【摘 要】通過對幾種常用喉襯材料在發(fā)動機小推力、長時間工作條件下的對比分析，提出了工程中較為合理可行的方案。

【關(guān)鍵詞】喉襯 燒蝕 材料

固體火箭發(fā)動機內(nèi)流動工質(zhì)是高溫燃?xì)?，有時還含有一定量的融熔態(tài)顆粒。燃?xì)饬鬟^噴管時對壁面急劇加熱、沖刷及燒蝕，可能會使噴管內(nèi)型面遭到破壞。同時，燃?xì)獾臒崃客ㄟ^壁面向外壁傳導(dǎo)，使噴管壁面材料的溫度升高。因此噴管熱防護設(shè)計非常重要。

熱防護層通常分為兩層：上層為耐燒蝕層，用以抗熱沖擊、化學(xué)和機械作用；下層為絕熱層，用以減少向噴管殼體壁的傳熱。由于耐燒蝕材料的價格通常隨著耐熱性能的提高而提高，所以應(yīng)分段采用不同的材料。

火箭發(fā)動機工作時，高溫燃?xì)庠趪姽軆?nèi)流動，喉部及其上下游受熱較嚴(yán)重，溫升較高，且有高速氣流沖刷，容易造成嚴(yán)重?zé)g。喉襯選材的好壞，對燃?xì)獾牧鲃佑泻艽笥绊?，直接關(guān)系到喉襯效率和推力的大小。喉襯燒蝕不僅使火箭彈密集度變壞，更使內(nèi)彈道性能（P-T曲線）變壞，甚至熄火。因此，喉襯必須采用耐熱性能好的材料。

一、產(chǎn)品參數(shù)分析

不同的發(fā)動機，時間不同，可采用不同形式的熱防護。在發(fā)動機工作小推力、長時間的條件下，喉襯的工作環(huán)境較為惡劣。在工程研制階段，需要選擇一些價格合理，技術(shù)相對成熟的材料進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)選。

鉬和鎢熔點較高，我們首選鉬、鎢及鎢銅合金做試驗材料。由于用鉬和鎢用模壓燒結(jié)方法制造的喉襯密度低，耐燒蝕性能不如用擠壓和鍛造方法成形的喉襯，因此我們選用擠壓成形的棒料機加成形。碳的燒蝕率低，燒蝕均勻，且強度隨溫度升高而升高。材料廠家通過注塑直接成型，不需要二次加工。

綜上所述，我們從目前常用的喉襯材料中初步選用了鉬棒、碳纖維、鎢銅合金、沉積鎢四種材料的喉襯進(jìn)行參數(shù)分析，見表1。

二、發(fā)動機靜態(tài)對比試驗

為觀察四種材料在小推力、長時間條件下的燒蝕情況，我們做靜態(tài)對比試驗進(jìn)行比較分析。

（一）靜態(tài)對比試驗

1.試驗器材

準(zhǔn)備火箭發(fā)動機4組，每組三個，共12個。其中喉襯結(jié)構(gòu)相同，材料不同。其它零部件完全相同。喉襯材料分別為鉬棒、碳-碳纖維、鎢銅合金、沉積鎢四種。

2.試驗方案

將火箭發(fā)動機固定在旋轉(zhuǎn)試驗臺上，點燃火箭發(fā)動機。測繪發(fā)動機工作時的F-T曲線；發(fā)動機工作完成后，觀察喉襯的燒蝕情況。

3.試驗結(jié)果

（1）試驗后觀察鉬喉襯的燒蝕情況，未見有嚴(yán)重?zé)g的溝痕。發(fā)動機工作時高溫燃?xì)庠斐蓢姽茏鶉?yán)重?zé)g，見圖1鉬喉襯工作后照片。

（2）試驗后觀察碳-碳纖維喉襯的燒蝕情況，未見有嚴(yán)重?zé)g的溝痕，但測量喉襯喉徑部直徑約為φ15mm左右（原圖定φ9.6mm），明顯擴大，根據(jù)觀測到的情況，試驗兩發(fā)后終止對比試驗。見圖2碳-碳纖維喉襯工作后照片。

（3）鎢銅合金喉襯發(fā)動機工作時，喉襯均無明顯燒蝕痕跡。見圖3鎢銅合金喉襯工作F-T曲線圖。

（4）第1發(fā)沉積鎢喉襯試驗后，觀察該喉襯的燒蝕情況，喉襯部分被燒化，不完整，根據(jù)觀測到的情況，終止其余兩發(fā)的試驗。見圖4沉積鎢喉襯工作后照片。

（二）試驗分析

由于鉬棒機加性不好，常在螺紋處容易產(chǎn)生崩紉。更容易導(dǎo)致喉襯和噴管座在螺紋處產(chǎn)生間隙。發(fā)動機工作時，高溫燃?xì)鈴拈g隙處溢出造成噴管座嚴(yán)重?zé)g。

碳-碳纖維喉襯未見有嚴(yán)重?zé)g的溝痕。但喉襯喉徑部直徑明顯擴大，會使火箭彈密集度、內(nèi)彈道性能變壞，該材料不能滿足產(chǎn)品性能要求。

鎢銅合金喉襯在發(fā)動機工作時三發(fā)均無明顯燒蝕痕跡；并且它與鉬喉襯的F-T曲線基本一致，該材料能滿足產(chǎn)品性能要求，可進(jìn)一步進(jìn)行其它環(huán)境試驗。

沉積鎢喉襯的發(fā)動機工作時，喉襯無法滿足使用要求，該材料不能滿足產(chǎn)品性能要求。

三、結(jié)論

通過對鉬棒、碳纖維、鎢銅合金、沉積鎢四種喉襯材料進(jìn)行靜態(tài)對比試驗，可以知道碳纖維和沉積鎢不適于做小推力、長時間火箭發(fā)動機的喉襯材料。鉬棒和鎢銅合金燒蝕性滿足使用要求，同時這兩種材料（F-T曲線）基本一致?？梢岳^續(xù)進(jìn)行其它環(huán)境試驗和動態(tài)試驗進(jìn)行驗證。