面向固体发动机动态燃速测试的碳纤维复合材料超声衰减特性

发布时间：2024-02-25 17:23

　　精确测量推进剂燃速是研究固体火箭发动机弹道性能的关键需求.利用超声波回波法对燃速动态测试是目前最先进的方法之一.针对测量过程中超声波通过碳纤维发动机外壳时衰减程度大的问题,通过分析碳纤维复合材料中的超声波传播和衰减特性,完善了超声波在碳纤维复合材料中的传输模型.采用200 kHz～2 MHz的超声波探头作为激励源,搭建了超声波衰减系数测试平台对2～7 cm厚度碳纤维复合材料样本进行验证.结果表明,对同一厚度的样品测试时,频率每增加100 K衰减系数增加0.108～0.187 dB,使用同一超声频率测试时,厚度每增加1 cm衰减系数增加0.529～0.815 dB.通过此衰减模型可以为超声波检测频率的选取提供参考,有效提升固体火箭发动机的燃速测试精度.

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【部分图文】：

图1固体火箭发动机燃速超声波测试装置

固体火箭发动机燃速的超声波测试装置如图1所示,将多个超声波换能器分段固定在发动机外壳的不同位置,并且填充耦合材料增强超声波的传输能力.当测量固体火箭的位置分别为A,B点时,发动机外壳的厚度t1,t2也会不同.随着外壳厚度的增加,碳纤维增强环氧树脂基复合材料由于....

图2超声波直探头的声压分布

当超声波倾斜入射到样品截面时,会出现类似光学规律的反射与折射现象,而且因为入射脉冲信号的偏振不同,可能会激励出界面波,从而影响回波幅度等参量,使得到的数据难以分析.因此实验中使用超声波直探头并保证入射脉冲信号垂直于样品,通过使用COMSOL对超声波直探头的声场特性进....

图3固体火箭发动机燃速测量超声回波示意图

超声波信号由探头发射穿过耦合剂,在遇到碳纤维增强环氧树脂基复合材料时由于材料声阻抗不同会形成反射回波信号,一部分声波在到达耦合剂与碳纤维增强环氧树脂基复合材料的接触界面会反射回去;另一部分穿过界面,到达碳纤维增强环氧树脂基复合材料的底面进行反射.设耦合剂厚度为d1,碳....

图4衰减系数测试平台

表1碳纤维增强环氧树脂基复合材料参数Tab.1Parametersofcarbonfiberreinforcedepoxyresinmatrixcomposites材料碳纤维复合材料杨氏模量/GPa67.5密度/g·cm-31.54～1.58泊....

本文编号：3910641