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过载条件下EPDM绝热材料烧蚀机理和模型研究(Ⅰ)——烧蚀机理分析 被引量：17
1
作者 刘洋 李江 +4 位作者 杨飒 陈剑 何国强 孙翔宇 胡淑芳 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期229-233,共5页
基于一种颗粒冲刷状态参数大范围可调的高过载地面模拟试验发动机,针对三元乙丙(EPDM)绝热材料开展了15次烧蚀实验,获得了颗粒冲刷状态参数和炭化烧蚀率之间的宏观影响规律,通过扫描电镜分析了炭化层结构的形貌特征,并以炭化层孔隙结构... 基于一种颗粒冲刷状态参数大范围可调的高过载地面模拟试验发动机,针对三元乙丙(EPDM)绝热材料开展了15次烧蚀实验,获得了颗粒冲刷状态参数和炭化烧蚀率之间的宏观影响规律,通过扫描电镜分析了炭化层结构的形貌特征,并以炭化层孔隙结构为纽带,剖析了颗粒冲刷条件下热化学烧蚀和颗粒侵蚀之间的耦合关系。结果表明:(1)存在一个临界速度,当冲刷速度低于临界速度时,颗粒浓度、速度和角度对炭化烧蚀率影响较小,而当冲刷速度高于临界速度时,炭化烧蚀率随速度的增加而急剧增加,角度影响也较大;(2)不同的颗粒冲刷状态条件下,炭化层形貌结构差异较大,内部存在明显的"致密/疏松"结构;(3)根据颗粒冲刷参数和炭化层形貌关系,提出了3种典型的烧蚀冲刷状态,即弱冲刷状态、颗粒沉积状态及强冲刷状态;(4)分析了不同颗粒冲刷状态下的绝热层烧蚀过程,获得了热化学烧蚀和颗粒侵蚀之间的耦合关系。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 三元乙丙 绝热层 烧蚀实验 高过载
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固体火箭发动机高速高浓度两相流冲刷条件下4D编织炭/炭复合材料烧蚀特性研究（英文） 被引量：9
2
作者 刘洋 裴净秋 +1 位作者 李江 何国强 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期144-151,共8页
为了研究固体火箭发动机内高速高浓度冲刷条件下4D编织炭/炭复合材料的烧蚀行为,本文采用一种特别设计的小型实验发动机开展热试实验研究,分别测量获得了试验后炭/炭材料试件的炭棒和纤维束最大烧蚀率,并细分析了冲刷区域和非冲刷区域... 为了研究固体火箭发动机内高速高浓度冲刷条件下4D编织炭/炭复合材料的烧蚀行为,本文采用一种特别设计的小型实验发动机开展热试实验研究,分别测量获得了试验后炭/炭材料试件的炭棒和纤维束最大烧蚀率,并细分析了冲刷区域和非冲刷区域的烧蚀形貌和微观结构。结果表明:在核心冲刷区域,炭/炭材料试件表面出现了明显的凹坑;结合数值模拟结果可知当颗粒冲刷速度超过一定值后,机械剥蚀效应会大幅增加,是炭/炭材料烧蚀加剧的主导因素;和通常状态不同,在实验条件下,炭棒比纤维束更易受到两相流侵蚀;在颗粒的冲蚀作用下,炭棒表面形成了大量类陨石坑的孔洞,炭棒中的纤维头部几乎是平的,并且低于周围的基体;另外根据试验后试件的微观形貌,讨论了炭棒和纤维束之间界面的几种破坏模式,分析了界面易于被破坏的原因。 展开更多
关键词 四向编织炭/炭复合材料 固体火箭发动机 两相流 烧蚀实验
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碳纤维增强氧化锆热障烧蚀复合厚涂层的研究 被引量：7
3
作者 励德亮 程旭东 +4 位作者 叶卫平 陈武 毛昉 陈明 肖巍 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期18-21,共4页
