劉麗萍，王一光，王國林，羅杰，馬昊軍

1. 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 超高速空氣動(dòng)力研究所，綿陽 621000 2. 西北工業(yè)大學(xué) 超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710072

高超聲速飛行器研制是中國航空航天領(lǐng)域未來長期的戰(zhàn)略目標(biāo)[1]，其在嚴(yán)酷的服役環(huán)境中受嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱作用，產(chǎn)生的高熱流密度和高溫嚴(yán)重威脅著飛行器和人員的安全。為此，必須采用耐高溫的防熱材料對飛行器進(jìn)行熱防護(hù)以滿足飛行試驗(yàn)的需求[2]。評估和鑒定熱防護(hù)系統(tǒng)的防、隔熱性能，需要在能夠模擬飛行氣動(dòng)熱環(huán)境的高焓設(shè)備中進(jìn)行大量地面試驗(yàn)[3]。過去此類試驗(yàn)大都在燃燒加熱設(shè)備和電弧加熱設(shè)備上進(jìn)行。前者，由于燃燒產(chǎn)物帶來的污染和焓值不高，對于開展熱防護(hù)試驗(yàn)并不理想[4]。后者，由于銅電極的燒損，使得電極燒蝕產(chǎn)物進(jìn)入工作氣體，從而改變了模型實(shí)際表面熱流密度，嚴(yán)重影響模擬流場特性[5-6]。因此，進(jìn)行此類防熱材料使用性能考核試驗(yàn)的地面設(shè)備不僅要能夠模擬實(shí)際的再入氣動(dòng)熱環(huán)境，而且還需要模擬流場的實(shí)際組分，否則將嚴(yán)重影響地面試驗(yàn)結(jié)果[7]。

感應(yīng)耦合等離子體(Inductive Coupled Plasma，ICP)設(shè)備由于通過電磁感應(yīng)耦合加熱產(chǎn)生高焓等離子體[8-9]，不存在流場污染的問題，具有流場純凈、運(yùn)行參數(shù)寬(功率、尺寸)、模擬能力強(qiáng)(焓值、熱流)、試驗(yàn)效率高等特點(diǎn)[10]，被廣泛應(yīng)用于防熱材料使用性能考核、等離子體光譜診斷、納米粉末制備、陶瓷及金屬粉末噴涂和有毒廢物處理等領(lǐng)域[11]。自1961年Reed首次報(bào)道高頻電磁感應(yīng)耦合加熱等離子體成功運(yùn)行以來[12]，電磁感應(yīng)耦合加熱等離子體技術(shù)在模擬飛行器的高溫環(huán)境和進(jìn)行再入氣動(dòng)熱問題研究等應(yīng)用方面也在不斷發(fā)展。20世紀(jì)80年代初期，俄羅斯中央機(jī)械制造研究院(TSNIIMASH)成功研制了功率高達(dá)1 MW的高頻感應(yīng)耦合加熱風(fēng)洞[13]。20世紀(jì)90年代末期，比利時(shí)馮·卡門流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(VKI)成功建設(shè)成世界上最大量級(1.2 MW)的高頻感應(yīng)耦合加熱風(fēng)洞[14-15]。2014年，中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心(CARDC)成功研制1 MW高頻等離子體風(fēng)洞，并隨即正式投入試驗(yàn)運(yùn)行[16]。該類風(fēng)洞為了保證運(yùn)行時(shí)試驗(yàn)段壓力等參數(shù)不會(huì)發(fā)生變化，必須要求真空泵抽速與進(jìn)氣流量匹配，其最大駐點(diǎn)壓力≤30 kPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電弧風(fēng)洞的工作壓力，還不能完全滿足高超聲速飛行器防熱材料使用性能(氧化、催化、輻射)和再入目標(biāo)光電特性研究需求。

