大型固体火箭发动机喷管喉衬技术研究进展

发布时间：2021-04-01 16:54

　　大型固体火箭发动机喷管的研制,必须掌握关键的大尺寸喉衬技术。本文梳理了法国、日本、美国、印度的大型固体发动机喷管、喉衬技术的发展与应用,分析总结了大尺寸喉衬的应用情况及材料制备工艺、烧蚀性能等;对国内大尺寸喉衬的研制进展进行概括,最后基于我国大型固体发动机喷管喉衬的现状,对大尺寸喉衬设计、材料制备技术的未来发展进行了展望与总结。 

【文章来源】：宇航材料工艺. 2020,50(06)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

喉衬预制体结构示意图

中国专利《潜入式喷管喉衬的环向分块装配方法》[40]，介绍另一种组合式喉衬，喉衬结构如图12所示，将喉衬沿环向分成10～30块，单个块体为近等腰梯形柱状C/C材料，梯形柱斜面（粘结面）两侧沿高度方向加工条形凹槽，凹槽装入条状的抗烧蚀柔性石墨、碳纤维弹性材料，块体之间形成互锁结构，同时起到密封、防止蹿火作用，利用粘结装配工艺将块体组装成大尺寸喉衬。此外还有类似的专利，将喉衬沿径向先分为内、外喉衬两部分，内、外喉衬再分成多瓣拼接，最终形成组合式喉衬，工艺过于复杂，界面太多，可能存在热应力传递、高温密封、烧蚀不均等问题，实际制造大尺寸喉衬的可实施性不强。2.2 整体式C/C喉衬技术

M-V固体运载火箭（2006年退役）从第五次发射开始，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级喷管喉衬由石墨改为3D C/C材料，其中Ⅰ级C/C喉衬外径达Φ1 100 mm，喉径约Φ600mm，高度为350 mm，密度最高达2.0 g/cm3、孔隙率≤5%[17-19]，由石川岛播磨重工研制，喉衬预制体及实物如图5所示。C/C喉衬使用T300级PAN基碳纤维，预制体为圆筒形软纱三向正交结构，结构示意图如图6所示。预制体轴向、径向、环向（Z、R、C）三向的纤维体积分数均为16%，推算预制体密度约0.85g/cm3。预制体采用沥青浸渍高压碳化工艺致密，碳化最高压力98 MPa，并经2 500℃石墨化处理，喉衬的设计密度大于1.93 g/cm3，材料具有优异的热学与力学性能，Z、R、C向的热胀系数（CTE）均较低，且非常接近，2 000℃温度下CET为2.0×10-6/K，呈各向同性特征[20-21]。图6 喉衬预制体结构示意图

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3113667