国外固液发动机喷管用烧蚀材料试验研究
粒子流量可调的喷管烧蚀试验方法
李 江， 董 吴， 王文彬 ， 魏祥庚 ， 王
７０ ７ ） １０ ２
勇
（ 西北工业大学 航天学 院， 西安
摘要 ： 发展 了一种保持燃 气参数不变的情况下能实现 粒子流量可调 的喷 管烧蚀试验方法 ， 并研制 了试验装置。该试验
方法是将两相 流燃气 中的一部分粒子收集起来 ， 以减 少流经喷 管的粒子流量 ， 通过改变收 集孔和收敛 角的大小来调节粒子 流量。采用该 方法开展 了变粒子流量的喷管烧蚀试验 ， 试验 结果验证 了该方法是有效的 ， 试验条件 下喷管喉部平均线烧蚀 率随粒子流量减小而降低 。 关键词 ： 固体推进 荆火箭发动机 ； 喷管； 烧蚀 ； 子； 粒 试验方法 中图分类号 ：４ ５ ６ Ｖ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编 号：０ ６２ ９ （０ ８ ０ － ９ －３ １０ －７ ３ ２０ ） １ ０ ６０ ０
ｇ ． ｈ ｅ ｏ ａ ｓｄｆｒ ｒ ｉ ｓ ｏ ｅｎ ｚ ｅ ｉ ｄ ｓ ｂｅｐｒｃ ａｓ ｏ ． ｈ ｓｌ ｈｗｔａ ｔｅ ｅｈｄｉｅｆ — ｌ Ｔ ｅｍ ｔ ｄＷ ｕｅ ｏ ｏ ｔ ｔ ｆｈ ｏｚ ｔ ａｊ ｔ ｌ ａｔ ｌ ｍ ｓ ｆ ｗ Ｔ ｅ ｅｕｔ ｓｏ ｔｈ ｔ ｆ ｃ ｅ ｈ ｓ ｏ ｅ ｓ ｎｅ ｔ ｌｗ ｈ ｕ ａ ｉｅ ｌ ｒ ｓ ｈ ｍ ｏ Ｓ ｅ
固体火箭发动机喷管用树脂基烧蚀防热材料研究进展
固体火箭发动机喷管用树脂基烧蚀防热材料研究进展
梁瑜;郭亚林;张祎
【期刊名称】《宇航材料工艺》
【年(卷),期】2017(047)002
【摘要】从材料和成型两个方面介绍了树脂基烧蚀防热材料的研究进展情况.主要包括基体材料、增强材料,以及模压、缠绕、铺放与RTM成型工艺的研究情况.【总页数】5页(P1-4,13)
【作者】梁瑜;郭亚林;张祎
【作者单位】西安航天复合材料研究所,西安710025;西安航天复合材料研究所,西安710025;西安航天复合材料研究所,西安710025
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
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3.固体火箭发动机喷管用烧蚀隔热材料研究进展 [J], 宋学智;李长德
4.纳米无机填料改性酚醛树脂基防热复合材料烧蚀性能研究现状 [J], 李然;郭安儒;吴文敬;李杰
5.纳米无机填料改性酚醛树脂基防热复合材料烧蚀性能研究现状 [J], 李然;郭安儒;吴文敬;李杰
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固体火箭发动机喷管喉部在烧蚀情况下温度场的理论预示
固体火箭发动机喷管喉部在烧蚀情况下温度场的理论预示摘要：本文研究了烧蚀情况下固体火箭发动机喷管喉部的温度场的理论预示。
具体而言，利用数值方法模拟了喷管喉部的温度场，并学习了喉部通量、壁面温度分布以及流动参数对温度场形状的影响。
结果表明，在烧蚀情况下温度场沿喷管喉部均匀分布。
此外，增加喉部通量会使得温度减小，流动参数升高能增加温度，而壁面温度增加可使喉部温度上升。
关键词：固体火箭发动机，喷管喉部，烧蚀，温度场正文：1. 研究背景及意义近年来，随着火箭技术的发展，固体火箭发动机已成为宇宙飞行器的重要组成部分，他们具有体积小、发动机压力大等特点，可以满足大尺度火箭的发射要求。
具体而言，固体火箭发动机的喷管喉部是其中一个关键性的部件，它的温度场可以直接影响着整个发动机的稳定运行，因此，研究固体火箭发动机喷管喉部在烧蚀情况下温度场的理论预示显得尤为重要。
2. 基本理论本文的研究基于壁面热对流、壁面传热以及烧蚀和内部加热的考虑，建立了烧蚀情况下固体火箭发动机喷管喉部温度场的理论计算模型。
计算过程如下所示：（1）建立喷管喉部的二维模型；（2）建立参数定义，包括喉部径向和轴向通量、壁面温度分布以及流动参数；（3）计算温度场；（4）分析喉部通量、壁面温度分布以及流动参数对温度场形状的影响。
3. 数值结果分别使用不同的通量和流动参数，计算固体火箭发动机喷管喉部温度场的数值结果。
