端燃装药发动机绝热材料动态烧蚀特性研究

为了更准确预估端燃装药发动机工作中绝热材料的烧蚀变化,根据真实发动机燃面退移和包覆层破坏过程控制燃烧室流场边界移动,对流场和绝热材料烧蚀进行了耦合仿真计算。获取了流场边界移动下绝热材料的动态烧蚀特性,分析了燃速对绝热材料动态烧蚀的影响。结果表明:流场边界移动下计算得到的绝热材料炭化层厚度比固定流场边界下计算的厚度高出约0.48 mm,体现了真实发动机中由包覆层破坏导致的绝热材料烧蚀加剧现象。与高燃速条件相比,低燃速下高速气流能够冲刷破坏更大范围包覆层,引发的绝热材料烧蚀加剧现象更加明显,在绝热材料设计中需要重点关注该现象。

绝热材料动态烧蚀试验方法

为了研究绝热材料的动态烧蚀特性,建立了一种敞开环境下绝热材料烧蚀表面的实时监测方法,用光学技术实时记录绝热材料试样表面烧蚀形貌和烧蚀面退移过程,通过图像处理,成功获得了绝热材料动态烧蚀率和烧蚀形貌的相关信息。该监测方法可对一定条件下炭化层的动态烧蚀性能进行评估,通过图像的批处理可获得每一时刻的动态烧蚀率和前n秒的平均线烧蚀率,适用于绝热材料动态烧蚀特性研究,还可以用于研究在绝热材料表面的炭化层形成和消耗特性。

高硅氧/酚醛复合材料烧蚀环境下的吸热机理

通过分析高硅氧/酚醛复合材料烧蚀过程中的吸热机制,结合表面烧蚀理论和边界层空气动力学关系,应用质量引射影响系数的半经验公式,建立了烧蚀环境下吸热机理的理论预报方法,并利用氧乙炔焰动态烧蚀实验对该理论预报方法进行了验证。根据烧蚀过程达到稳态时烧蚀材料表面的能量守恒原理,推导了各吸热机理与总吸热量的比重关系,在给定的烧蚀环境工况下,预报了各吸热机理占总吸热量的比重。结果表明,熔融高硅氧纤维的蒸发吸热对总吸热量的贡献最大,所占比重为44.9%,是主要的吸热机制;材料的热容吸热和烧蚀材料向外界环境的热辐射占总吸热量的比重分别为22.3%和20.1%;树脂热解吸热所占比重很小,仅为1.0%,但热解气体引射进入边界层产生热阻塞效应占总吸热量的比重较大,为11.7%。