大气等离子体处理对三元乙丙绝热层表面性能的影响

为解决三元乙丙(EPDM)绝热层机械打磨效率低、噪音大、粉尘多,以及溶剂清洗带来的安全、操作人员的健康等问题,探究大气等离子体处理技术取代机械打磨的可行性。运用大气等离子体对EPDM绝热层进行表面处理,通过傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜-能量色散谱仪、表面能测量仪对处理前后EPDM绝热层表面形貌、化学元素组成和表面润湿性进行表征,采用万能材料试验机对处理前后EPDM绝热层和衬层的界面粘接性能进行测试。实验结果表明,等离子体处理后的EPDM绝热层表面新增含氧基团,表面氧元素含量增加,表面形貌更加均匀,表面能由25.43 mN/m升高到43.06 mN/m,EPDM绝热层/衬层的界面粘接强度由1.89 MPa提高到2.16 MPa,证明了大气等离子体处理技术取代机械打磨具有可行性。

三元乙丙绝热层中残留α,α-二甲基苯甲醇含量测定

采用毛细管气相色谱外标法研究了固体火箭发动机用三元乙丙绝热层中残留α,α-二甲基苯甲醇的定量测定方法。研究结果表明,利用溶剂浸泡方式萃取出残留α,α-二甲基苯甲醇后直接进行分析,能得到较好的定量结果,可满足实际测试需要。实验结果表明,该方法操作简便、分析时间适中、具有较好的精密度和准确度。

三元乙丙绝热层表面酸碱性质研究

采用接触角测定法研究了固体火箭发动机用三元乙丙绝热层的表面酸碱性质。研究结果表明,三元乙丙绝热层的表面呈现Lewis碱性,且发现经过特定热处理过程后的绝热层表面碱性变得更强。应用"单极性"理论及其数据处理方法,定量求出了多批次三元乙丙绝热层的表面酸碱自由能参数γ+s、γs-以及表面自由能的色散分量γsLW。

固体火箭发动机真实热环境下EPDM绝热层烧蚀计算与试验研究

基于Hertz弹性碰撞理论和Thornton弹塑性假设,导出了粒子碰撞炭层过程中的压痕硬度理论表达式,根据弯管试验数据和试件扫描电镜分析提出了临界速度模型,对于三元乙丙橡胶(EPDM)炭化后形成的多孔炭化结构,结合裂纹侵蚀理论提出了两相流非完全弹性碰撞多孔炭化层体烧蚀计算模型。设计了用于验证烧蚀计算模型的模拟发动机旋转过载试验,保证了模拟发动机和真实发动机的天地一致性。结果表明:在模拟发动机真实飞行过程的热环境下,计算结果与实测结果能够基本吻合。研究结果对固体火箭发动机绝热结构的设计具有工程指导意义。

硅树脂/EPDM绝热材料的性能及陶瓷化机理

采用SEM、TG、DSC、拉伸试验和氧-乙炔烧蚀试验,研究了硅树脂对EPDM绝热材料力学性能、热稳定性以及耐烧蚀性能的影响,并分析了硅树脂/EPDM绝热材料在烧蚀过程中炭化层的陶瓷化机理。结果表明:随着硅树脂含量的增加,绝热层的抗拉强度和断裂伸长率均有所降低;在硅树脂含量为35 phr时,绝热层的热稳定性以及耐烧蚀性能最好,残炭率能达到30%左右,线烧蚀率最小为0.048 mm/s;观察形貌发现,含硅树脂绝热层烧蚀后形成的炭化层更致密坚硬,孔洞更小,耐冲刷性能更好。添加硅树脂能够有效提高EPDM绝热层的耐烧蚀性能,其作用机理主要是通过高温下分解产生的硅氧化物与碳进行碳热还原反应形成碳化硅和其熔融态将炭化层粘结在一起,最终形成一种类陶瓷结构的炭化层。

固体火箭冲压发动机绝热层传热特性数值仿真

研究冲压发动机补燃室的热防护性能,为发动机长时间安全工作提高热防护技术,建立了补燃室三维流场和EPDM(三元乙丙)绝热层的物理数学模型,数值仿真补燃室内燃烧及流动过程。对补燃室内温度变化梯度大,燃气温度在补燃室中部达到极值,化学反应流场在周向存在很大的不对称性。补燃室头部的回流区和输运漩涡对燃烧效率有着重要影响。通过对绝热层和壳体的温度场进行数值仿真,发现绝热层存在两个高温区域:头部回流区域和补燃室中部的燃烧充分区域。计算结果符合物理规律,并与试验结果符合较好。研究结果为冲压发动机补燃室热防护层的设计提供了有效的分析手段。