场计算方法,对电弧风洞加热条件下聚四氟乙烯表面烧蚀热响应特性进行了验证研究。理论计算和试验测量结果对比表明:230～323℃升温区间内,随时间增长,温度逐渐升高,理论计算与试验测量结果变化趋势一致;323～680℃升温区间内,随时间增长,试验测量温度逐渐升高,理论计算温度为定值,理论计算与试验测量结果存在一定偏差;680～390℃降温区间内,随时间增长,温度降低,理论计算高于试验测量值,这与理论计算烧蚀量存在偏差有关。采用聚四氟乙烯材料烧蚀温度场计算方法,可以有效模拟高温加热条件下聚四氟乙烯热响应特性,从而为产品设计提供参考。     

透射式激光烧蚀PVC冲量耦合性能实验

激光烧蚀推进是激光推进中最有应用前景的研究分支,吸引了国内外大量学者的关注。为了研究透射式激光烧蚀条件下靶材厚度和激光能量对冲量耦合性能的影响,以二极管激光器作为能量源,玻璃作为透射层,对不同厚度、不同入射激光能量条件下,掺碳质量分数为2%的PVC薄膜进行了透射式激光烧蚀实验研究。冲量耦合系数最高为65.78μN/W,与国内外相关报道的数据相比较,结果规律一致性较好。研究结果证明了双层结构靶材的透射式激光烧蚀可以提高冲量耦合系数,入射激光能量与靶材厚度对冲量耦合性能影响较大。     

一种可紫外光固化新型耐烧蚀涂料研究

基于巯基-乙烯基光引发逐步聚合机理,以含有乙烯基的液态硅氮烷预聚物与多元巯基化舍物为基体,辅以某种陶瓷微粉作为填料,研制了一种可紫外光固化的新型耐烧蚀涂料.采用等温差示光量热扫描(DPC)和测试固化度研究了填料添加量对紫外光固化放热行为和一次成型厚度的影响关系.结果表明:在制备0.5 mm厚的涂层时,填料添加量逐渐从0增至5%(质量分数,下同),固化放热峰值和放热量随添加量的增大而逐渐减小,且固化放热峰从尖锐逐渐趋于平坦,这是由于填料的加入使得涂料变为不透明,对入射的紫外光线产生了衍射/反射作用,从而减弱了辐照强度;填料添加量大于10%时,明显阻碍光固化反应的发生,涂层的一次成型厚度随填料添加量的增加而降低,可采用多次涂敷的措施解决涂层厚度不足的问题.当填料添加量从0增至20%,对于1.0 mm厚的涂层而言,在800℃质量保持率从61.2%增至73.5%.填料含量20%的涂层具有较为优异的耐烧蚀性能,氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.252 inm/s,质量烧蚀率为61.7 mg/s.     

飞船舱间连接部件的烧蚀分析与试验

突起在神舟飞船防热层表面的舱间连接部件要求在再入时尽早烧去,同时又要求具有足够的厚度,这在设计上造成较大困难,为此研制了一套地面试验和分析计算相互配合、反复迭代的设计方法,从而确定了该连接部件的材料与尺寸,并准确地预示了实际飞行的烧蚀现象。神舟飞船的历次飞行结果表明,该部件的性能与设计要求完全相符,从而为所用方法做了飞行验证。     

固体火箭冲压发动机补燃室掺混段硅基绝热层冲蚀分析

硅基绝热层在补燃室高温环境中形成的熔融层受到高速气流的剪切作用,逐渐脱离炭化层,形成冲蚀现象。通过建立冲压发动机绝热层气动吹除过程的数学模型,对发动机绝热层的冲蚀过程进行了数值模拟。结果表明,冲蚀强度同当地气流温度及流速紧密相关;在进气道下游,两进气道之间绝热层受到的冲蚀作用最强;补燃室头部温度较高,但是由于气流流速较低,受气流冲蚀影响较小。对比表明,气流温度与速度共同决定的热流密度控制熔融层的形成速度,对于稳定发展的发动机流场,冲蚀作用主要受绝热层气流速度控制。