為進(jìn)一步提升感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備模擬能力，法國宇航中心和美國斯坦福大學(xué)分別在1個(gè)大氣壓流動(dòng)條件下，成功研制了30 kW[17]和50 kW[18]量級的感應(yīng)耦合放電等離子體射流設(shè)備(AtmosPheric Plasma Jet，APPJ)，極大地拓展了設(shè)備的工作壓力。與傳統(tǒng)的感應(yīng)耦合等離子體風(fēng)洞相比較，APPJ的最大優(yōu)勢在于采用強(qiáng)壓氣流將通過感應(yīng)線圈加熱的高溫等離子體(≥6 000 K)“吹”出放電腔(石英管)，直接噴射到大氣環(huán)境中，這更有利于試驗(yàn)者開展材料考核試驗(yàn)和流場光譜特性研究，具有易操作、低成本、高壓力等特點(diǎn)，極大地豐富了感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備體系，較大地提高了感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

為此，本文研究依托國內(nèi)現(xiàn)有的高頻感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備的設(shè)計(jì)能力和制造水平，成功研制了100 kW量級用于氣體(空氣、氮?dú)?、氬氣和二氧化碳?加熱的大氣壓感應(yīng)耦合放電等離子體射流設(shè)備，開展了其空氣等離子體射流流場特性(焓值、熱流、光譜)研究，并同時(shí)進(jìn)行了典型防熱材料(C/SiC)燒蝕氧化考核試驗(yàn)。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)系統(tǒng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)，有效改進(jìn)新型防熱材料使用性能提供了技術(shù)支撐。

1 大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備

100 kW大氣壓高頻感應(yīng)加熱等離子體設(shè)備主要由高頻電源、等離子體炬、噴管以及其他輔助系統(tǒng)等組成。等離子體炬使用高頻電源供給的高頻電流，通過感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電磁場與石英管中氣體的離子相互作用，當(dāng)石英管中的氣體被擊穿(點(diǎn)火)能夠?qū)щ姷那闆r下，條件適當(dāng)時(shí)，點(diǎn)火過程將能維持下去，并不斷使得送入石英管的冷工作氣體被加熱成為等離子體，經(jīng)過噴管進(jìn)入大氣中形成高焓等離子體射流。由于沒有流場污染問題，特別適合于要求等離子體非常干凈的各種場合的應(yīng)用，是開展飛行器防熱材料使用性能和再入目標(biāo)光電特性研究的理想設(shè)備。

100 kW大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備的高頻電源實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大功率高頻逆變器，通過變壓-整流-振蕩，將線電壓為380 V、頻率為50 Hz的工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻電流(頻率f=9.46 MHz)，并通過感應(yīng)線圈和工作氣體的電磁耦合實(shí)現(xiàn)加熱氣體的目的。其中，大功率高頻逆變器名義上能夠線性輸出到電子管振蕩器上的功率為100 kW，最大陽壓為9 kV，最大陽流為11 A，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中測量輸出的最大功率為85.5 kW。

100 kW大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備的等離子體炬示意圖如圖1所示，在放電管(直徑為80 mm，厚度為3 mm)外套一個(gè)5匝的通過水冷銅管(直徑為10 mm，壁厚1 mm)繞制的感應(yīng)線圈(直徑為90 mm，長度為125 mm)。放電管由石英組成，該材料具有很好的熱絕緣性能和相對較高的電磁透過性。銅制感應(yīng)線圈必須通去離子水冷卻以保證不引起匝間電弧放電。

100 kW感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備的工作氣體可以是不同種類型的氣體(空氣、氧氣、氬氣、氫氣、氦氣等)，氣體的質(zhì)量流量采用獨(dú)立的流量計(jì)監(jiān)控和測量。由于氬氣在較低能量下比空氣更容易被電離，因此，試驗(yàn)點(diǎn)火過程中先采用氬氣起弧(點(diǎn)火)，當(dāng)氬氣等離子體穩(wěn)定后，逐步過渡到純空氣等離子體(見圖2)。其中，工作氣體通過等離子體炬尾部的進(jìn)氣裝置，采用軸向和60°切向的進(jìn)氣方式進(jìn)入石英管，進(jìn)氣比例為2∶1，這樣極大地提高了等離子體炬效率，保護(hù)石英管不會(huì)因?yàn)檫^熱而破裂，確保設(shè)備能夠長時(shí)間(≥1 000 s)安全運(yùn)行。

