柔性石墨在固体发动机高温密封上的应用研究

发布时间：2021-02-11 14:32

　　为了解决某固体发动机喷管高温密封问题,对性能优异的柔性石墨材料进行了研究。通过建立喷管处柔性石墨密封垫片的紧固力矩模型,得到了实现可靠密封的最小紧固力矩。同时对柔性石墨垫片的密封特性进行试验研究,验证了理论计算结果的正确性。最后通过发动机热试车和飞行试验验证了柔性石墨垫片在高温高压情况下的密封可靠性,为后续火箭发动机的高温密封设计提供了参考与借鉴。 

【文章来源】：弹箭与制导学报. 2020,40(06)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

某型发动机喷管结构示意图

图1 某型发动机喷管结构示意图柔性石墨,也称为膨胀石墨,不仅兼具普通石墨耐高温、自润滑、抗腐蚀等特性外,还具备独有的柔软性、良好的压缩与回弹特性[1-4]。柔性石墨对密封面结构和密封介质具有很强的适应性,机械性能不随环境温度的变化而变化。它的高温密封性能尤其突出,是一种综合性能优异的密封材料。文献[5]针对柔性石墨的密封性能、制造工艺、密封机理等方面进行了研究,指出柔性石墨是一种新型可靠的高温密封材料。李嵩等[6]对金属冲齿板增强柔性石墨垫片的密封性能进行了实验研究,并对其在冲压发动机上的实验及应用情况展开了研究。目前,柔性石墨已广泛应用于石油、化工、核能发电、冶金、航空等高温密封领域[7-8],且效果显著。但是石墨垫片在固体火箭发动机高温密封上的应用研究较少。文中通过建立柔性石墨垫片的紧固力矩模型计算得到了石墨垫片实现可靠密封的最小紧固力矩。并对柔性石墨垫片的压缩力学特性、外部压力和交变温度作用下的密封特性及其在某型号固体火箭发动机上的应用展开了实验研究。

固体火箭发动机的喷管高温密封结构如图3所示。利用喷管扩张段处的螺纹紧固力对柔性石墨垫片施加一轴向的压力Py,柔性石墨垫片在轴向压力Py的作用下发生径向变形,从而与喉衬组件紧密贴合在一起,起到密封作用。该处喷管结构的密封机理和填料密封类似[9],对于密封介质压强为P的高温高压燃气,当密封腔底部的径向压紧力Ph大于或等于介质的压力,即Ph≥P时,可以保证结构可靠密封。参考填料的密封机理,可知该处石墨密封垫片对发动机喉衬组件的压紧力沿轴向成指数分布[10-12],如图3所示,即:

【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性石墨波齿复合垫片压缩回弹性能研究[J]. 李军,李翔,何兴建.  化工科技. 2015(05)
[2]柔性石墨金属波纹复合增强垫片密封性能试验[J]. 励行根,沈明学,王成林,魏世军,励洁,彭旭东.  化工学报. 2015(04)
[3]柔性石墨密封垫片的研究现状及发展趋势[J]. 王乐勤,杨晖,励行根,焦磊.  流体机械. 2013(06)
[4]金属与金属接触型石墨密封垫片高温力学性能的试验研究[J]. 范淑玲,章兰珠,林剑红,徐丹丹,蔡仁良,刘雁.  压力容器. 2013(04)
[5]填料密封机理分析[J]. 仝文科,黄清世,陈小军,王丽娟,聂惟国.  液压与气动. 2007(02)
[6]碳密封材料的研究进展及其在航空航天领域的应用[J]. 黄荔海,李贺军,李克智,张守阳.  宇航材料工艺. 2006(04)
[7]膨胀石墨与柔性石墨及其应用[J]. 肖丽,金为群,张华蓉.  中国非金属矿工业导刊. 2005(06)
[8]膨胀石墨填料密封机理研究[J]. 王宏喜,薛丽,王宏霞.  阀门. 2004(06)
[9]STUDY ON THE OXIDIZABILITY-RESISTANCE OF FLEXIBLE GRAPHITE BY USING ADDITIVE[J]. 米国民,涂文懋,陈汝翼,曾宪滨.  Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science. 1994(01)
[10]柔性石墨高温密封材料应用研究[J]. 陈增祉.  航空学报. 1987(12)



本文编号：3029255