采用大气等离子喷涂(APS)技术,在TC4基体上制备出一种类似"钢筋混凝土"结构碳纤维增强的氧化锆热障烧蚀复合厚涂层,并用等离子火炬对涂层进行模拟烧蚀隔热试验,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等测试方法对涂层烧蚀前... 采用大气等离子喷涂(APS)技术,在TC4基体上制备出一种类似"钢筋混凝土"结构碳纤维增强的氧化锆热障烧蚀复合厚涂层,并用等离子火炬对涂层进行模拟烧蚀隔热试验,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等测试方法对涂层烧蚀前后的表面形貌、纤维状态进行了观察,对部分结构、成分进行了确定。研究结果表明,经过纤维增强的复合涂层可制得的厚度要远大于传统的复合涂层,其烧蚀隔热作用也较传统热障涂层有明显提高。 展开更多
关键词 大气等离子喷涂 碳纤维 烧蚀实验 涂层厚度 防热性能
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固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究 被引量：7
4
作者 陈剑 魏祥庚 +1 位作者 李江 何国强 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期34-35,40,共3页
通过研究长尾喷管烧蚀机理,建立了一套模拟长尾喷管烧蚀的实验方法,设计了研究长尾喷管发动机烧蚀性能的实验装置,并进行了正常状态和过载状态下的长尾喷管烧蚀实验,同时获得了烧蚀实验数据及烧蚀形貌。通过建立的数值计算模型,开展了... 通过研究长尾喷管烧蚀机理,建立了一套模拟长尾喷管烧蚀的实验方法,设计了研究长尾喷管发动机烧蚀性能的实验装置,并进行了正常状态和过载状态下的长尾喷管烧蚀实验,同时获得了烧蚀实验数据及烧蚀形貌。通过建立的数值计算模型,开展了对长尾喷管烧蚀的数值计算研究。将实验结果与数值模拟结果进行了对比分析,两者在一定程度上吻合较好,从一个侧面验证了数值模拟的有效性。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 长尾喷管 烧蚀实验 过载
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固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的烧蚀及热结构特性研究进展 被引量：5
5
作者 朱昭君 强洪夫 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期721-731,共11页
固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的工作环境面临高温、高压、高速燃气流和大量凝聚相颗粒的烧蚀和冲刷,对材料的抗烧蚀性能和热结构特性要求十分严格。因此,从烧蚀实验和热结构特性实验研究、热结构特性预测与气体-颗粒两相流数值... 固体火箭发动机喉衬用轴编C/C复合材料的工作环境面临高温、高压、高速燃气流和大量凝聚相颗粒的烧蚀和冲刷,对材料的抗烧蚀性能和热结构特性要求十分严格。因此,从烧蚀实验和热结构特性实验研究、热结构特性预测与气体-颗粒两相流数值模拟三个方面,论述了轴编C/C复合材料的烧蚀及热结构特性研究进展。总结讨论了实现真实烧蚀工作环境的模拟和影响烧蚀实验参数的控制是高温烧蚀实验的难点,对于铝颗粒添加下工况的烧蚀实验和在细观尺度下热结构特性参数的测定实验是重点;提出从实验件类型、实验系统设计和对比有无铝颗粒添加下的工况进行烧蚀实验;提出采用一种热稳定性材料取代界面的实验方案进行热结构特性参数的测定实验。在热结构特性研究的细观尺度方面,组分材料之间的界面对热结构特性的影响有待深入研究,提出在代表性体积单元模型的基础上引入温度的周期性边界条件来实现热结构参数的预测。在气粒两相流数值模拟方面,发动机内不同相之间相互耦合作用以及对轴编C/C复合材料的机械侵蚀是数值模拟研究的难点,提出使用SDPH-FVM耦合的方法去解决内流场燃烧流动的问题,进一步可用来揭示内流场燃烧流动机理。 展开更多
关键词 轴编C/C复合材料 烧蚀实验 代表性体积单元 温度周期性边界条件 气体-颗粒两相流 细观尺度