图1给出了Pa=200MPa、Ma=10的喉部温度场，可以看出温度场沿喷管喉部均匀分布。
此外，温度与喉部通量、壁面温度分布以及流动参数之间的关系如下：（1）增加喉部通量会使得温度减小；（2）流动参数升高能增加温度；（3）壁面温度增加可使喉部温度上升。
4. 结论本文通过数值模拟研究了烧蚀情况下固体火箭发动机喷管喉部的温度场的理论预示。
研究表明，在烧蚀情况下喉部温度场沿喷管喉部均匀分布。
此外，增加喉部通量会使得温度减小，流动参数升高能增加温度，而壁面温度增加可使喉部温度上升。
固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究
ｏ ｅ ａ ｂ ａｉｎ ｔｓ ｅ ｅ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔ ｎ ｅ ｔｄ ｔ ｄ ａ ｌｔ ｎ ｉ ｇ ｓｗｅ ｃ ｉｖ ｄ Ｏ ｅ ｏ ｈ ｒｈ ｄ，ｎ ｍｅ ｉａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｖ ｄｏ ｄ ａ ｌ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｒ ｕ ，ａ ｄ ｔｓ ａａ ａ ａｉ ｍａ ｅ ｒ ａ ｈ ｅ ｅ ． ｎ ｔ ｔ ｅ ａ ｏ ｗ ｅ ｎ ｂ ｏ ｅ ｈ ｎ ｕ ｒ ｌ ｒｓａｃ ｅ ｃ
７０７ ） １０ ２ （ 北 工 业 大 学 燃 烧 、 动 与 热 结 构 国家 级 重 点 实 验 室 ， 安 西 流 西
摘要 ： 通过研 究长尾喷管烧蚀机 理 ， 建立 了一套模拟长尾喷 管烧蚀 的 实验方 法， 设计 了研 究长尾喷 管发动 机烧蚀性 能 的实验 装置， 并进行 了正常状 态和过载状态下的长尾喷 管烧蚀 实验 ， 同时获得 了烧蚀 实验数 据及 烧蚀 形貌。通过建 立的数
ｏ ｈ ｌ ｔ ｎ ｏ ｅ ｔ ｉ ｉ ｏ ｚｅ ｗ ｒ ｏ ｅ ｎ ｕ ｒ ａ ｅ ｕｔ ｅ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｅ ｔｒ ｓ ｌ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔｓ ｎ ｔ ｅ ａ ａｉ ｆ ａｌ ｐ ｎ ｚ ｌ ｅ ｅ ｄ ｎ ，ａ ｄ ｎ ｍｅ ｉｌ ｒｓ ｌ ｗ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ｓ ｅ ｕ ｔ ｂ ｏ ｈ ｔ ｐｅ ｃ ｓ ｈ ｓ ｈ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｓ ｌ ｇ ｅ ｗｉ ｕ ｒ ａ ｓ ｌ ｏ ａ ｃ ｒ ｉ ｘｅ ｔ ｎ ｈ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｍｅ ｈ ｓｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｕ ｔ ａ ｅ ｔ ｎ ｍｅ ｃ ｒ ｕ ｔ ｔ ｅ ａ ｎ ｅ ｔｎ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｓ ｓｒ ｈ ｉｌ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍｕａｉ ｔ ｏ ｉ ｆ ｃｉ ． ｏ ｄ ｖ Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｌ ｏ ｋ ｔｍｏｏ ； ｉ ｉ ｏ ｚ ａ ｌ ｔ ｎ ｔｓ ｏ ｅ ｌａ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｉ ｒ ｃ ｅ ｔｒ ｔ ｌ ｐ ｎ ｚ ｌ ｂ ａｉ ｅ ｔ； ｖ ｒ ｄ ｄ ａ ｐｅ ｅ； ｏ ｏ
固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究
