固体火箭技术 第24卷第4期 Journal of Solid Rocket Technology Vol.24No.42001 章编号:1006-2793(2001)04006603 PBO纤维复合材料探索研究 王百亚,任鹏刚,杨建奎 (中国航天科技集团公司四院四十三所,西安710025 摘要:简要概述了PBO纤维及其复合材料的应用,分别进展,新型高性能纤维层出不穷,在材料领域内十分 行了PBO纤维/环氧复合材料千法、湿法缠统成型的NOL活跃。从现已开发的纤维品种中PBO(聚对苯撑苯 环性能试验分析,并采用电晕表面处理方法对NQL环进行并双恶唑)纤维最为突出。该纤维原由美国空军 了试验研究:选用干法缠绕成型工艺进行了Φl50mm压力 970年作为飞机用结构材料开始研制,后得到了 容器试验,初步结果表明,电晕处理效果不明显;Φl50mm 各国研究人员的普遍关注和研究。 压力容器的pV/Wc可达47.55km。 关键词:聚合物基复合材料;有机增加纤維:缠绕工艺;性能 PBO纤维是聚芳杂环类芳族有机纤维,其分 试验 子化学结构为 中图分类号:V258 文献标识码:A 具有刚性极强的线形伸直链结构 The exploriatory study on the advanced PBO fiber 日本东洋纺公司生产的 Zylon PBO纤维是通 compos 过高分子液晶纺丝技术得到初生丝。此项技术,东 WANG Baiya, ren Peng-ang, YANG Jian+ui洋公司有一定研究。该纤维性能指标2:PBO-S // The 43rd Institute of the Fourth A cademy of CASC 纤维密度1.54g/cm3拉伸强度5.8GPa;拉伸模量 Xi'an 710025. China l8GPa;断裂伸长率3.5%;吸湿率2.0%;热分解 温度650℃;极限氧指数LDI68。 PBO-M纤维的 Abstract: The applicat ion of PBO fiber and its composite密度1.56g/cm3;拉伸强度5.8Pa:拉伸模量 are briefly introduced. Experiment al analysis of the me-280Pa;断裂伸长率2.5%;吸湿率0.6%;热分解 chanical properties of PBO fiber/ epoxy composite NOL温度650℃;极限氧指数LDI68。1991~1994年美 国DOW化学公司与日本东洋纺公司合作共同开 ing respectively, and the testing research of NOl rings was 发PBO纤维制造技术,1995年就已开始小批量生 carried out by electro nic radiat ion treatment on PBO fibe 产。参考文献[3]报道了抗拉强度已达7.OPa,杨 were tested. The prelim inary results show t hat no obvio氏模量30040pa,成为当前纤维增强复合材料 improvment of interfacial properties of fiberlepoxy com-中比强度和比模量最高的增强材料 posite by electronic radiation treatment ex ists; The charac 在PBO纤维复合材料壳体方面,美国 teristic coefficient pV/ Wc of the vessels reach 47 55km Brusw ick公司己采用抗拉强度为5.5GPa级的 Key words: olymer matrix composite; or ganic reinforced PBO纤维进行缠绕容器的综合研究,共缠绕6台 内径250mm的球形高压容器,实测平均爆破压强 9MPa,纤维发挥应力4.73GPa,纤维强度转化率 1引言 86%。该复合材料特性系数pV/Wc为65.2km,与 近年来,随着分子设计和工艺技术的不断发T-400炭纤维缠绕容器(抗拉强度5.65GPa,pV °收稿日期:2000-1219。 者简介:王百亚(1%65-),女,高工,从事复合材料研究工作。 4-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