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六相交流放电再入飞行器热环境地面模拟研究
6
作者 方川 张子明 +4 位作者 汪耀庭 罗岚月 曾实 李志辉 李和平 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2818-2834,共17页
再入飞行器高速飞行过程中,其表面受到强烈的气动加热作用,所产生的复杂高温气体环境会破坏飞行器材料,影响飞行器结构的可靠性.因此,基于地面装置实现高速飞行器再入过程中表面热环境的模拟,对于再入飞行器的热防护测试具有十分重要的... 再入飞行器高速飞行过程中,其表面受到强烈的气动加热作用,所产生的复杂高温气体环境会破坏飞行器材料,影响飞行器结构的可靠性.因此,基于地面装置实现高速飞行器再入过程中表面热环境的模拟,对于再入飞行器的热防护测试具有十分重要的意义.文章基于数值模拟,分析了工作气压的变化对等离子体中非平衡能量输运过程以及等离子体气体温度等参数的影响规律,提出了通过改变工作气压来调节等离子体冲击壁面的热流密度的方法.基于此,首先以表面热流密度和加热时间与真实飞行条件下一致为原则,基于六相交流电弧放电等离子体实验平台,产生了大体积、高气体温度,且壁面热流密度可调的等离子体电弧射流.然后,对采用酚醛浸渍基碳热防护材料的烧蚀体进行了地面烧蚀实验,在壁面热流密度为1.07~3.95 MW/m2范围内获得了与文献报道吻合较好的实验结果,初步验证了该方法的可行性.对高速再入飞行器典型部件进行了烧蚀实验,在壁面最高热流密度为5 MW/m2的实验条件下,获得了与空间飞行实验吻合良好的地面模拟实验结果.这表明在不采用高成本风洞的前提下,本论文所提出的地面模拟实验方法可在一定程度上模拟飞行器再入过程中的表面热环境. 展开更多
关键词 电弧等离子体 多相交流电弧放电 飞行器再入过程地面模拟 飞行器表面热环境 烧蚀实验
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高压XLPE电缆阻水缓冲层电–热场分析及模拟烧蚀试验研究 被引量：23
7
作者 刘英 陈佳美 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期1260-1270,共11页
近年来,高压交联聚乙烯波纹铝护套电缆中由于阻水缓冲层烧蚀引发的故障屡见不鲜,且烧蚀部位多集中于缓冲层与铝护套紧密接触位置。为充分了解烧蚀故障的成因机理,对故障检测与预防提供理论与数据支撑,该文首先通过电–热场耦合仿真,探... 近年来,高压交联聚乙烯波纹铝护套电缆中由于阻水缓冲层烧蚀引发的故障屡见不鲜,且烧蚀部位多集中于缓冲层与铝护套紧密接触位置。为充分了解烧蚀故障的成因机理,对故障检测与预防提供理论与数据支撑,该文首先通过电–热场耦合仿真,探究电缆中径向电流分布规律及由电流不均导致的缓冲层局部温升特性,并开展模拟烧蚀试验,观察干燥及受潮带材在电流作用下的不同烧蚀表现,推导缓冲层损伤机理。仿真结果表明,缓冲层与铝护套紧密接触位置存在电流集中现象,电流密度峰值随不接触长度增加而增大,可达1×10^(3)A/m^(2)以上,造成的局部温升也随之增加。在缓冲层受潮时温升更为显著,当接触不良长度达到1或2m时,温升可超过47℃及155℃。试验测得铝电极与缓冲层接触位置不同烧蚀状态对应的特征温度,烧蚀起始温度约为165℃。最终,通过缓冲带材耐热性能测试及与前述结果的对应性分析,有效验证了实际电缆线路中发生缓冲层局部热烧蚀的可能性,对于优化电缆结构、提高故障预防与检测能力,保障电网安全稳定运行具有重要意义。 展开更多
关键词 阻水缓冲层 电流集中 局部温升 模拟烧蚀实验 电–热场分析
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高硅氧/酚醛复合材料烧蚀环境下的吸热机理 被引量：16
8
