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        某火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擴(kuò)散段燒蝕材料選材

        2023-12-01 14:39:30李大勇高延杰羅長(zhǎng)宏張克石魏化震孔國(guó)強(qiáng)
        工程塑料應(yīng)用 2023年11期
        關(guān)鍵詞:碳纖維復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)

        李大勇,高延杰,羅長(zhǎng)宏,張克石,魏化震,孔國(guó)強(qiáng)

        (1.山東非金屬材料研究所,濟(jì)南 250031; 2.國(guó)營(yíng)洛陽(yáng)丹城無(wú)線電廠,河南洛陽(yáng) 471000)

        擴(kuò)散段是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的重要組成部分,一般通過螺紋與收斂段連接,其作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)火藥燃燒時(shí),在化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥屏?dòng)能的過程中形成燃?xì)馔ǖ?,提供良好的熱防護(hù),保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作[1]。碳纖維及高硅氧玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基復(fù)合材料是目前固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防燒蝕內(nèi)襯最廣泛使用的兩類復(fù)合材料,特別是以短切碳纖維增強(qiáng)、模壓工藝制備的噴管防燒蝕內(nèi)襯構(gòu)件,由于其材料及工藝成本低,適用于大批量生產(chǎn),已在各類戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中廣泛應(yīng)用[2-4]。

        針對(duì)總體單位提出的某戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擴(kuò)散段研制工作要求,進(jìn)行了擴(kuò)散段燒蝕層選材及制備研究工作。噴管擴(kuò)散段由金屬環(huán)體、燒蝕層和喉襯構(gòu)成,擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。其中,金屬環(huán)體由不銹鋼制備,與燒蝕層一體模壓成型,喉襯由碳/碳復(fù)合材料制備。

        圖1 擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)示意圖

        一般情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)具有較高的溫度和壓強(qiáng),噴管收斂段和擴(kuò)散段燒蝕層材料設(shè)計(jì)選用時(shí)主要考慮材料的力學(xué)性能和耐燒蝕性能。筆者選材時(shí)除研究材料的力學(xué)性能和耐燒蝕性能之外,進(jìn)一步研究了耐沖刷性能對(duì)擴(kuò)散段的影響,通過在該火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特定熱環(huán)境下的燒蝕試驗(yàn)分析及對(duì)比,確定了擴(kuò)散段燒蝕層材料并進(jìn)行了機(jī)理分析,為該類火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特定熱環(huán)境燒蝕材料選用提供了理論及應(yīng)用依據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 主要原材料

        不銹鋼:市售;

        碳/碳復(fù)合材料:西安超碼科技有限公司;

        酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料:WC FC-101-1,山東非金屬材料研究所;

        酚醛樹脂/短切高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料:WS FC-102-1,纖維長(zhǎng)度為30~50 mm,山東非金屬材料研究所;

        酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料預(yù)浸料:WS FC-102,纖維長(zhǎng)度為850~950 mm,山東非金屬材料研究所。

        1.2 儀器及設(shè)備

        電熱鼓風(fēng)干燥箱:FXB101-3 型,上海樹立儀器儀表有限公司;

        電子天平:JZC-6HAC型,福州科迪電子技術(shù)有限公司;

        塑料液壓機(jī):45T,YTD71-45A 型,天津市智杰科技有限公司;

        電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī):59665969 型,英國(guó)英斯特朗公司;

        水壓試驗(yàn)機(jī):SUP-XT-160 型,濟(jì)南思明特科技有限公司;

        燒蝕試驗(yàn)機(jī):YS-iv 型,中國(guó)航天科技集團(tuán)44所;

