C/C复合材料在火箭发动机上的应用

C/C复合材料具有高强度、高刚度、低密度、耐高温、耐疲劳蠕变等综合性能, 在航空航天领域受到广泛重视, 介绍了C/C复合材料性能特点及其在火箭发动机上的应用情况.     

等离子射流在大气中扩展特性实验研究

为了研究电热化学发射中等离子射流的自身特性,采用数字高速录像系统对毛细管等离子射流在大气中的扩展过程进行了实验测试.获得了不同放电电压下,等离子射流在大气中扩展过程的时间序列图以及等离子射流在大气中扩展的轴向和径向位移曲线,计算了不同放电电压下等离子射流的轴向和径向速度.研究结果表明:等离子射流在大气中扩展时,速度具有波动性,轴向速度波动时,后一个波峰低于前一个波峰;射流头部出现强烈的湍流耗散现象;放电电压增大时,等离子体射流径向扩展到最大位移时,径向与轴向位移比增大,而所经历的时间与整个脉冲射流时间之比减小.     

宇航复合材料的研究

针对宇航空间技术的发展,着重介绍了金属基复合材料、陶瓷基复合材料及C/C复合材料的研究趋势,讨论了增强纤维与基体复合技术中的某些性质特点。     

C/C复合材料在高超声速飞行器中的应用

以高超声速飞行器为应用背景,简要论述了其对材料的技术要求,详细介绍了C/C复合材料的特性及适用性.结合国外相关型号的使用经验,就C/C-SiC复合材料的应用前景做了简要分析.     

C/C复合材料与镍基高温合金连接接头断裂机制的研究

C/C复合材料与镍基高温合金的连接构件在航空、航天和军工等领域具有很重要的应用前景,利用真空热压工艺成功实现C/C复合材料与镍基高温合金之间的有效连接,并借助SEM、EDS和材料万能试验机,对连接接头的断面及断裂过程进行研究。结果表明:连接中间层可视为特殊的复合材料,接头的断裂模式应为积聚型断裂;而影响接头断裂主要因素则是连接面内各部分材料之间的热膨胀系数的不匹配。     

C/C复合材料的ILSS与碳纤维表面状态的关系

采用液相氧化法对PAN系碳纤维进行了表面处理,研究了不同条件下,碳纤维表面状态对C/C复合材料中纤维与基体的结合程度的影响规律,并通过扫描电子显微镜观察其断口形貌,分析了影响因素与结合状态的关系。     

2D C/SiC复合材料烧蚀性能分析

采用氧-乙炔烧蚀试验研究了2DC/SiC复合材料的烧蚀性能,并对2DC/SiC复合材料在氧-乙炔焰流烧蚀条件下的烧蚀机理和烧蚀物理模型进行了初步探讨。结果表明,密度对材料的烧蚀性能有显著的影响,随着密度的增加,材料的线烧蚀率呈下降的趋势,当密度提高3.4%时,材料的线烧蚀率下降65%。同时,C/SiC复合材料在氧-乙炔条件下的烧蚀机制是热氧化烧蚀、热物理烧蚀和机械冲刷的综合作用。     

缩比火箭发动机尾焰等离子特性研究

为研究缩比火箭发动机尾焰等离子体特性,分析尾焰弱电离气体流场结构与电磁特性的相关性,基于被动自发光谱与朗缪尔探针开展试验研究,重点给出缩比火箭发动机紫外到近红外波段自发光谱,尾焰离子、电子密度和电导率的时域、频域以及空间概率分布特性。被动自发光谱试验结果表明火箭发动机尾焰流场自发辐射光谱存在588nm、619nm、669nm、765nm的光谱特征峰,分别对应Na、Fe、Al、C元素。其中碱金属Na、Fe、Al元素对电导率有突出贡献,Na元素主要来自于大气中的含盐组分,Fe和Al碱金属元素可能来源于推进剂燃烧或者合金结构材料;朗缪尔双探针和三探针试验结果表明,朗缪尔双探针测量电导率与计算电导率数量级相同,约为10^-4～10^-3S/m,朗缪尔三探针测量电导率低于计算电导率数量级,约为10^-5～10^-4S/m;沿发动机轴向,两种探针的电导率均呈指数规律衰减且离子密度概率密度空间分布存在显著差异;探针电流频谱存在50Hz低频主峰和2000Hz、20000Hz高频主峰。     