文章编号: 1006-2793( 2001) 04-0066-03 PBO 纤维复合材料探索研究 王百亚, 任鹏刚, 杨建奎 ( 中国航天科技集团公司四院四十三所, 西安 710025) 摘要: 简要概述了 PBO 纤维及其复合材料的应用, 分别进 行了 PBO 纤维/ 环氧复合材料干法、湿法缠绕成型的 NOL 环性能试验分析, 并采用电晕表面处理方法对 NOL 环进行 了试验研究; 选用干法缠绕成型工艺进行了 150mm 压力 容器试验, 初步结果表明, 电晕处理效果不明显; 150mm 压力容器的 p V/ W C 可达 47. 55km 。 关键词: 聚合物基复合材料; 有机增加纤维; 缠绕工艺; 性能 试验 中图分类号: V258 文献标识码: A The exploriatory study on the advanced PBO fiber composite WANG Bai-ya, REN Peng-gang, YANG Jian-kui ∥The 43r d I nstitute o f the Fourth Aca demy of CASC, Xi'a n 710025, China . Abstract: The applicat ion of PBO fiber a nd its composit e ar e briefly intr oduced. Ex periment al analysis of t he mechanical pr operties of PBO fiber/ epo x y compo site NOL rings prepar ed by pr e-impr egnated and wet precesses w inding r espectively, and the testing resear ch of NOL ring s w as carried out by electro nic radiat ion tr eatment on PBO fiber. Pr e-impr eg nat ed-r o ving-w ound 150mm pressure v essels w ere t est ed. The pr eliminary r esults show t hat no obvious impr ovm ent of interfacial pro perties of fiber/ epox y compo site by electr onic r adiation tr eatment ex ists; The char acteristic coefficient pV/ WC o f the vessels r each 47. 55km . Key words: polymer matrix compo site; or ganic reinfo rced fiber; w inding ; performance t est 1 引言 近年来, 随着分子设计和工艺技术的不断发 展, 新型高性能纤维层出不穷, 在材料领域内十分 活跃。从现已开发的纤维品种中, PBO( 聚对苯撑苯 并双 恶唑) 纤维最为突出。该纤维原由美国空军 1970 年作为飞机用结构材料开始研制, 后得到了 各国研究人员的普遍关注和研究。 PBO 纤维是聚芳杂环类芳族有机纤维, 其分 子化学结构为 具有刚性极强的线形伸直链结构 [ 1]。 日本东洋纺公司生产的“Zylo n”PBO 纤维是通 过高分子液晶纺丝技术得到初生丝。此项技术, 东 洋公司有一定研究。该纤维性能指标 [ 2] : PBO-AS 纤维密度 1. 54g / cm 3 ; 拉伸强度 5. 8GPa; 拉伸模量 180GPa; 断裂伸长率 3. 5%; 吸湿率 2. 0%; 热分解 温度 650℃; 极限氧指数LDI 68。PBO-HM 纤维的 密 度 1. 56g/ cm 3 ; 拉 伸强 度 5. 8GPa; 拉 伸模 量 280GPa; 断裂伸长率 2. 5%; 吸湿率 0. 6%; 热分解 温度 650℃; 极限氧指数 LDI 68。1991～1994 年美 国 DOW 化学公司与日本东洋纺公司合作共同开 发 PBO 纤维制造技术, 1995 年就已开始小批量生 产。参考文献[ 3] 报道了抗拉强度已达 7. 0GPa, 杨 氏模量 300～400GPa, 成为当前纤维增强复合材料 中比强度和比模量最高的增强材料。 