圖1 等離子體炬示意圖Fig.1 Schematic diagram of plasma torch

圖2 大氣壓空氣等離子體Fig.2 Atmospheric air plasma

2 大氣壓空氣等離子體流場診斷

在復(fù)雜的空氣等離子體流場診斷中，需要明確的參數(shù)主要包括駐點(diǎn)壓力p、密度ρ、溫度T、焓值H0、速度U、氧原子濃度cO和氮原子濃度cN7個(gè)參數(shù)[19-20]，其中的難點(diǎn)是確定氧原子和氮原子的濃度。高焓流場參數(shù)可以通過下列關(guān)系式得出，即

(1)

H0=cpT+id

(2)

(3)

式中：R為通用氣體常數(shù)；id、cp和cpk分別為原子總生成焓、總定壓比熱和組元定壓比熱；M和Mk

為了更有效地確定流場參數(shù)，需要通過試驗(yàn)測試(測量完全催化熱流q和駐點(diǎn)壓力p)，并結(jié)合空氣等離子體數(shù)值模擬代碼[9]確定其他參數(shù)。流場參數(shù)確定基本過程為：將射流靜壓、氣體流量、電源功率和設(shè)備效率輸入到空氣流場計(jì)算代碼中，以設(shè)備加熱效率為調(diào)節(jié)參數(shù)，當(dāng)計(jì)算獲得的射流動(dòng)壓、駐點(diǎn)熱流與測量結(jié)果的最大偏差均小于1%時(shí)，結(jié)束計(jì)算，輸出總焓、溫度、壓力、密度、速度、氮原子濃度和氧原子濃度。完全催化熱流q通過?20 mm柱塞量熱計(jì)測量，通過與戈登計(jì)比較確定的最大偏差為4.66%，駐點(diǎn)壓力p采用?20 mm的平頭皮托壓力探頭測量。

按照上述流場診斷方法，表1給出陽壓Va=8 kV，陽流Ia=8.7 A，氣體流量m=3 g/s試驗(yàn)狀態(tài)下亞聲速噴管(?30 mm)出口駐點(diǎn)流場參數(shù)結(jié)果(cO2=0)，圖3給出了通過數(shù)值模擬獲得的噴管出口組元濃度沿徑向(r)的分布曲線。在空氣進(jìn)氣流量m=3 g/s時(shí)，圖4給出了不同陽壓(Va=5，6，7，8，9 kV)條件下噴管出口流場電子溫度(Te)沿流場徑向的分布曲線，從圖中可以看出，在相同氣體流量條件下，電子溫度隨著電源陽壓的增加而增大，最高可到7 000 K左右。

表1 流場計(jì)算結(jié)果Table 1 Computation results of flow field

圖3 組元濃度沿噴管徑向分布Fig.3 Distribution of component concentrations along radial direction of nozzle

圖4 不同陽壓下電子溫度沿噴管徑向分布Fig.4 Distribution of electron temperature along radial direction of nozzle at different anode voltages

3 結(jié)果與討論

3.1 設(shè)備運(yùn)行能力

為了確定大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備試驗(yàn)運(yùn)行能力，必須確定輸入到電子管逆變器上的直流電壓(Va)和通過進(jìn)氣裝置進(jìn)入等離子體炬的工作氣體流量(m)的匹配關(guān)系，因?yàn)樵O(shè)備等離子體射流狀態(tài)最終都是由這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)確定的。

調(diào)試過程中選用空氣作為工作氣體，設(shè)備運(yùn)行包絡(luò)線如圖5所示。其中，黑色的數(shù)據(jù)點(diǎn)表示真實(shí)的試驗(yàn)測試狀態(tài)，灰色區(qū)域表示設(shè)備能夠達(dá)到的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。從圖中可知，設(shè)備陽壓范圍：5～9 kV，功率范圍：27～85.5 kW，工作氣體流量范圍：1～6 g/s。如表2所示，通過與國際上最具代表性的大氣壓感應(yīng)耦合放電等離子體射流設(shè)備——美國斯坦福大學(xué)50 kW[21]量級的LEPEL Model T-50-3設(shè)備參數(shù)比較，表明該100 kW 量級的大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備達(dá)到國際先進(jìn)水平，完全具備開展高超聲速飛行器防熱材料性能改進(jìn)地面模擬試驗(yàn)的能力。