超燃冲压发动机用复合材料技术的研究状况

通过联合技术研究中心(UTRC)和法国国营飞机发动机研制公司(SNECMA)实施的复合材料超燃冲压发动机的联合研究(JCS)计划,研究了C／C和C／SiC复合材料制造超燃冲压发动机的燃烧室的可能性,与金属制造的超燃冲压发动机比较．证明能减轻质量并提高安全系数。选用SNECMA公司生产的复合材料应用在吸气发动机燃烧室内点火／稳定的预燃室的典型非冷却壁板。这些结构件由联合小组设计,SNECMA公司生产,并于2001年6月,在联合技术研究中心(UTRC)超燃冲压发动机试验装置上,在马赫数7的飞行条件下成功地进行了试验。同时,美国空军与法国武器装备部,在联合超燃冲压发动机框架内共同进行了AC3P研究,并提供经费开发C／SiC主动冷却技术。它将作为未来的结构材料可能取代目前碳氢燃料超燃冲压发动机金属材料．在进行材料和结构研究的同时,生产了几种壁板对其进行了试验。2003年4月在空军研究实验室(AFRL)对SNECMA公司制造的密封复合材料热交换器进行了最终试验。介绍了SNECMA公司有关JCS应用技术的研究状况并预测未来的研究。     

W骨架/Zr基非晶合金复合材料动态力学特性研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)和SEM、XRD等测试方法研究了W骨架/Zr基非晶合金复合材料的动态力学性能及断裂模式。结果表明,复合材料具有较高的动态压缩强度,在采用0.8MPa打击压力时动态压缩强度接近1900MPa。复合材料的断裂包括沿W/W界面、W/非晶界面开裂以及W颗粒解理几种断裂模式,W骨架的特性和材料的交叉网络结构提升了整体塑性。     

喷射压力变化对脉冲等离子射流扩展特性的影响

为分析喷射压力变化对脉冲等离子射流扩展特性的影响,建立脉冲等离子射流在空气中扩展的二维轴对称非稳态模型,并进行数值模拟。研究了1.5~3.5 MPa喷射压力范围内,脉冲等离子射流在空气中扩展时的两相界面演化特性及流场参数变化规律,并与实验结果进行对比。研究结果表明：脉冲等离子射流的轴向扩展位移模拟值与实验值较为吻合;喷嘴出口处,射流场参数骤变,近场处参数变化较为剧烈,后期逐渐衰减至环境参数;喷射压力增大时,脉冲等离子射流的扩展体积、马赫盘大小及压力等流场参数均随之增大,扩展过程中的湍流掺混现象也随之增强,表现为等离子体与空气两相界面破碎加剧;喷射压力减小到1 MPa时,喷嘴近场无马赫盘出现。     

等离子射流在模拟液体发射药中扩展特性的数值模拟

为了深入认识液体工质电热化学炮中等离子射流的点火过程,开展了等离子射流在液体发射药LP1846模拟工质中扩展特性的研究,建立了等离子射流在液体中扩展的二维轴对称非稳态数学模型,并基于液体工质为水的文献实验进行模型验证。在此基础上对等离子射流在LP1846液体发射药模拟工质中的扩展过程进行数值模拟,分析等离子射流在扩展过程中形态的变化以及射流场压力、速度和温度的分布特性。结果表明,扩展过程中由于Taylor-Helmholtz不稳定性,等离子射流和液体发射药模拟工质两相间存在湍流掺混现象,并随着扩展逐渐加剧,表现为射流头部凸出并逐渐轴向拉长形成尖头,同时射流卷吸液体发射药模拟工质在Taylor空腔中产生液滴,且数量逐渐增多。此外,等离子射流扩展过程中近喷孔处由于液体发射药模拟工质回流而出现颈缩现象。射流场由于膨胀波-压缩波交替作用而存在波动现象,且在近喷孔处尤为剧烈,表现为压力场呈现高低压相间分布,速度场也呈类似分布。     

基于鲁棒H2AH∞估计的火炮位置伺服系统故障检测

在滤波理论中发展起来的鲁棒H2/H∞方法，可以较好地解决在模型中带有不确定性的动态系统的鲁棒估计问题，能够使得稳态估计误差的方差和瞬时值均在一定的范围内。在对火炮位置伺服系统进行故障检测诊断的研究中，利用系统状态变量的鲁棒H2/H∞估计生成残差，以抑制模型误差与噪声对检测诊断的影响，同时，引入H范数指标对故障检测滤波器的设计进行优化，既增强了故障检测系统对于模型误差与噪声的鲁棒性，又确保了对故障的灵敏性，从而有效地提高了系统的故障检测精度。     

脉冲等离子射流在空气中扩展特性的测量与分析

为了分析脉冲等离子射流在空气中的扩展特性,采用压电式压力传感器及数字高速录像系统,研究了等离子发生器产生的脉冲等离子射流的扩展过程。用Photoshop等软件处理获得了不同放电电压及喷射破膜压力下,脉冲等离子射流在大气中扩展的体积、轴向位移、径向位移随时间的变化关系。结果表明,脉冲等离子射流扩展时,其形状由初始的类椭球形状逐渐伸展成一个类圆锥头部加细长的类柱形尾部。射流轴向扩展位移始终大于径向位移。扩展的体积随时间呈单峰分布。增大放电电压和喷射破膜压力均可提高射流的扩展能力,且放电电压越大,等离子射流扩展时的湍流掺混越剧烈。     