在 PBO 纤 维 复 合 材 料 壳 体 方 面, 美 国 Brusw ick 公司已采用抗拉强度为 5. 5GPa 级的 PBO 纤维进行缠绕容器的综合研究, 共缠绕 6 台 内径 250mm 的球形高压容器, 实测平均爆破压强 91M Pa, 纤维发挥应力 4. 73GPa, 纤维强度转化率 86% 。该复合材料特性系数 pV / W C 为 65. 2km, 与 T-400 炭纤维缠绕容器( 抗拉强度 5. 65GPa, p V/ — 66 — 第 24 卷 第 4 期 固 体 火 箭 技 术 Jo urnal of So lid Ro cket Technolog y Vol. 24 No . 4 2001 收稿日期: 2000-12-19。 作者简介: 王百亚( 1965- ) , 女, 高工, 从事复合材料研究工作
2001年12月 王百亚,等:PBO纤维复合材料探索研究 第24卷 Wc仅为45.2km)相比要高31%国。此外,由于用干、湿法配方缠绕NOL环进行力学性能 PBO纤维在高温、高压和严酷化学环境下稳定性、试验,其结果见表2。干法缠绕的NOL环层间剪切 耐烧蚀性能优异,残炭强度髙,可以作为绝热层候强度高于湿法缠绕,分析其原因是湿法缠绕的 选材料。因此,PBO纤维在21世纪初将会有较大NOL环含胶量较低,树脂基体未能有效充满复合 规模的开发,必定对航天发动机用复合材料产生较材料中的孔隙,导致层间粘接不牢。但对比其拉伸 大影响 性能参数,湿法缠绕明显高于干法缠绕,初步分析 是湿法缠绕成型时,由于工艺上的不完善,使NOL 2实验部分 环的基体含量降低,纤维体积分数增大,而承受载 2.1原材料 荷主要为PBO纤维。 选用日本产 CylonS”PBO纤维,采用 GJB348-87标准对纤维复丝进行性能测试,测得拉表2千、湿法配方缠绕NOL环力学性能对比 伸强度5300MPa,拉伸模量173GPa,延伸率为 Tab 2 Mechanical poperties comparison 3.45%。树脂基体采用四院四十三所研制的干法缠 f prepreg and wet-method 绕配方43G1及湿法缠绕配方43s2,其浇注体力学 filament wound NOL rings 性能见表1 配方拉伸强度拉伸模量剪切强度纤维强度转 表1树脂基体性能 MPa化率/(%) Tab. 1 Properties of resin matrix 43G11980~24201.28~1.4228~3275~80 拉伸强拉伸模延伸率弯曲强马丁耐热 度/MPa量/GPa(%)度/MPa温度/℃ 4322870~32901.47~1.7015~1878~84 43G1103.13.795.94151.2 湿法缠绕成型的NOL环脱模后,制品内表面 432112.03.905.04181.2130 明显贫胶、起毛,用称重法估算含胶量约(19± 2)%;干法缠绕成型的NOL环,内、外表面光滑、不 2.2试验内容 起毛,含胶量(30±2)%左右。造成湿法缠绕成型的 2.2.1基体配方研制 NOL环含胶量明显低于干法缠绕成型的原因是, 树脂基体将载荷均匀地传递给增强纤维,其性PBO纤维与树脂系统的浸润性不好,湿法配方中 能优劣对于充分发挥纤维性能提高复合效应及环不含有溶剂,相对于干法配方粘度较大,不易浸透 境耐受能力至关重要。环氧树脂由于性能优异, 纤维,在缠绕时给PBO纤维一定的张力,导致内层 直是固体火箭发动机复合材料树脂基体的主体,试的胶液被挤出,向外迁移,浮在NOL环的外表面; 验采用的基体配方选用环氧树脂体系(表1)。 而干法缠绕采用的W阶段胶液粘度较小,浸渍后 2.2.2复合材料试验 再经过一定温度的烘干炉,使得胶带表面的树脂 分别采用干、湿法成型工艺进行NOL环性能预固化”后流动性不大,施加缠绕张力时,内层胶 对比试验,选出适合于PBO纤维缠绕压力容器的液极少向外迁移。通过电镜分析了PBO纤维湿法 成型工艺。所缠绕的d50mm压力容器进行了水缠绕NOL环剪切试样(图1)及NOL环拉伸试样 压爆破试验,初步考核了PBO纤维在dl50mm压的断口(图2),可以看出PBO纤维呈整齐的棒状圆 力容器的纤维强度转化率及容器特性系数 柱形,表面极为光滑;纤维表面树脂含量极少,有大 片裸露的缠绕排列整齐的纤维。从其分子结构分 3结果与讨论 析,它与环氧树脂之间没有活性基团反应,浸胶后 3.1NOL环试验 不能形成镶嵌结构。因此,无论是干法缠绕还是湿 C1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttpy67vcnki.ne