        塑料液壓機(jī):YT71-160 型,天津市智杰科技有限公司。

        1.3 試樣制備

        分別以WC FC-101-1 預(yù)浸料、WS FC-102-1 預(yù)浸料、WS FC-102 預(yù)浸料作為燒蝕層材料制備擴(kuò)散段樣件。

        用電子天平稱取預(yù)浸料,放入鼓風(fēng)烘箱中,每間隔5~10 min翻動(dòng)預(yù)浸料一次,使其均勻受熱。調(diào)整烘料時(shí)間和溫度,預(yù)烘后的預(yù)浸料應(yīng)不粘手、不扎手,并保證壓制時(shí)沒有明顯膠液流出。烘料的同時(shí)打開液壓機(jī)預(yù)熱,待溫度達(dá)到120~160 ℃時(shí)將預(yù)浸料放入模具,合模后加壓,成型溫度(160±10)℃,成型壓力(45±10) MPa,保壓時(shí)間30 min。壓制到規(guī)定時(shí)間后,打開液壓機(jī)取出產(chǎn)品。

        1.4 性能測(cè)試

        拉伸強(qiáng)度按照GB/T 1447-2005測(cè)試,測(cè)試速率為5 mm/min;

        彎曲強(qiáng)度按照GB/T 1449-2005測(cè)試,測(cè)試速率為10 mm/min;

        壓縮強(qiáng)度按照GB/T 1448-2005測(cè)試,測(cè)試速率為10 mm/min;

        線燒蝕率按照GJB 323 A-1996測(cè)試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 材料及擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能分析

        按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料和酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和線燒蝕率,對(duì)比分析不同復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐燒蝕性能。測(cè)試結(jié)果列于表1。由表1 可見,酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度最大,線燒蝕率最??;酚醛樹脂/短切高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料和酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料的線燒蝕率基本一致,酚醛樹脂/短切高硅氧復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度均最小。

        表1 不同纖維增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料性能

        經(jīng)分析,由于碳纖維的本體強(qiáng)度和熱解溫度遠(yuǎn)高于高硅氧玻璃纖維,因此在樹脂基體相同的情況下,碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐燒蝕性能更優(yōu)異。酚醛樹脂/短切高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料和酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料選用的高硅氧玻璃纖維僅長(zhǎng)度不同,因此兩種復(fù)合材料的耐燒蝕性能基本一致。酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維為亂絲長(zhǎng)纖維,在基體樹脂固化成型后可形成連續(xù)相,因此酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的力學(xué)性能。

        對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)擴(kuò)散段各部位應(yīng)力進(jìn)行仿真計(jì)算,擴(kuò)散段內(nèi)壓仿真部位示意圖如圖2所示,計(jì)算結(jié)果見表2。在擴(kuò)散段喉襯部位內(nèi)壓(8.526 MPa)及環(huán)向拉應(yīng)力(34.51 MPa)最大。燃?xì)饬魍ㄟ^喉襯后,擴(kuò)散段內(nèi)壓急劇下降,擴(kuò)散段出口處壓力為0.135 MPa,接近大氣壓。根據(jù)對(duì)兩種材料力學(xué)性能的分析,酚醛樹脂/短切碳纖維和酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度均可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求。

        表2 擴(kuò)散段內(nèi)壓及環(huán)向拉應(yīng)力仿真數(shù)據(jù)

        圖2 擴(kuò)散段內(nèi)壓仿真部位示意圖

        根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果,在沒有金屬環(huán)體支撐范圍內(nèi),發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)擴(kuò)散段內(nèi)壓最大為2.195 MPa。為了進(jìn)一步驗(yàn)證不同材料擴(kuò)散段樣件抗壓強(qiáng)度是否能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求,分別以不同材料體系制備擴(kuò)散段樣件,進(jìn)行水壓爆破試驗(yàn),分析不同材料制備的擴(kuò)散段承壓能力,結(jié)果見表3。

        表3 燒蝕層的擴(kuò)散段材料擴(kuò)散段水壓爆破試驗(yàn)結(jié)果

        由表3結(jié)果表明,酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段爆破壓強(qiáng)為4.1 MPa,大于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)擴(kuò)散段最大內(nèi)壓,未產(chǎn)生貫穿裂紋,為局部開裂,酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段水壓爆破視圖如圖3所示。爆破壓強(qiáng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)最大內(nèi)壓(2.195 MPa),可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