固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究引言：固体火箭发动机作为一种重要的航天推进系统，在航天领域具有广泛的应用。
其中，长尾喷管作为固体火箭发动机的关键部件之一，其烧蚀问题一直是制约固体火箭发动机发展的重要因素之一、本文将对固体火箭发动机长尾喷管烧蚀问题进行实验研究，以期为固体火箭发动机的烧蚀问题提供可靠的解决方案。
一、固体火箭发动机长尾喷管烧蚀问题的原因1.高温气流的冲蚀作用2.高速气流的冲击作用由于喷管内的燃烧产物通过喷嘴加速喷射出来，形成了高速气流。
高速气流对喷管内壁产生冲击作用，使得喷管内壁材料的表面逐渐磨损，加剧了喷管的烧蚀程度。
3.热应力的作用由于固体火箭发动机长时间工作，喷管内壁温度高，使得喷管内壁材料受到热应力的作用，从而导致喷管材料的烧蚀。
二、固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究的实验方法1.实验材料的选择在研究固体火箭发动机长尾喷管烧蚀问题时，需要选择符合实验要求的材料。
材料要具有良好的耐高温、耐冲蚀性能，同时要加载到实验设备中方便实验操作。
2.实验设备的搭建为了模拟固体火箭发动机中长尾喷管的工作环境，需要搭建一套实验设备。
实验设备应包括高温高速气流产生装置、喷管烧蚀模拟装置和数据采集系统。
3.实验参数的选择在进行实验研究时，需要合理选择实验参数，如高温气流温度、压力等。
实验参数的选择应参考固体火箭发动机的实际工作条件，并在此基础上进行合理的调整。
4.实验过程的控制在进行实验时，需要控制实验过程中涉及的各个因素，并对实验过程进行严格的监测与记录，以保证实验数据的准确性。
三、固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究的结果与分析通过对实验数据的采集与记录，可以得到固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验的结果。
根据实验结果，可以分析烧蚀程度与实验参数之间的关系，以及不同材料对烧蚀程度的影响等。
根据实验结果与分析，可以得到以下结论：1.实验参数对固体火箭发动机长尾喷管烧蚀程度具有重要影响。
一些参数，如高温气流温度、压力等，与喷管烧蚀程度呈正相关关系，而其他一些参数，如高温气流流速等，与喷管烧蚀程度呈负相关关系。
固体火箭冲压发动机绝热层烧蚀及结构参数对烧蚀的影响研究
3.4 气流冲蚀效应 ............................................................................................... 65 3.4.1 冲蚀发生机制 ...................................................................................... 65 3.4.2 冲蚀量确定 .......................................................................................... 66
第二章 基于绝热层热物理性能的烧蚀研究 ............................................................ 17 2.1 引言 ............................................................................................................... 17 2.2 硅基材料绝热层烧蚀过程分析 ................................................................... 18 2.3 数学模型 ....................................................................................................... 20 2.3.1 材料内部热传导模型 .......................................................................... 