錐形套式連接C/C噴管擴張段溫度場與應力場分析①

胡江華，孟松鶴，常新龍，許承海，陳 慧

(1.哈爾濱工業大學 復合材料與結構研究所，哈爾濱 150001;2.第二炮兵工程學院，西安 710025;3.中國航天科技集團公司四院四十一所，西安 710025)

0 引言

C/C擴張段具有質量輕、強度高、燒蝕率低、抗熱沖擊性好及熱膨脹系數小等一系列優異性能，國外先進戰略武器系統(運載火箭)的Ⅱ、Ⅲ級火箭發動幾乎全都采用C/C擴張段(延伸錐)技術［1－3］。在全 C/C擴張段的材料工藝和制備方面，國內也開展了一系列的研究，如嵇阿林等［4］開展了針刺C/C擴張段的制備工藝和性能研究;張曉虎等［5］研究了預制體結構對針刺C/C出口錐力學性能的影響，這些研究初步獲得了針刺C/C材料的工藝方法和性能特點。

從國外先進的C/C擴張段設計來看，主要包括材料設計和結構設計。在材料方面，西方國家的先進C/C擴張段首選針刺結構的C/C材料［6］;在結構設計方面，擴張段與喉襯部件之間主要采用了螺紋連接、錐形套連接和一體化成型等方式［7］。

本文主要探討在現有針刺C/C材料性能和噴管型面條件下，錐形套連接方式的全C/C擴張段的溫度場和應力場特點，并與螺紋連接方式的C/C擴張段進行了對比，說明了采用錐形套連接方式的優越性。

1 結構模型

圖1所示為錐形套連接的噴管軸對稱結構，喉襯采用氈基C/C復合材料，擴張段采用針刺C/C復合材料，絕熱層采用高硅氧/酚醛材料，背壁采用石棉/酚醛材料，以及法蘭采用高強度合金鋼。全C/C擴張段最小內徑應略大于喉襯最大外徑，目的是使二者能裝配在一起?！?br>