圖5 設(shè)備運(yùn)行包絡(luò)圖Fig.5 Operational envelope of facility

表2 同類設(shè)備工作參數(shù)比較

Table 2 Comparison of operating conditions ofsimilar facility

ParameterValueCARDCStanford UniversityMaximum anode voltage/kV912Maximum anode current/A117.5Maximum power/kW8564Working frequency/MHz9.464Nozzle diameter/mm305070Gas flow/(g·s-1)1221.4Maximum enthalpy/(MJ·kg-1)20.822.219.916.3Electron temperature/K6 5706 6906 5506 220Freestream pressure/Pa101 325101 325Working gasAirAir

3.2 流場關(guān)鍵氣動(dòng)熱參數(shù)

圖6(a)給出了?30 mm亞聲速噴管出口8 mm 的空氣等離子體總焓與進(jìn)氣流量、電子管陽壓的表征關(guān)系。從圖中可以看出，在相同陽極輸入功率情況下，總焓隨著氣體流量的增加單調(diào)減小。在相同氣體流量情況下，總焓隨著陽極電壓的增加而增大，流場的焓值范圍為8.54～22.2 MJ/kg。同時(shí)，圖6(b)給出了設(shè)備效率(ε)與進(jìn)氣流量、電子管陽壓的表征關(guān)系。從圖中可以看出，設(shè)備效率隨著進(jìn)氣流量的增加而減小，最高效率可到60%～75%，最低效率低至20%。

圖6 總焓、設(shè)備效率和駐點(diǎn)熱流隨流量、陽壓的變化Fig.6 Variation of total enthalpy, facility efficiency and stagnation point heat flux with gas flow rate and anode voltage

采用?20 mm柱塞量熱計(jì)測量距離?30 mm亞聲速噴管出口8 mm的駐點(diǎn)熱流，圖6(c)給出了駐點(diǎn)熱流隨氣體流量、電子管陽壓的變化關(guān)系。從圖中可知，對于任意陽壓條件下(5 kV≤Va≤9 kV)， 駐點(diǎn)熱流都是隨著氣體流量的增大先增加到峰值再逐漸減小。在相同氣體流量情況下，駐點(diǎn)熱流隨著陽極電壓的增加而增大，流場駐點(diǎn)熱流范圍：176～721 W/cm2。

從圖6可知，在相同氣體流量條件下，總焓和熱流都是隨著陽壓的增加而增大，但設(shè)備耦合效率卻是隨著陽壓的增加先增大再減小。其主要的原因是：設(shè)備耦合效率除了與等離子體炬的幾何尺寸、工作頻率、工作氣體種類和工作壓力有關(guān)以外，決定其效率高低的最主要的參數(shù)是陽壓(Va)和氣體流量(m)的匹配關(guān)系。對于任意給定的陽壓(5 kV≤Va≤9 kV)，都存在一個(gè)與之能夠匹配的最大、最小和最適合的空氣流量。當(dāng)進(jìn)氣流量超過最大值時(shí)，高頻電源就不能夠提供足夠的能量以滿足該工作氣體被電離形成穩(wěn)定的等離子體。當(dāng)空氣流量低于該最小值時(shí)，此時(shí)感應(yīng)耦合線圈與工作氣體耦合效率最低，等離子體只吸收了小部分高頻電源提供的能量，剩余的能量將會(huì)導(dǎo)致石英管及其附屬部件受熱燒損。因此，當(dāng)進(jìn)氣流量等于最適合流量的時(shí)候，該設(shè)備的電感耦合效率才能達(dá)到最高，此時(shí)熱流也最高。

3.3 流場發(fā)射光譜特性

采用MS520光柵光譜儀(分辨率：0.028 nm，波長范圍：185 nm～60 μm)對距離?30 mm亞聲速噴管出口8 mm處的空氣等離子體展開測量，得到了300～900 nm波長范圍內(nèi)發(fā)射光譜隨波長(λ)的分布(圖7)。從圖中可以看出，O原子譜線在777.2、844.6 nm處達(dá)到峰值10 500 a.u.，N原 子譜線在746.8、821.6、868.1 nm處有較強(qiáng)的發(fā)射譜峰，相對強(qiáng)度最大為9 750 a.u.。

