C/C喉襯材料燒蝕反應動力學參數測試研究①

顏 勇，李 江，彭麗娜，趙春年

(1.西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072;2.西北工業大學超高溫結構復合材料重點實驗室，西安 710072)

0 引言

噴管喉襯作為固體火箭發動機的關鍵部件，與發動機的工作性能息息相關。由于高溫、高壓、二相流燃氣的機械沖刷、化學燒蝕和熱沖擊等一系列惡劣的工作環境，引起的喉襯燒蝕直接導致喉徑增大，進而影響發動機的內彈道性能;此外，噴管燒蝕異常導致結構變薄，直接降低了C/C復合材料的承載能力，工作過程中可能引起噴管破裂。于是，喉襯設計成為現代固體火箭推進關鍵技術之一。目前，可使用的喉襯材料很多，由于C/C復合材料具有高溫下高比強度和高比模量、耐燒蝕、熱膨脹系數小、密度小等優點，是目前大中型固體火箭發動機喉襯最常用的材料［1－2］。

C/C復合材料的燒蝕規律非常復雜，與很多因素有關，主要分為熱化學燒蝕和機械剝蝕兩部分。目前的研究表明，熱化學燒蝕占主導地位。以熱化學燒蝕為基礎，建立了相應的多尺度模型，各尺度之間需要C/C復合材料相關反應參數的傳遞［3］，此時存在兩方面的問題:一是目前國內外常用數據多引自早期國外利用石墨均質材料實驗所獲得的反應參數［4－6］(Libby P A等初期認為CO2、水與C反應速率相當，Chelliah H K后期研究了二者的不同，并利用相關試驗獲取相應的動力學參數)，與各向異性的C/C，特別是與多向編織的C/C差異未知。二是需要獲取C/C復合材料各單相，即炭基體與炭纖維的反應參數。……