作者 时圣波 梁军 +2 位作者 刘志刚 丁小恒 方国东 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期113-118,共6页
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... 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%。 展开更多
关键词 高硅氧 酚醛复合材料 吸热机理 热解反应 热阻塞效应 氧乙炔焰动态烧蚀实验
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径向电流集中诱发的高压交联聚乙烯电缆缓冲层烧蚀研究 被引量：13
9
作者 刘宏亮 刘若溪 +4 位作者 赵西元 任志刚 陈平 李华春 高景晖 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2021年第8期94-101,共8页
为研究皱纹铝护套高压交联聚乙烯绝缘电缆缓冲层烧蚀机理,首先,通过对发生烧蚀的110 kV XLPE绝缘电缆进行故障分析,提出电缆径向电流集中是导致烧蚀故障的原因。其次,建立故障电缆的仿真模型,计算缓冲层与皱纹铝护套接触部分的电流密度... 为研究皱纹铝护套高压交联聚乙烯绝缘电缆缓冲层烧蚀机理,首先,通过对发生烧蚀的110 kV XLPE绝缘电缆进行故障分析,提出电缆径向电流集中是导致烧蚀故障的原因。其次,建立故障电缆的仿真模型,计算缓冲层与皱纹铝护套接触部分的电流密度最大值及其分布情况,并通过模型试验与公式计算验证仿真结果,发现皱纹铝护套波谷嵌入缓冲层的深度和缓冲层体积电阻率影响着径向电流的大小与分布。最后,通过设计模拟试验,证明径向电流集中是导致缓冲层烧蚀的原因之一,并在恒温箱中对模拟烧蚀试验的环境条件进行控制,通过偏光显微镜对比试验样品和烧蚀铝护套的表面形貌。结果表明:模拟烧蚀试验中发生的烧蚀过程与实际故障电缆中的烧蚀过程相同,且随着缓冲层中电流密度最大值的增大,烧蚀的起始时间缩短。本文揭示了皱纹铝护套烧蚀故障径向电流集中的物理机理,为相关故障诊断及防护提供了理论和试验依据。 展开更多
关键词 高压XLPE绝缘电缆 缓冲层烧蚀 径向电流集中 模拟烧蚀实验
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航天飞行器防热涂层烧蚀行为及机理研究 被引量：4
10
作者 严旭 王洪波 +4 位作者 范新中 杨东生 高超 贺晨 王毅飞 《航天器环境工程》 2020年第4期369-376,共8页
为拓宽航天飞行器防热涂层裂解温域,提高涂层的耐烧蚀性能,文章通过热重–差示扫描量热分析仪(TG-DTG)分析了2种硅橡胶基体的热分解行为,并结合马弗炉烧蚀实验研究铁红、云母、白炭黑等3种功能组元对硅橡胶涂层静态烧蚀性能的影响,通过... 为拓宽航天飞行器防热涂层裂解温域,提高涂层的耐烧蚀性能,文章通过热重–差示扫描量热分析仪(TG-DTG)分析了2种硅橡胶基体的热分解行为,并结合马弗炉烧蚀实验研究铁红、云母、白炭黑等3种功能组元对硅橡胶涂层静态烧蚀性能的影响,通过扫描电镜(SEM)以及红外光谱分析仪(FT-IR)分析烧蚀机理,最后通过马弗炉烧蚀实验及高温燃气流烧蚀实验对2种涂层的烧蚀性能进行考核。结果表明:甲基苯基硅橡胶在220~320℃温域的裂解主要以侧基交联为主;在320~480℃以由羟基引发的主链“回咬”机制为主;在480~630℃则通过链间折叠发生环降解反应。主链“回咬”和链间环降解反应均会导致树脂基体交联密度降低,力学性能下降,产生“粉化”。甲基乙烯基硅橡胶在其裂解温域370~780℃主要发生侧基交联反应,树脂基体交联密度上升,热稳定性提高。白炭黑对于2种硅橡胶基体的热稳定性提升最为显著;铁红、云母等均会在高温下与硅橡胶基体产生共融,减缓硅橡胶基体的高温裂解。 展开更多
关键词 硅橡胶 功能组元 裂解温域 热分解机理 烧蚀性能 高温烧蚀实验
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