W C 仅为 45. 2km) 相比要高 31% [ 3]。此外, 由于 PBO 纤维在高温、高压和严酷化学环境下稳定性、 耐烧蚀性能优异, 残炭强度高, 可以作为绝热层候 选材料。因此, PBO 纤维在 21 世纪初将会有较大 规模的开发, 必定对航天发动机用复合材料产生较 大影响。 2 实验部分 2. 1 原材料 选 用 日 本 产 “Zylo n-As ”PBO 纤 维, 采 用 GJB348-87 标准对纤维复丝进行性能测试, 测得拉 伸强度 5 300M Pa, 拉伸模量 173GPa, 延伸率为 3. 45% 。树脂基体采用四院四十三所研制的干法缠 绕配方 43G1 及湿法缠绕配方 43S2, 其浇注体力学 性能见表 1。 表 1 树脂基体性能 Tab. 1 Properties of resin matrix 配方 拉伸强 度/ MPa 拉伸模 量/ GPa 延伸率 ( % ) 弯曲强 度/ MPa 马丁耐热 温度/ ℃ 43G1 103. 1 3. 79 5. 94 151. 2 142 43S2 112. 0 3. 90 5. 04 181. 2 130 2. 2 试验内容 2. 2. 1 基体配方研制 树脂基体将载荷均匀地传递给增强纤维, 其性 能优劣对于充分发挥纤维性能, 提高复合效应及环 境耐受能力至关重要。环氧树脂由于性能优异, 一 直是固体火箭发动机复合材料树脂基体的主体, 试 验采用的基体配方选用环氧树脂体系( 表 1) 。 2. 2. 2 复合材料试验 分别采用干、湿法成型工艺进行 NOL 环性能 对比试验, 选出适合于 PBO 纤维缠绕压力容器的 成型工艺。所缠绕的 150mm 压力容器进行了水 压爆破试验, 初步考核了 PBO 纤维在 150mm 压 力容器的纤维强度转化率及容器特性系数。 3 结果与讨论 3. 1 NOL 环试验 采用干、湿法配方缠绕 N OL 环进行力学性能 试验, 其结果见表 2。干法缠绕的 NOL 环层间剪切 强度高于湿法缠绕, 分析其原因是湿法缠绕的 NOL 环含胶量较低, 树脂基体未能有效充满复合 材料中的孔隙, 导致层间粘接不牢。但对比其拉伸 性能参数, 湿法缠绕明显高于干法缠绕, 初步分析 是湿法缠绕成型时, 由于工艺上的不完善, 使 NOL 环的基体含量降低, 纤维体积分数增大, 而承受载 荷主要为 PBO 纤维。 表 2 干、湿法配方缠绕 NOL 环力学性能对比 Tab. 2 Mechanical poperties comparison of prepreg and wet-method filament wound NOL rings 配方 拉伸强度 MPa 拉伸模量 GPa 剪切强度 MPa 纤维强度转 化率/ ( % ) 43G1 1 980～2 420 1. 28～1. 42 28～32 75～80 43S2 2 870～3 290 1. 47～1. 70 15～18 78～84 湿法缠绕成型的 NOL 环脱模后, 制品内表面 明显贫胶、起毛, 用称重法估算含胶量约( 19± 2) % ; 干法缠绕成型的 NOL 环, 内、外表面光滑、不 起毛, 含胶量( 30±2) % 左右。造成湿法缠绕成型的 NOL 环含胶量明显低于干法缠绕成型的原因是, PBO 纤维与树脂系统的浸润性不好, 湿法配方中 不含有溶剂, 相对于干法配方粘度较大, 不易浸透 纤维, 在缠绕时给 PBO 纤维一定的张力, 导致内层 的胶液被挤出, 向外迁移, 浮在 NOL 环的外表面; 而干法缠绕采用的“B”阶段胶液粘度较小, 浸渍后 再经过一定温度的烘干炉, 使得胶带表面的树脂 “预固化”后流动性不大, 施加缠绕张力时, 内层胶 液极少向外迁移。通过电镜分析了 PBO 纤维湿法 缠绕 NOL 环剪切试样( 图 1) 及 NOL 环拉伸试样 的断口( 图2) , 可以看出 PBO 纤维呈整齐的棒状圆 柱形, 表面极为光滑; 纤维表面树脂含量极少, 有大 片裸露的缠绕排列整齐的纤维。从其分子结构分 析, 它与环氧树脂之间没有活性基团反应, 浸胶后 不能形成镶嵌结构。因此, 无论是干法缠绕还是湿 — 67 — 2001 年 12 月 王百亚, 等: PBO 纤维复合材料探索研究 第 24 卷