21 2.3.2 碳化层表面的质量、能量输运 .......................................................... 22 2.4 绝热层烧蚀的工程计算 ............................................................................... 25 2.4.1 数值模拟计算 ...................................................................................... 25 2.4.2 温度影响分析 ...................................................................................... 28 2.5 流固耦合烧蚀分析 ....................................................................................... 29 2.5.1 流固耦合边界数据接口 ...................................................................... 30 2.5.2 基于单元生死的绝热层烧蚀模拟 ...................................................... 35 2.6 小结 ............................................................................................................... 40
烧蚀材料的原理和应用
烧蚀材料的原理和应用烧蚀材料（Ablative Materials）是一种能够通过烧蚀过程来抵御高温和高速气流侵蚀的特种材料。
它在大气、宇宙和其他高温环境中具有广泛的应用，包括航天器、导弹、火箭、喷气发动机和高速飞行器等领域。
本文将详细介绍烧蚀材料的原理、种类和应用。
一、烧蚀材料的原理当一个物体进入大气层或者高速飞行时，会引起空气的压缩和高温产生。
在这种情况下，物体表面可能会被高速气流和高温气体侵蚀，从而引发材料烧蚀的问题。
为了解决这一问题，烧蚀材料应运而生。
烧蚀材料的原理基于燃烧工艺，通过在材料表面发生控制性的化学反应来防止气流、气体的进一步侵蚀。
当高温气体流过烧蚀材料表面时，材料会发生热分解和氧化反应，形成类似空气屏障的气体。
这种气体屏障会吸收和分散高温气流的能量，并逐渐烧蚀掉材料表面的一部分，从而减少了热量的传导和传递。
烧蚀材料通常由有机和无机两大类构成。
有机烧蚀材料采用碳基化合物作为基础，如聚合物和橡胶等，其主要通过炭化反应来生成大量的炭，从而吸收和分散高温气流的能量。
而无机烧蚀材料则由无机化合物组成，如矽酮和氧化物等，通过化学反应和熔化等方式来抵挡高温和高速气流的侵蚀。
二、烧蚀材料的种类烧蚀材料种类繁多，根据材料结构和化学反应的机制，可以分为多种类型。
下面将介绍几种常见的烧蚀材料。
1.聚亚胺类：聚亚胺材料以其高强度和烧蚀性能而闻名。
它们在高温下可以表现出良好的热蚀耐受性和机械性能，因此在火箭喷气发动机和导弹等领域得到广泛应用。
2.碳基材料：碳基材料以其优异的烧蚀性能和高温稳定性而受到重视。
炭纤维复合材料和炭化硅材料等都属于碳基材料，具有较高的抗烧蚀能力和结构强度。
3.硅酮材料：硅酮材料以其高温稳定性和烧蚀抗性而著名。
它们可以通过烧蚀反应来形成硬质的炬化剂，从而保护材料表面免受高温气流和气体侵蚀。
4.玻璃颗粒材料：玻璃颗粒材料由熔融的矽酮和氧化物颗粒组成，可以阻碍高温气流和气体的侵蚀。
这种材料具有低密度和高抗烧蚀性能，在火箭和导弹的推进系统中得到广泛应用。
ABC火箭技术之 自适应烧蚀环氧树脂喷管
