气相燃气速度对EPDM绝热材料烧蚀的影响

为了解气相燃气速度对EPDM绝热材料烧蚀的影响,在双基推进剂环境中对EPDM绝热材料进行了烧蚀试验研究。试验排除了粒子的作用,分析了两压强下的不同燃气速度环境中EPDM绝热材料的炭化烧蚀率、炭化层的结构特征以及成分分布。试验结果表明:燃气速度对炭化烧蚀率的影响较弱,对炭化层厚度的影响明显;不同燃气速度条件下炭化层断面具有相同的结构特点和相似的成分分布趋势;低燃气速度条件下烧蚀以热解炭化为主,高燃气速度条件下炭化层的机械破坏显著。试验结果可以用于进一步研究EPDM绝热材料烧蚀机理。

EPDM绝热材料炭化层的三维孔隙结构特征

为了获得绝热材料炭化层的微观结构信息,建立了炭化层三维孔隙结构的微米CT无损测试方法。采用微米CT对EPDM绝热材料炭化层进行了无损扫描,运用三维图像处理软件对炭化层的系列无损扫描图片进行了三维重建。针对发动机热试车后EPDM绝热材料炭化层试样,结合二维图像分析软件,研究了烧蚀方向上炭化层的孔隙结构特征。结果表明,过载烧蚀试验发动机中形成的EPDM绝热材料炭化层从表层向下呈现致密-疏松结构,炭化层的平均孔径和孔隙率都逐步增大。

考虑炭化绝热材料膨胀现象的体烧蚀模型

针对炭化层厚度大于绝热材料损耗厚度的实验现象,建立了考虑膨胀现象的双区体烧蚀模型。认为膨胀是在热解过程中产生的,且炭化层的生成速率是基体推移速率的2倍。在每一个时间步长根据当地温度与绝热材料热解温度的关系判断炭化层与基体的交界面位置,进行网格重新划分及数据交换耦合计算。结果表明,利用双区体烧蚀模型计算得到的烧蚀率和炭化层孔隙结构与烧蚀实验发动机实验结果相吻合,证明了文中模型能够基本反映EPDM类绝热材料的烧蚀特性。