2001年12月 固体火箭技术 第4期 法缠绕,还远远没有发挥出PBO纤维的高强特性 表3不同处理电压下NOL环剪切性能 Tab3 Properties of NOL rings by electronic radiation treatments with different vol ts 电压/kV 0510 43G1剪切强度/MPa25.118.525.823.5 43s2剪切强度/MPa16.015.315.415.4 7 3.2压力容器试验 图1SEN下的NOL环横截面 在NOL环性能试验的基础上,进行了3发 Fig.1 The cross-sect ion of PBO纤维干法缠绕Φl5mm压力容器研制,有关 NOL ring on sem 数据和试验结果列于表4。 表4PBO纤维干法缠绕50mm 压力容器试验数据 Tab. 4 The test results of 150mm vessels wound wi th PBO fiber prepreg 爆破压强发挥强度转化率pV/W 编号 爆破形式 M Pa M Pa km 图2SEM下的NOL环拉伸断口 12844078.576.9540.77筒身 Fig. 2 The tensile section of 429381.047.55筒身 NOL ring on sem 413478.046.83筒身局部 针对改善其表面惰性问题,在实际使用中最好 是对纤维进行表面处理。美国DOW化学公司采用 编号为1压力容器在设计时,应力平衡系数 活性等离子体处理方法对PBO纤维进行表面处取得过于保守,缠绕时PBO纤维施加的张力较小 理4,其中氧等离子处理使界面剪切强度IFSS提浸胶时也没有严格控制含胶量,致使容器特性系数 高了71.13%,但也仅限于实验阶段。该研究初步pV/Wc值较低,但爆破在筒身中部,呈粉碎性纵、 进行了表面处理的尝试,对PBO纤维表面进行了环向破坏。而后,改进工艺设计缠绕了2”和3压力 电晕处理,应用43G1及4352两种配方分别采用容器,其中3压力容器在筒身局部爆破,3压力容 干法及湿法缠绕成型工艺,进行了NOL环性能试器残骸呈灯笼状,表明设计时应力平衡系数值仍取 验,其试验结果列入表3。可以看出,随着电晕处理得过小,导致纵向纤维应力富余,而环向纤维应力 电压的增大,NOL环的剪切强度基本变化很小,与不足。 未处理的性能数据相当,说明电晕处理对改善 PBO纤维环氧复合材料界面不明显 4结束语 由于PBO纤维表面惰性,与环氧树脂存在浸 润性不好问题,复合材料中PBO纤维的高强特性 下转第71页) c684-2013ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
法缠绕, 还远远没有发挥出 PBO 纤维的高强特性。 图 1 SEN 下的 NOL 环横截面 Fig . 1 T he cro ss-section of NOL ring on SEM 图 2 SEM 下的 NOL 环拉伸断口 Fig . 2 T he tensile section of NOL ring on SEM 针对改善其表面惰性问题, 在实际使用中最好 是对纤维进行表面处理。美国 DOW 化学公司采用 活性等离子体处理方法对 PBO 纤维进行表面处 理 [ 4] , 其中氧等离子处理使界面剪切强度 IFSS 提 高了 71. 13% , 但也仅限于实验阶段。该研究初步 进行了表面处理的尝试, 对 PBO 纤维表面进行了 电晕处理, 应用 43G1 及 43S2 两种配方, 分别采用 干法及湿法缠绕成型工艺, 进行了 NOL 环性能试 验, 其试验结果列入表 3。可以看出, 随着电晕处理 电压的增大, NOL 环的剪切强度基本变化很小, 与 未处理的性能数据相当, 说明电晕处理对改善 PBO 纤维/ 环氧复合材料界面不明显。 表 3 不同处理电压下 NOL 环剪切性能 Tab . 3 Properties of NOL rings by electronic radiation treatments with diff erent volts 电压/ kV 0 5 10 15 43G1 剪切强度/ MPa 25. 1 18. 5 25. 8 23. 5 43S2 剪切强度/ MPa 16. 0 15. 3 15. 4 15. 4 3. 2 压力容器试验 在 NOL 环性能试验的基础上, 进行了 3 发 PBO 纤维干法缠绕 150mm 压力容器研制, 有关 数据和试验结果列于表 4。 