為了進(jìn)一步獲得流場徑向光譜發(fā)射強(qiáng)度分布，分別測量了8 mm處流場截面(到噴管對稱軸線的垂直距離分別為1、3、5、7、9、11、13 mm)的輻射亮度。 經(jīng)過黑體輻射強(qiáng)度標(biāo)定和Abel逆變換之后，可以得到不同波長下不同半徑處單位面積和單位體積的發(fā)射強(qiáng)度。以波長821.65 nm處的輻射譜線為例，通過黑體標(biāo)定后的結(jié)果和Abel 逆變換的結(jié)果如圖8所示。

對于熱力學(xué)平衡或局部熱力學(xué)平衡條件下的空氣等離子體，可以采用原子發(fā)射光譜雙譜線測溫技術(shù)[22]測量獲得等離子體溫度。由于100 kW感應(yīng)加熱設(shè)備的等離子體流場是熱等離子體，溫度接近7 000 K，在一個(gè)大氣壓條件下，氣體速度較慢，粒子間碰撞充分，可以近似為熱力學(xué)平衡狀態(tài)。所以運(yùn)用雙譜線測溫法得到的電子溫度Te可以近似認(rèn)為是空氣等離子體溫度T。為此，采用三對譜線(821.646 nm/862.924 nm、821.646 nm/868.028 nm、862.924 nm/868.028 nm)進(jìn)行等離子體溫度測量，獲得了電子溫度Te的徑向分布，如圖9所示。從該圖中可以看出，將空氣等離子體數(shù)值模擬代碼[9]計(jì)算確定的電子溫度(黑實(shí)線)與雙譜線測溫結(jié)果相比，盡管有一定的偏差，但總體上符合得較好。

圖7 空氣等離子體的發(fā)射光譜Fig.7 Emission spectra of air plasma

圖8 λ=821.65 nm處單位波長發(fā)射強(qiáng)度Fig.8 Emission intensity of unit wavelength with λ=821.65 nm

圖9 電子溫度沿噴管徑向分布的比較Fig.9 Comparison of distribution of electron temperature along radial direction of nozzle

3.4 C/SiC氧化燒蝕試驗(yàn)

在100 kW量級的大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備上選取駐點(diǎn)壓力相同(p=101 325 Pa)、熱流不同(q=423，547 W/cm2)的2個(gè)試驗(yàn)狀態(tài)，對C/SiC復(fù)合材料進(jìn)行氧化燒蝕試驗(yàn)研究，詳細(xì)試驗(yàn)狀態(tài)參數(shù)見表3，并將在不同試驗(yàn)狀態(tài)下的兩個(gè)試樣命名為S-1和S-2。從表3中可以發(fā)現(xiàn)，在相對較低熱流密度條件下，試樣(S-1)表面溫度比較平穩(wěn)，并沒有發(fā)生溫度躍升現(xiàn)象。而在相對較高熱流密度條件下，試樣(S-2)表面溫度穩(wěn)定一段時(shí)間后，突然出現(xiàn)了表面躍升近600 ℃的試驗(yàn)現(xiàn)象。圖10給出了試樣C/SiC氧化燒蝕試驗(yàn)過程照片。圖11給出了試樣(S-1、S-2)表面溫度隨燒蝕時(shí)間變化的曲線。從圖中可知，S-1在氧化燒蝕開始約20 s后，表面溫度基本達(dá)到穩(wěn)定。經(jīng)過燒蝕時(shí)間800 s后，表面溫度也未發(fā)生溫度躍升現(xiàn)象，始終維持在1 811 ℃。而S-2表面溫度在大約30 s后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定溫度為1 852 ℃，直至582 s，表面溫度在幾秒鐘內(nèi)突然躍升至大約2 400 ℃。從燒蝕后的宏觀形貌(圖12)中可以發(fā)現(xiàn)，S-1形狀比較完整，無纖維裸露現(xiàn)象發(fā)生。在試樣頭部可以發(fā)現(xiàn)一層淺灰色物質(zhì)存在，這種淺灰色物質(zhì)可能是C/SiC 試樣燒蝕過程中產(chǎn)生的熔融態(tài)氧化物SiO2。而S-2燒蝕后表面出現(xiàn)明顯的C纖維裸露現(xiàn)象，試樣的結(jié)構(gòu)完整性遭到破壞，試樣已經(jīng)失效。

