航天飞行器热防护系统低密度烧蚀防热材料研究进展

当前,树脂基烧蚀防热仍被认为是最有效、最可靠、最成熟和最经济的一种热防护方式,在航天飞行器热防护系统中普遍采用。近些年在载人航天、探月工程、深空探测和新型航天飞行器系列工程的需求牵引下,本团队开发了蜂窝增强低密度材料、新型防隔热一体化材料、轻质烧蚀维形材料等先进防热复合材料,并开展了相应的应用基础以及工程应用研究工作,对烧蚀材料复杂防热机理及多重防热机制的协同作用进行了探索研究。随着再入/进入航天飞行器先进热防护系统需求的发展,功能多样化、兼容与集成是低密度树脂基烧蚀防热材料的主要发展趋势。     

低密度树脂基防热材料研究进展

随着各国航天工业的发展,飞行器朝着高马赫数和长时间飞行发展,由此带来的热防护问题不容忽视,因此研究新型防热材料以应对严酷的飞行环境显得十分重要。自20世纪50年代开始,树脂基热防护材料因其高残碳率、高防热性能及低成本等优点已经成功应用在美国与前苏联各类型号的导弹与火箭上。针对热防护系统轻量化及防隔热一体化的需求,总结了国内外低密度树脂基防热材料的研究现状,简述了添加空心微球减重、构造多孔结构以及密度梯度纤维化设计等3种减重思路及逐渐从均一的低密度材料向梯度化材料演变的设计理念,展望了低密度树脂基防热材料的发展趋势。     

热红外伪装遮障材料的制备

热红外伪装遮障材料的制备是研制超轻型多波段伪装遮障的关键技术之一。阐述了一种优化的制备热红外伪装遮障材料的关键技术、配方与工艺等。采用本体透明型方法制备了绿色和土色低发射率材料。检测结果表明，研制的低发射率防热红外伪装涂层样品具有红外发射率低、红外透明性好、多光谱兼容等特点。     

多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料高温压缩性能及损伤机制

低密度烧蚀防热材料是航天飞行器热防护系统的关键候选材料,其高温力学性能是热防护结构在气动热载荷下结构完整性的关键。本文针对多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料开展高温压缩性能实验,获得了其压缩强度随温度的变化规律,结合热重、SEM分析了力载荷、热解及氧化反应对压缩强度的影响,揭示了软相碳层弥合和纤维脱黏、拔出两种韧化机制,为多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料在热防护系统的工程应用提供实验数据支撑。      

添加剂对Cr2O3涂层热震失效寿命的影响与涂层的实际选用

在Cr2O3涂层中加入不同含量的CeO2和SiO2添加剂,通过涂层热震试验及对热震试验结果的计算分析表明,涂层的热震失效本质为热应力疲劳失效;在Cr2O3涂层中加入CeO2和SiO2,可显著提高涂层的临界热震温差范围ΔTc,采用CeO2作添加剂使涂层的热震抗力系数提高较多,而SiO2则更多地提高ΔTc,涂层在300℃温度下工作时,选用3．0％CeO2作添加剂,使之具有较好的综合性能,涂层在300－500℃范围内工作,采用3．0％－6．0SiO2作添加剂,其抗热震性较好。     

空空导弹地面检测设备校准方法研究

现阶段空空导弹地面检测设备仅能实现分单元单物理量参数的校准,为解决空空导弹产品综合参数校准需求,提出基于系统模拟空空导弹产品测试参数、模拟空空导弹产品电气测试接口、模拟空空导弹产品测试流程的校准方法,通过分析空空导弹产品参数及接口特征,设计公共基础校准测控平台和独立校准适配器,采用校准测控平台和校准适配器组合架构研制一套空空导弹地面检测设备校准系统,提升校准系统的通用性和扩展性,满足不同型号空空导弹产品参数的模拟校准。校准系统经现场验收测试,测试结果满足系统技术指标要求,校准系统已应用于空空导弹地面检测设备的现场原位校准,实现空空导弹产品综合参数校准。     

基于新型防热机理的防热材料的设计与试验验证

传统的防热材料大多是依靠材料自身的高熔点"忍受"热流或依靠缓慢烧蚀来被动地延长寿命的,这些材料因其密度大或耐氧化不足等问题已经不能满足飞行器设计者的期望,突破传统的被动式防热的思路从防热机理的源头上探索新的思路或许可以找到可行的技术途径。作者设计了一个新的材料体系——耗散防热材料,即在石墨中加入还原性金属,在烧蚀过程中还原性金属耗散热量,同时耗散外界的氧,自发生成氧化物陶瓷膜。新的材料设计的思想是"利用"热流而不是单纯"忍受"热流,初步试验验证表明,在廉价的石墨渗入耗散剂——铝制备的耗散防热材料,在2 900℃,4 MW/m2热焓值烧蚀下,线烧蚀率仅为传统C/C的1/10。其耗散防热原理包含了以往的汇热防热、辐射防热、烧蚀防热、发汗防热等防热形式,增加了相变反应防热,是一种新的防热原理,这种高效能、低成本的材料预计具有很好的应用前景,也将推动非平衡条件下的金属化学基础理论突破。本材料研究的科学问题,涉及高温、高压、高速气流冲刷等非平衡状态的化学反应问题、金属流动问题等,这些问题的研究必将推动材料科学与传热学、流体力学、燃烧化学、气动力学等学科的交叉互动和新的发展。     

浅谈空空导弹型号研制生产过程中的计量测试工作

以空空导弹为例介绍了型号计量测试任务的实施和测试数据的应用,对在型号研制、生产过程中如何有效发挥计量保障工作具有一定的指导作用。     

喷瓷管线接头焊后的涂层与基体的界面研究（I）

对焊接前后的喷瓷管线分别进行了金相试验和ＳＥＭ试验，发现焊接前涂层内有大量的气孔和微裂纹，焊接后，热影响区及其附近的涂层变得均匀，与基体结合更好，离热影响区稍远的区域，裂纹增多，管线容易在这里脱瓷，导致而耐蚀性降低。     

C/C复合材料表面Ni涂层的制备及性能研究

石墨材料作为单晶炉热场常用材料，直接影响单晶硅的生长速率和质量。采用C/C复合材料代替单晶炉中石墨材料存在易氧化的缺陷，为此，利用电镀法在C/C复合材料表面制备了Ni涂层。利用正交试验确定最优电镀试验参数，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、EDS等测试手段分析涂层的相组成、微观形貌和化学组成，并采用热冲击试验和热震性试验对所制备的涂层的抗热冲击性能进行研究。结果表明：电流密度0.4 A/dm²,电镀时间40 min,镀液温度55℃,pH值6条件下制备的涂层的耐磨性最佳。电镀处理后C/C复合材料表面形成了一层均匀、与纤维表面结合紧密的镀层，镀层比较圆整。膜层成分中有大量Ni元素存在。Ni镀层提高了C/C复合材料的抗高温氧化性能。