        圖3 酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段水壓爆破視圖

        酚醛樹脂/短切高硅氧玻璃纖維制備的擴(kuò)散段爆破壓強(qiáng)為2.0 MPa,酚醛樹脂/短切高硅氧玻璃纖維制備的擴(kuò)散段水壓爆破視圖如圖4 所示,爆破狀態(tài)為貫穿開裂,爆破壓強(qiáng)低于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)擴(kuò)散段最大內(nèi)壓,無(wú)法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

        圖4 酚醛樹脂/短切高硅氧玻璃纖維制備的擴(kuò)散段水壓爆破視圖

        酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段爆破壓強(qiáng)為5.3 MPa,酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的爆破視圖如圖5 所示。爆破狀態(tài)為貫穿開裂,爆破壓強(qiáng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)擴(kuò)散段最大內(nèi)壓,且大于酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段的爆破壓強(qiáng),可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

        圖5 酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備擴(kuò)散段水壓爆破視圖

        綜合材料的力學(xué)性能、耐燒蝕性能以及擴(kuò)散段樣件的承壓性能,以酚醛樹脂/短切碳纖維(WS FC-101-1)材料和酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧(WS FC-102)材料作為燒蝕層材料制備的擴(kuò)散段可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

        2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)地面靜試分析

        根據(jù)材料試驗(yàn)結(jié)論,采用酚醛樹脂/短切碳纖維材料和酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備噴管擴(kuò)散段進(jìn)行火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面靜試,驗(yàn)證選材滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況。

        發(fā)動(dòng)機(jī)功能設(shè)計(jì)需滿足表4 的技術(shù)指標(biāo)要求,研究中通過對(duì)擴(kuò)散段樣件進(jìn)行高溫(+50 ℃)、低溫(-50 ℃)、常溫(+23 ℃)3種發(fā)射環(huán)境下的發(fā)動(dòng)機(jī)地面靜試,表征擴(kuò)散段燒蝕層燒蝕情況及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。

        表4 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作技術(shù)指標(biāo)要求

        酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段樣件在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)后,其金屬環(huán)體及喉襯完好,擴(kuò)散段密封槽根部局部存在明顯穿孔,擴(kuò)散段尾部?jī)?nèi)表面有明顯縱向凹槽,燒蝕量較大,擴(kuò)散段尾部外表面有過熱現(xiàn)象。酚醛樹脂/短切碳纖維擴(kuò)散段燒蝕形貌如圖6所示。高溫、常溫、低溫點(diǎn)火試驗(yàn)后,擴(kuò)散段燒蝕現(xiàn)象基本一致。發(fā)動(dòng)機(jī)地面靜試燒蝕及推力數(shù)據(jù)列于表5。由表5可見,推力總沖量、最大推力、最小推力均滿足要求,但擴(kuò)散段燒蝕層平均線燒蝕量特別是出口端燒蝕量大于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。綜上所述,酚醛樹脂/短切碳纖維擴(kuò)散段無(wú)法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

        表5 酚醛樹脂/短切碳纖維擴(kuò)散段發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        圖6 酚醛樹脂/短切碳纖維復(fù)合材料制備擴(kuò)散段燒蝕形貌

        酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段樣件在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)后,其金屬環(huán)體及喉襯完好,未發(fā)現(xiàn)燒蝕異常及局部燒蝕量過大等現(xiàn)象,酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段燒蝕形貌如圖7 所示。發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常,高溫、常溫、低溫點(diǎn)火試驗(yàn)后,不同溫度發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)象基本一致。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6 表明,推力總沖量、最大推力、最小推力以及擴(kuò)散段燒蝕層平均線燒蝕量均滿足要求。綜上所述,酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求。

        表6 酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料擴(kuò)散段發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)