ABC火箭技术之自适应烧蚀环氧树脂喷管ABC火箭技术之自适应烧蚀环氧树脂喷管这也是我的＂小型制式模型发动机技术＂的成果之一发动机机的效率很大程度上决定于工作压力, 而压力是通过喷管收敛段形成的喷燃比维持的, 如果发动机工作全过程都能维持适当的压力,那效率就高.目前大多人做的药柱都是比较落后的直接浇入发动机的增面燃烧药柱, 我发表的"粉压推进剂"也是增面燃烧型. 即燃烧面积是由小到大变化的, 而喷喉面积却是固定的, 这就造成了开始时压力太低,而工作后期却太大了, 波动非常大, 造成了燃料的浪费.鉴于这些问题,我设计了"自适应烧蚀环氧树脂喷管" , 即喷管面积随燃烧的进行而烧蚀扩大,配合药柱面积的扩大,从而使发动机室压的波动大幅减小, 提高了燃烧的使用效率,同时避免了压力过高,安全性也有增加.自适应喷管的第一个要求就是喷管材料有适当的烧蚀速度，烧蚀在这里可以分成两种，第一种是冲刷烧蚀，即低强度材料在发动机的高速喷射气流冲刷下被扩孔，第二种为高温烧蚀，即喷管材料受高温气流回热分解而扩孔．第一种烧蚀方式要求材料强度低，这是明显是不适用的，如果在业余发动机这样的喷射速度下都会发生扩孔的话，那说明这种材料强度太低了，根本无法承受发动机的工作压力．典型的材料是石膏，冲刷烧蚀和高温烧蚀同时存在，烧蚀并不是层状进行的，最后喷口已经不成圆形了，而且只要发动机压力上去了，整个石膏喷管马上被压成粉碎．第二种烧蚀方式才是我们需要的，在低温下强度低而高温时会缓慢分解（注意是分解，不是熔化）的材料有哪些呢？答案是：复合材料．普通复合材料是环氧树脂与玻纤或碳纤的结合，而我的配方就是热固性树脂与粘土粉．这是可以实现层状烧蚀的配方事实证明了我的思考是可行合理的，静推力测试了两枚发动机，发射了三枚发动机，非常成功．好，开始制作自适应烧蚀喷管．<一> 配方：粘土粉（或水泥粉，黄泥粉）80%--85% （可以加入１／３细砂）环氧树脂（或农机胶，ＡＢ胶）15%-20%<二>:制作准备准备好粘土粉，这是农机胶环氧树脂性能非常好，有条件可以买一套，一公斤装40-50元将截好的PVC管做"缩口"处理.混合胶水的两个组分,一定要充分混合搅拌,用力地,充分地搅拌混好的"喷管复合材料", 是像湿泥状的<三> 喷口的压制.20MM 管装5克-6克比较合适, 批量制作是一定要准确称量,这样能保证一致装入发动机外壳用一根接近PVC管内径的木棒或者其它合适的棒, 铁锤敲实, 要用力敲.三小时小,材料初步固化, 用2.5-3MM 的钻头钻孔, 这时不未完全硬用小锉甚至螺丝批都时可以钻得穿的,右边就是做好的喷管,而左边是模具压出的拉氏喷口,关于成型模具会另有篇章介绍.非常正的喷管<四> 测试好, 每个发动机装9克粉压黑火药推进剂进行点火测试强, 推力的比冲都大有提升工作后的喷口初始喷口3MM, 工作后喷口直径为4.8MM喷管的内喉, 仍然是很正的,圆直的. 说明烧蚀是层状发生的, 不错技术总结：自适应烧蚀环氧树脂喷管，我们简称为树脂喷管树脂喷管在十小时后即完全干固, 强度和硬度都非常高,用指甲不能对其任何破坏,也不能在其表面画出痕迹,而且是有韧性的,耐压和耐冲击性能突出, 除非发动机外壳炸裂,它不可能被压力破坏,它可以进行机械加工, 用钻头钻出的孔是光滑的,没有崩口,可以用刀削用砂轮磨用钢锯锯,加工成想要的形状.环氧树脂和农机胶我都试制过,效果是一样的, 而AB胶未试过,AB 胶品种繁多,注意不能用快干型的,不然没等你做好就干了. 树脂多些混合会容易些,强度和一致性好,但不宜高于20%. 胶少些成本就低些,也稍耐烧些,但需要更大的压制压力,最低的树脂含量不小于12%.树脂喷管干固过程不存在收缩,这是非常可贵的特点, 直接在发动机外壳内成型, 能过管口缩口和树脂本身的粘接力,与外壳成为一体, 接合强度很高, 每次制作出的喷管在强度和尺寸等方面都是很稳定的.树脂喷管是自行固化的,这是它的另一个可贵的特点. 这意味着里面没有水分不需要干燥,结合它的初始成型性,可以在压好喷管后跟着压入推进剂,使制作过程变成流水作业,-同时制作工序很少,以十枚一批量制作,只需用时不到30分钟.----这是可以高速制作的一次成型喷管 ,由于强度高,树脂喷管可以应用在大型发动机. 在小型发动机里,喷口从3MM烧蚀到4.5MM,面积扩大到原来的2.5倍. 而假如大型发动机喷口直径为10MM, 烧蚀到12MM后, 喷管面积为原来的1.5倍不到. 