脉冲等离子射流在液体介质中扩展特性的测量与分析

为了深入了解液体工质电热化学炮的燃烧推进机理,设计了模拟实验装置。采用高速录像系统,观察了脉冲等离子射流喷入液体介质中的扩展过程。测量了脉冲等离子射流在液体介质中形成Taylor空腔的轴向位移和体积变化。得到了Taylor空腔体积随时间变化的定量扩展规律。讨论了贮液室边界形状、放电电压和喷嘴直径对等离子射流扩展的影响。结果表明,两相交界处由于湍流掺混形成皱褶不光滑的交界面。Taylor空腔扩展过程中出现了明显的振荡现象。渐扩结构因子由0.6减小到0.4,轴向位移第一峰值和体积第一峰值分别增大16.6%和12.4%。放电电压由3000 V减小到2100 V,轴向位移第一峰值和体积第一峰值分别减小36.1%和60.7%。喷嘴直径由2 mm减小到1.5 mm,轴向位移第一峰值和体积第一峰值分别减小27.2%和56.7%。     

碳纤维含量对银-二硫化钼-石墨复合材料强度的影响

用粉末冶金法制备了碳纤维含量不同的碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料 ,测量它们的硬度和抗弯强度 ,并用扫描电镜观察分析了它们的显微组织和断口形貌。结果表明 :加入镀铜短碳纤维对基体起到了增强作用 ,并且随碳纤维含量的增加 ,碳纤维 /银 -二硫化钼 -石墨复合材料硬度和抗弯强度明显提高。     

等离子体射流点火对燃烧转爆轰影响的二维数值计算

采用二维粘性CE/SE方法对等离子射流点火的多相爆轰进行了数值计算,分别以N-S方程和Euler方程为控制方程,对比了等离子体射流条件下粘性对爆轰流场的影响。分析了不同射流温度、时间及初始液滴半径对燃烧转爆轰过程的影响。计算结果表明：粘性作用对爆轰波的传播过程影响甚小,对爆轰参数数值大小有一定影响。提高初始射流点火的温度和时间,可以显著地缩短形成稳定爆轰的燃烧转爆轰距离（DDT）;当等离子体射流已经充分点燃可爆混合物,继续增加射流时间对缩短DDT影响较小。当液滴半径小于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而增加;当液滴半径大于50 μm时,爆轰波峰值压力随着液滴半径的增加而减小。计算结果对脉冲爆轰发动机（PDE）的设计与实验具有一定的指导作用。     

喷射压力对等离子体射流在液体中扩展的影响

在液体推进剂电热化学炮的内弹道过程中,等离子体射流的喷射压力对等离子体与液体之间的相互作用影响较大。为了研究喷射压力带来的影响,设计了等离子体射流在圆柱形充液室中扩展的观察试验,建立了等离子体射流在液体介质中扩展的二维轴对称非稳态数学物理模型,并进行了数值计算,计算结果和试验结果吻合较好。分析了喷射压力对等离子体射流扩展特性和流场分布特性的影响,结果表明：等离子体射流在液体介质中扩展,喷嘴附近出现了颈缩现象以及高低压相间分布结构,射流头部出现了局部高压区,侧面出现了局部低压区,等离子体射流的形状由椭圆形逐渐变为纺锤形,射流内部的主漩涡逐渐变大并向下游移动。喷射压力越大,Taylor空腔轴向扩展能力越强,轴向长度与破膜压力和时间呈指数关系;同时头部高压区移动越快,侧面低压区出现越晚,射流内部的主漩涡越大,温度波动越剧烈。增大喷射压力能够加强等离子体射流的扩展能力,但是不利于等离子体射流扩展的稳定性。     

废水溶液化学组分对O3/H2O2氧化TNT功效的影响

为评价TNT废水中不同化学组分对O3／H2O2降解功效的影响,选择HCO^-3、NO^-3、SO^-4、HCOO^-、Cu^2 及AJ^3 等进行了实验研究。以TNT去除率为评价指标,结果表明,溶液中HCO^-3、HCOO^-及Cu^-2 对O3／H2O2去除TNT功效具有抑制作用,其抑制能力的大小为Cu^2 ＞HCOO＞HCO^-3;Al^3 具有促进作用;NO^-3、SO^-4对O3／H2O2去除TNT功效几乎没有任何影响。     

成膜参数对TiN-MoS2/Ti复合薄膜摩擦学性能的影响

本研究利用钻削、切削实验及XPS测试等手段考察了非平衡纳米复合等离子体镀膜技术中成膜参数对TiN-MoS2/Ti复合涂层的摩擦学性能及其理化性能的影响.实验发现靶距、沉积气压及Ti添加剂含量等参数的变化对复合涂层的成分和性能产生了明显的作用.结果表明,通过调整选择合适的工艺参数,可以得到较高耐磨寿命的TiN-MoS2/Ti复合涂层.