        圖7 酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段燒蝕形貌

        3 機(jī)理分析

        根據(jù)對(duì)該火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工況分析結(jié)果可知,發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)推力總沖量較大,燃?xì)饬魍ㄟ^喉襯后,溫度逐漸降低,壓強(qiáng)逐漸減小,但氣流速度逐漸增大。燃?xì)饬鞯竭_(dá)擴(kuò)散段尾部時(shí)氣流速度達(dá)到最大值。

        對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)后的擴(kuò)散段樣件進(jìn)行解剖,分析擴(kuò)散段不同部位的燒蝕情況見表7。結(jié)果表明,兩種材料在擴(kuò)散段前后部分呈現(xiàn)出相反的燒蝕規(guī)律。在擴(kuò)散段前半部分,酚醛材料/短切碳纖維材料的燒蝕量更?。辉跀U(kuò)散段尾部,特別是出口部分,酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料的燒蝕量更小,圖8為酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段與酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段燒蝕形貌。兩種材料制備的擴(kuò)散段靠近喉襯處局部存在輕微剝蝕,這是燃?xì)饬鬟^喉襯后速度增大、溫度較高造成的。

        表7 擴(kuò)散段燒蝕量 mm

        圖8 酚醛樹脂/長(zhǎng)絲高硅氧玻璃纖維擴(kuò)散段與酚醛樹脂/碳纖維擴(kuò)散段燒蝕形貌

        對(duì)擴(kuò)散段各部位燒蝕環(huán)境進(jìn)行分析如下。

        燃?xì)饬魍ㄟ^喉襯后,在擴(kuò)散段前半部分小口部位溫度約為(2 500~3 000)℃,氣流速度約1~2 馬赫,主要為燒蝕環(huán)境,燃?xì)饬骷肮腆w離子對(duì)擴(kuò)散段沖刷作用不明顯,在該熱環(huán)境下,酚醛樹脂/碳纖維制備的擴(kuò)散段耐燒蝕性能優(yōu)于酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料,據(jù)表7 數(shù)據(jù)也可看出,酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段前半部分的燒蝕量更小。

        在擴(kuò)散段尾部大口端,燃?xì)饬魉俣仍龃笾? 馬赫,溫度降至2 000 ℃以下,對(duì)擴(kuò)散段作用主要體現(xiàn)為高速氣流及粒子的強(qiáng)沖刷作用。且該發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥中Al粉含量較高,燃?xì)饬鲗?duì)擴(kuò)散段的主要作用表現(xiàn)為A12O3粒子侵蝕和氣流剝蝕[5-6]。同時(shí),燃?xì)饬鞯竭_(dá)擴(kuò)散段出口處時(shí),溫度相對(duì)較低,在地面靜試時(shí)對(duì)擴(kuò)散段出口處溫度測(cè)量(見圖9)溫度范圍為1 512~1 900 ℃,與高硅氧玻璃纖維熔點(diǎn)接近(約1 700 ℃)。

        圖9 擴(kuò)散段出口處測(cè)溫結(jié)果

        圖10 為酚醛樹脂/碳纖維和酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段的表面燒蝕形貌。酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料屬于熔融-氣化型燒蝕材料[5-6],其燒蝕后形貌如圖10b所示,表面附著了一層熔融后凝結(jié)而成的氧化硅保護(hù)層。分析認(rèn)為,當(dāng)燒蝕環(huán)境溫度超過1 400 ℃時(shí),材料表面的酚醛樹脂基體已經(jīng)分解、碳化,隨著表面溫度的持續(xù)升高,高硅氧玻璃纖維熔融形成高黏度的液體SiO2依附在碳化層的表面而形成臨時(shí)的保護(hù)層,減緩了熱沖擊向材料內(nèi)部的燒蝕進(jìn)度[7-10]。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)后,附著在擴(kuò)散段燒蝕層表面的銀灰色物質(zhì)即為高硅氧玻璃纖維熔融冷卻后形成的,此時(shí)燒蝕表面由熔融SiO2薄層和突起的碳化層組成。