这样的烧蚀水平是可以接受的甚至是理想的,配合药柱燃烧面设计可以很好的协调压力.似乎树脂喷管唯一的缺点就是会被烧蚀，在某些场合，这是极大的缺点，但在这里，我们利用了这个缺点，成为了优点．我的使用结果表明，树脂喷管是值得大家去尝试和使用的．自适应烧蚀喷管与粉压BP推进剂的结合在"ABC微型火箭技术－为初学者设计的快速制作技术"已经详细介绍了粉压推进剂和卷芯喷管,粉压推进剂在小型发动机里是很好的燃料.而卷芯喷管虽然制作快,但缺点也指明了,强度低制作质量容易受制作技巧影响.现在有了树脂喷管,卷芯喷管应该退出舞台了.粉压推进剂的深内孔药柱和烧蚀树脂喷管的结合,使两者的优缺点互补,甚称完美.一型和二型推进剂是配合卷芯喷管的低强度而设计的, 而对于树脂喷管,强度根本不是问题, 燃料的适应些就强多了,可以放心使用高燃速的配方.我测试使用的三型BP燃料,装药量为9克,配方:三型BP燃料 KN:75% C:15% S:10% 花生油:10滴每10克燃料9克药柱尺寸: 16MM内径, 长30MM密度: 约1.5克/ CM3树脂喷管喷口直径: 2.5MM-3MM工作后喷管直径: 4.5MM-5MM (BP燃烧温度高,使用KNDX时,烧蚀量会小些)燃料可以在树脂喷管干固后压入发动机,也可以在压入树脂喷管材料后,跟着压入燃料,在喷管干固后,钻出喷口并打药柱内孔.使用喷口面积固定卷芯喷管时,一型推进剂喷口直径限制为3MM. 二型为4MM. 而三型推进剂则必须为5MM才不至于爆. 因为是内孔型药柱, 燃烧面积在最后是达到最大,喷口直径就是根据燃烧面积最大值设计的, 这样开始阶喷燃比就很低, 发动机是烧了一段时间才开始有推力的, 燃料白白浪费了.使用树脂喷管, 用一型号和二型推进剂时喷口直径可以做成2MM,三型可以做成2.5MM. 随着燃烧的进行,最终扩大到4.5MM到5MM,刚好就是最大燃烧面积里需要的喷口直径. 这样就比喷口面积固定是提前产生了推力, 而工作压力峰值不需要提高.燃料效率提高了.9克装药发动机的点火测试注意秤指针的起始位置效率提高的证据, 在喷射气流还这么小是推力就已经产生推力很平稳的上升可能药柱压得不是太好,来了个喘燃4克装药发动机发射测试用一根竹秆稳定起飞升空工作后的发动机由于点火测非常频繁,测试台就快变碳了9克装药发动机工作后的近照左边是4克装药,右边是9克的4克装药的喷口工作后直径为4MM. 9克装药的工作后为5MM常温固化的环氧树脂配方，通常在30~60分钟开始固化，变的非常粘稠，12~24小时达到相当强度，但是不进行热处理，室温下达到最高强度需要一周甚至更长的时间。
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地 预示 ，那是 因为 燃烧 产 物 和 含 碳 物 的碳 以无穷 比例 反应 ，烧 蚀
发 动机 和 固 体 发 动 机 上 的 与
表 面温 度 的 相 对 关 系 。 图 中 Ｂ
率是 和反应 物 质的浓 度 以及物 质
通过边 界 层 的扩 散 率 成 比例 的 ， 可 以下面 的数学 公式 来表 达 ：
应。
醛 ， ／ 的 测 试 与 分 析 ，结 果 表 明 分 碳 碳 析 测 试 方 法 对 喷 管 设 计 是 有 效 的 ，由 于燃 烧 产 物 的 影 响 ，同种 材 料 在 固液
发 动 机 中 的 烧 蚀 率 要 高 于 固 体 发 动
机 。
目前 固液 发动机 使用 的喷 管
国外对 烧蚀 材料烧 蚀机 理 的
ｐ
Ｏ １ ５ ．Ｏ １
Ｏ ２ ５ ． ６４
分 析主 要 包 括燃 烧 产 物 的 分 析 ，
＊注 ： 液 发 动 机 用 推 进 剂 为 ＨＴＰ ／ ０ 固 Ｂ液
本 文 ２ ０ —３１ ０ ２０ —６收 到 ，作 者 系 上 海 航 天 技术 研究 院第 ８ ６ 究 所 助 理 工 程 师 ０研
材料 主要 借鉴 固体 发 动 机 ，与 固
体 发动 机 的 喷管 材 料 比较 接 近 ， 研究 认 为 ，材料在 发 动 机工 作 过 程 中产 生 的物化反 应 以及烧蚀 机 理 主要 与推进 剂反应 产 生 的燃 烧 气 体 的组成 有关 ， 过 分 析 和 了 通
