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3.2 航天动力系统

3.2.1 结构复合资料

以高功用碳(石墨)纤维复合资料为典型代表的先进复合资料作为结构、功用或结构/功用一体化构件资料,在导弹、运载火箭和卫星飞行器上发挥着不行代替的效果,其运用水平缓规划已关系到武器装备的跨越式进步和类型研发的胜败。碳纤维复合资料首要运用于导弹弹头、弹体箭体和发起机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上,碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发起机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热资料,在美国侏儒、民兵、三叉戟等战略导弹上均已老练运用,美国、日本、法国的固体发起机壳体首要选用碳纤维复合资料,如美国三叉戟-2 导弹、战斧式巡航导弹、大力神-4火箭、法国的阿里安-2火箭、日本的M-5火箭等发起机壳体,其间运用量最大的是美国赫克里斯公司出产的抗拉强度为5.3GPa的IM-7碳纤维,功用最高的是东丽T-800纤维,抗拉强度5.65Gpa、杨氏模量300GPa。

图45 法国阿里安娜V型导弹

图46 复合资料在导弹壳体上的运用部位

固体火箭发起机以其结构简略,机动、牢靠、易于保护等一系列长处,广泛运用于武器系统及航天范畴。而先进复合资料的运用状况是衡量固体火箭发起机总体水平 的重要方针之一。在固体发起机研发及出产中,尽量运用高功用复合资料已成为世界各国的重要展开方针,现在己拓宽到液体动力范畴。科技发达国家在新资料研发中坚持需求牵引和技能创新相结合,做到了需求牵引带动资料技能展开;一起,资料技能创新又推动了发起机水平进步的良性展开。现在,航天动力范畴先进复合资料技能总的展开方向是高功用、多功用、高牢靠及低成本。

固体火箭发起机的壳体作为一个薄壁压力容器,里边装有绝热层和固体推进剂。壳体资料的规划取决于它所接受的载荷、推进剂焚烧发生的内压,以及它外表接受的惯性力和空气动力。发起机的喷管与壳体联接,把焚烧室中的高温、高压、高速燃气热能转变为动能而发生所需推力。因为发起机的喷管更多的露出于热环境中,喷管区的规划有必要可以接受推进剂焚烧发生的高温。40年前,喷管的温度仅有540~1100℃,而今日的喷管温度已高达3300~3700℃以上。与发起机壳体的规划不同,喷管资料的规划更重视资料饱尝剧烈温度动摇的才能,而不是资料自身的根本强度。图47-图51扼要说明晰先进复合资料在国外典型战略武器固体火箭发起机中的运用:

图47 先进复合资料在战略导弹固体火箭发起机上的运用

图48先进复合资料在战略导弹发起机上的运用


图49 先进复合资料在战略导弹发起机上的运用

图50 先进复合资料在战略导弹发起机上的运用


图51 先进复合资料在战略导弹发起机上的运用

此外,复合资料以其质轻的优势代替传统的金属资料取得广泛运用,典型的有复合资料发射筒、网格结构及各种压力容器。

国外复合资料导弹发射筒在战略、战术类型上广泛选用,如美国的战略导弹MX导弹、俄罗斯的战略导弹“白杨M”导弹均选用复合资料发射筒。因为复合资料发射 筒相对于金属资料而言,结构分量大幅度减轻,使战略导弹的机动灵活成为可能。在战术导弹范畴,复合资料导弹发射筒的运用愈加遍及。

网格结构的研讨早在20世纪70年代就己开端,现在己有多种类型网格结构在航空航天范畴用作战略导弹级间段,空间飞行器舱体、箭与卫星的对接框等不同部 件,如1997年美国空军菲利普实验室以自动化环绕技能制造网格结构承力部件运用于飞机改制,加州复合资料中心将复合资料网格运用于航空喷气发起机,日本 研发的炭/环氧复合资料网格结构作为第三级发起机与旋转渠道的级间段结构成功地运用在H1火箭上,见图52和图53。

图52阿里安-5助推发起机碳纤维壳体


图53 火箭助推器壳体

3.2.2结构/功用一体化资料

在国外动力系统喷管部件已趋向全炭/炭化,进口段与喉衬选用全体式多维炭/炭编织物,出口锥用炭/炭资料或炭布带环绕制成,延伸喷管技能适当老练。喉衬资料方面,国外高功用惯性尖端固体发起机、星系固体发起机、战略导弹固体发起机,简直悉数选用3D、4DC/C复合资料喉衬。炭/炭扩张段首要运用于宇航发 动机及战略导弹上面级发起机。

图54 boeing Delta-3发射器RL10B-2发起机喷管


图55 阿里安-5液体运载火箭LRM全体喉衬出口锥


图56 火箭发起机喷管喉衬图例1

图57 火箭发起机喷管喉衬图例2

国内固体发起机壳体已成功选用玻璃纤维及芳纶纤维。在PBO纤维外表处理、PBO纤维习惯的树脂配方研讨等作业都已取得了较大的发展。

图58 系列芳纶纤维复合资料壳体


图59 碳纤维复合资料壳体

国内涵轻质复合资料运用上也展开了相关研讨。西安航天复合资料研讨所及哈尔滨玻璃钢制品研讨所进行了某类型导弹发射筒的研发,己成功地进行了多种地上实验和实弹发射查核。在飞航导弹复合资料发射筒研发方面,航天科工集团三院研发了长5.45m,内径502mm的导弹贮运发射筒;西安航天复合资料研讨所、哈尔滨玻璃钢制品研讨所等单位进行了网格结构资料开始运用研讨,西安航天复合资料研讨所一起针对网格结构环绕成型的特色,开发了环绕软件。

图60 网格结构

在结构/功用一体化资料方面,西安航天复合资料研讨所于70年代晚期树立起了X650mm的毡基炭/炭喉衬研发出产线,80年代初又把握了4D炭/炭喉衬工艺技能,经过工艺攻关,成功地进行了DFH-4卫星渠道用50L炭纤维高压复合资料气瓶环绕研发作业,并己进入正样阶段。此外,西安航天复合资料研讨所还成功研发了宇航员生命保障系统用容器和多种环形及异形容器,在上述研讨的基础上,将相关产品已运用到卫星、运载火箭和军用飞机上,具有十分重要的含义。

图61 新式结构复合资料构件图例


(未完待续)

作者:admin 分类:最近大事件 浏览:159 评论:0