        圖10 酚醛樹脂/碳纖維和酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段表面燒蝕照片

        高硅氧玻璃纖維熔化形成的液態(tài)層具有較高的黏度,在發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)饬鳑_刷下仍可附著在擴(kuò)散段燒蝕層表面,對(duì)未燒蝕的材料實(shí)施保護(hù),并且在熱環(huán)境作用下不斷形成新的液態(tài)保護(hù)層,同時(shí)熔融吸熱作用也起到了降溫減緩燒蝕的功能。隨著燒蝕進(jìn)行,燃?xì)饬骷羟辛Υ笥谝后wSiO2的粘附力時(shí),熔融后的高硅氧玻璃纖維層被燃?xì)饬鞔党?,其燒蝕界面逐步向材料內(nèi)部退移[11-14]。

        液體SiO2層吹除后,使碳化層暴露在燃?xì)饬鳝h(huán)境中,在高速粒子和高速氣流沖刷下產(chǎn)生燒蝕退移[4]。當(dāng)碳化層退移到和表面液態(tài)層基本重合后,碳化層逐步被熔融SiO2層覆蓋,從而對(duì)粒子侵蝕和氣流剝蝕起到隔離減緩作用。表面液體SiO2層和碳化層在燃?xì)饬髯饔孟聫谋砻鎰冸x后,內(nèi)部的酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維又開始重復(fù)這一過程并產(chǎn)生新的燒蝕界面。隨著上述過程的反復(fù)進(jìn)行,燒蝕界面逐步向材料的內(nèi)部推進(jìn)[15-17]。

        碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂復(fù)合材料屬于升華型燒蝕材料,碳纖維在高溫下不會(huì)熔化,在高溫環(huán)境下同時(shí)發(fā)生酚醛樹脂分解、碳化和碳纖維的氧化、升華。利用材料直接由固態(tài)變成氣態(tài)或僅經(jīng)過極短暫的液態(tài)階段的過程吸收大量熱而達(dá)到防熱目的。

        燃?xì)饬鲃偼ㄟ^喉襯后主要為燒蝕環(huán)境,氣流剝蝕作用不明顯,因?yàn)榉尤渲?碳纖維復(fù)合材料耐燒蝕性能優(yōu)于酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料,因此酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料制備的擴(kuò)散段在此部位燒蝕量更小。在擴(kuò)散段尾部,燃?xì)饬鳒囟鹊陀?000 ℃,在此溫度條件下,碳纖維一直保持固體狀態(tài),在高速燃?xì)饬骷案咚倭W記_刷下固態(tài)纖維被切斷,隨碳化后樹脂基體被高速燃?xì)饬鞒蓤F(tuán)或成片沖走。酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料雖然具有良好的耐燒蝕性能,但在該部位工況條件下不產(chǎn)生熔融吸熱及對(duì)樹脂碳化層表面的保護(hù)作用,耐沖刷性能不足,表現(xiàn)為該部位燒蝕量較大,出現(xiàn)表面過熱、局部燒穿現(xiàn)象。

        4 結(jié)論

        碳纖維及高硅氧玻璃纖維增強(qiáng)酚醛樹脂基復(fù)合材料是目前固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管防燒蝕內(nèi)襯最廣泛使用的兩類復(fù)合材料,酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能及耐燒蝕性能均優(yōu)于酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料,大量發(fā)動(dòng)機(jī)噴管燒蝕層材料選擇酚醛樹脂/碳纖維復(fù)合材料。但在溫度低于2 000 ℃、固體粒子含量較多且燃?xì)饬魉俣容^大的部位,酚醛樹脂/高硅氧玻璃纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的耐燒蝕及抗沖刷性能。所以在選擇火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管燒蝕層材料時(shí),需要根據(jù)具體熱環(huán)境條件進(jìn)行分析選材,也可分段設(shè)計(jì),使其綜合性能達(dá)到最優(yōu)。

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