表3 C/SiC氧化燒蝕試驗(yàn)參數(shù)Table 3 Parameters for C/SiC ablative oxidation tests

圖10 C/SiC試樣氧化燒蝕試驗(yàn)照片F(xiàn)ig.10 Photos of ablative oxidation test of C/SiC

圖11 C/SiC試樣表面溫度隨時(shí)間的變化Fig.11 Temperature on C/SiC sample surface vs time

C/SiC氧化燒蝕試驗(yàn)過程中不僅存在著原子氧與表面SiC薄層(～100 μm)反應(yīng)生成SiO2層的過程，同時(shí)存在著原子氧對SiO2層消減的反應(yīng)。對于S-1而言，在較低熱流密度試驗(yàn)狀態(tài)(q= 423 W/cm2)下，由于試樣表面原子氧對SiO2層的消減速度小于SiO2的生成速度，所以，試樣表面一直存在著一定厚度的SiO2層。試樣表面微觀形貌保持不變，表面溫度始終維持在1 811 ℃ 。當(dāng)燒蝕條件逐漸變高時(shí)(q=423 W/cm2→q=547 W/cm2)， S-2表面溫度會(huì)升高(1 811 ℃ →1 852 ℃)。 此時(shí)，表面原子氧對SiO2層的消減速度大于SiO2層的生成速度，試樣表面就沒有SiO2層的存在，試樣表面SiC層開始出現(xiàn)快速消耗，當(dāng)SiC層耗盡后，試樣表面出現(xiàn)纖維裸露現(xiàn)象。此時(shí)試樣表面微觀物質(zhì)發(fā)生了變化(SiO2→C纖維)，試樣表面催化系數(shù)也隨之上升，試樣從高焓等離子體中得到的能量也隨之增加，與此同時(shí)，裸露的碳纖維在等離子體中燃燒放熱(C(s)+ O→CO，C(s)+ N→CN)，二者共同使得S-2表面溫度在幾秒鐘內(nèi)突然躍升至大約2 400 ℃。

圖12 試樣燒蝕后的表面宏觀形貌Fig.12 Macroscopic images of test samples after ablation

4 結(jié) 論

通過開展100 kW大氣壓感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備研制工作，基于高焓空氣等離子體流場診斷，重點(diǎn)研究了空氣等離子體特性(熱流、焓值、發(fā)射光譜等)，并開展了典型防熱材料(C/SiC)氧化燒蝕性能考核，得到以下結(jié)論：

1) 建立起了100 kW量級大氣壓條件下感應(yīng)耦合等離子體設(shè)備。該設(shè)備采用電感耦合加熱氣體方式工作，工作頻率為9.46 MHz,最大輸出功率為85.5 kW，可使用的工作氣體有空氣、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳等，氣體流量范圍為1～6 g/s。

2) 基于大氣壓空氣等離子體流場診斷方法，確定了空氣等離子體射流焓值范圍為8.54～22.2 MJ/kg， 駐點(diǎn)熱流范圍為176～721 W/cm2，設(shè)備效率范圍為17.5%～77.9%，最大噴管出口氣體溫度為7 000 K左右，通過國內(nèi)外同類設(shè)備比較，表明該設(shè)備模擬能力(功率、焓值、熱流、效率)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

3) 選定2個(gè)典型試驗(yàn)狀態(tài)(熱流為423、547 W/cm2)， 對C/SiC復(fù)合材料進(jìn)行氧化燒蝕試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，C/SiC復(fù)合材料在大氣壓條件下使用溫度極限為1 850 ℃左右，材料表面催化效應(yīng)和C、N原子在碳纖維表面的燃燒放熱反應(yīng)共同使得表面溫度突然躍升至2 400 ℃，最后導(dǎo)致試樣失效。