为 了评 估和 分析 不 同材 料 的 性能 ， 必须 对 喷管 用烧 蚀 材 料 在 喷管 的运动 中热 传递 和烧蚀 机 理 有所 了解 ，图 １是 比较充 分 描 述 了喷 管用烧 蚀材 料在 热运 动过 程 中的烧蚀 特征 曲线 。 为了对 喷管用 烧 蚀 材料 进行 综合的热分析 ， 包括对烧蚀材料的 烧蚀分解 的预测 ， 设计 了有关的烧 蚀材料热分析流程 图， 见图 ２ 。
Ｓ （ Ｕ ／ ＝ Ｑ Ｃ Ｂ ） Ｑ。 Ｓ （ Ｂ。 ／ － ＿ Ｍ ） Ｑ （） １ （） ２
燃气 的 冲刷和烧 蚀 ，为 了研 制高 性能 的喷 管 ，满足 发 动机 的设计 要 求 ， 究喷 管用 烧蚀 材 料 成 为 研 目前一 项 主要 的研究 内容 。关 于
这方 面 ，国外 重点 研究 了在 发 动
表 １ 固体 发 动 机 与 固液 发 动 机 的 燃 烧 产 物 的 比较
固液发 动机 是 国外 目前 研究
比较热 门的一种 新 型发 动 机 ，由 于其具 有 独特 的结构 特点 和使用
特点 ， 以广 泛地 应用 于战 术 战 可 略导 弹和 太空航 天器 。喷 管是发 动机 的 主要 结构 器 件 ，喷管 用烧
由表 １的测 试 结果 可 知 ， 在
蚀材 料必须 承受 长 时间高 温高 压
Ｏ． ６１ Ｏ９ Ｏ． ６Ｏ ２５ Ｏ． ３５ Ｏ１ Ｏ． ６Ｏ Ｏ５
０２
Ｎ２ Ｈ Ｃｌ Ｃｌ
０ ０ ０ ．０１
Ｏ． １ Ｏ８ Ｏ ０． ４９ １３ Ｏ． ２ Ｏ１ Ｏ
Ｏ Ｏ ４ ．１０
０． ２４ ００ ０． ０ ００ ０ ０． ０ ００ ０
Ｓ ＲＭ ＨＴＰＢ Ｏ２ ／
点燃 温度 （ ． ４ ａ ４ １ ＭＰ ）
３１８ ２ ℃
３４８ ０ ℃
燃 烧室产物（ 尔分数） 摩
Ａｌ０３ ２
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０ ０ ４ ．７１
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Ｏ Ｏ ６ ．１１
Ｏ． ４１ Ｏ３
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飞航 导弹
２０ ０ ２年第 １ ０期
维普资讯
得 到气 ‘混合 物和燃 烧 点燃 奉 温 度的燃 烧羊 化学平 衡计 算 ¨
边 界 层
亚声速 ，超声 速 平衡 和动 力化学 反应 否要 求详 ９ 流程 计 ，
互一 线 学 ＿ 性化 １平 程 衡流
炭 化 层 材 料 分 解
热解带
得到热 量和 总的传 导系数 的边界 层计 算
原 始 带
间 隔 层
进对／层出射 出鎏 辐流
图 １ 烧 蚀 材 料 烧 蚀 分 析
图 ２ 烧 蚀 材 料 热 分析 流程 图
表 面 能 平 衡 反 应 式 将 被 解
答：
Ｑ Ｃｈ （Ｈ 一 ｈ ） ＋ Ｕ
程图。
燃 烧产 物 中 ，固液 发 动 机 的含 氧 化合 物 的含 量 （ Ｏ，Ｃ ，Ｈ２ Ｃ Ｏ２ Ｏ， Ｏ， ＯＨ，Ｏ。 比较 多 ，由 于 燃 料 ） 中 不 含 有 铝 粉 ，所 以 不 存 在 ＡｌＯ ，因此 ，烧 蚀 反 应 主 要 是 。。 与 氧 有 关 ，即 主 要 产 生 氧 化 反
维普资讯
工 艺 材 料
国外固液发动机赜管用烧蚀材料试验研究
徐 宇
摘 要 本 文 论 述 了 国 外 对 固 液 发 动机 喷 管 用 烧 蚀 材 料 的 烧 蚀 机 理
的研 究 ，以 及 碳 ／ 醛 ，二 氧 化 硅 ／ 酚 酚
烧 蚀材 料在 热运 动过程 中的烧蚀 特征 曲线 以及烧 蚀材 料热分 析 流
Ｏ １６ ．２６
０． Ｏ６ ０４
机工作 过 程 中的产生 的物 化反应 以及侵 蚀机 理 ， 且测 试 了多种 并
烧蚀 材料 的烧蚀 状况 。 １ 国 外 对 烧蚀 材 料 烧 蚀机 理 的
分 析
Ｈ２ Ｈ２ ０ ０ ０Ｈ
Ｏ． ６６ ２５ Ｏ．１ ４ ４１ ０． ０７ ００ ０． ８３ ００
主 题 词 固液 发 动 机
烧 蚀 材 料
喷 管
前 言
解 燃烧 气体 的组成 可 以确定 在发
动机工 作过 程 中烧蚀材 料发 生 的 主要 反应 。因此 ， 试 了 固体 发 测 动机 与 固液 发 动 机 的燃 烧 产 物 ， 并且 作 了初 步 的 比较 。比较 结果
见 表 １ 。