表 4 PBO 纤维干法缠绕 150mm 压力容器试验数据 Tab. 4 The test results of 150mm pressure vessels wound with PBO fiber prepreg 编号 爆破压强 M Pa 发挥强度 M Pa 转化率 ( % ) pV / WC km 爆破形式 1 # 28. 4 4 078. 5 76. 95 40. 77 筒身 2 # 27 4 293 81. 0 47. 55 筒身 3 # 26 4 134 78. 0 46. 83 筒身局部 编号为 1 # 压力容器在设计时, 应力平衡系数 取得过于保守, 缠绕时 PBO 纤维施加的张力较小; 浸胶时也没有严格控制含胶量, 致使容器特性系数 pV / W C 值较低, 但爆破在筒身中部, 呈粉碎性纵、 环向破坏。而后, 改进工艺设计缠绕了 2 # 和 3 # 压力 容器, 其中 3 # 压力容器在筒身局部爆破, 3 # 压力容 器残骸呈灯笼状, 表明设计时应力平衡系数值仍取 得过小, 导致纵向纤维应力富余, 而环向纤维应力 不足。 4 结束语 由于 PBO 纤维表面惰性, 与环氧树脂存在浸 润性不好问题, 复合材料中 PBO 纤维的高强特性 ( 下转第 71 页) — 68 — 2001 年 12 月 固体火箭技术 第 4 期
2001年12月 陈步学,等:固体火箭发动机冲压发动机地面试验装置及测控系统 第24卷 f.进气道为直连式,二元双侧进气,双楔混和自适应导弹飞行参数变化能力的研究; 压缩形式,设计马赫数Mp=2.8 f.固体火箭冲压发动机性能和结构一体化设 邀8.贫氧固体推进剂参数为密度1.6g/cm,燃计研究 omm/s,燃速压力指数0.5 g.固冲火箭发动机测控技术研究。 h.燃气发生器工作压力1~3MPa,工作时间 60s,装药为端面燃烧 3结论 i.补燃室内径D=120mm; 固冲火箭发动机实验系统的建立,为开展其各 j.推力台架测量的最大推力小于5000N 项性能参数的研究奠定了基础,并可通过理论分 k.测控系统测量的参数涉及96个,状态控制析、计算和实验研究探讨解决其研发过程中的关键 参数为16个,模拟控制量2个 技术,为固冲发动机的参数选择、优化设计及整体 2.4可开展的研究工作 性能提高提供实验数据和设计计算方法 a.含硼、铝等高能贫氧推进剂配方及燃烧特 性的研究:; 参考文献 b发动机条件下高能贫氧推进剂燃烧效率的[1 HANS-, BESSER.固体推进剂火箭发动机[C]推 研究,壅塞和非壅塞燃气发生器对发动机性能影响 进技术译文集,1989 的研究,燃气流量调节技术研究 2]张炜,等.冲压发动机发展现状及关键技术[J c.冲压补燃室二次燃烧组织技术包括富氧燃 体火箭技术,Vol.21,1998 气与空气掺混、进气道特性(主要指进气道位置,冲【3夏智勋等固体火箭冲压发动机性能调节研究 压空气的入射角,因为二元双侧进气结构形式难以 固体火箭技术,Vol.22,1999 改变、补燃室的长度空燃比、冲压空气的温度流4 Roni Zvuloni, ef al, Investigation of a small solid fuel 量和压力对冲压补燃室燃烧效率影响的研究,以及 ramjet combust or [J.J. Propulsion, 1989, vol. 15. 冲压补燃室热结构和热防护研究; [5] Abraham Cohen and Benveniste Natan. Experimental d.助推、冲压喷管热结构烧蚀性能研究: Ivestigation of a supersonic combust ion sol id fuel e.固体火箭冲压发动机性能模拟实验研究及 ramjet[ R]. AIAA, 1997-3237 (上接第68页) 还未充分体现出来。但通过现有的工艺手段,采用干参考文献 法缠绕成型,施加适当的张力,控制合适的含胶量进[王曙中,等.新一代高性能纤维[J.高科技纤维与应 行容器性能试验,PBO纤维复合材料性能还是优良 用,1997,(9-10):2 的。初步研究结果显示,PBO纤维l50mm压力容[2黑木忠雄,等.PBO纤维“口y”的基本物性和应 器上纤维强度发挥率可达81%,容器特性系数高达 用[J.高科技纤维与应用,1998 47.55km。下一步研究将要重新设计缠绕工艺参数,13张德雄,等.21世纪初固体火箭发动机材料展望和发 选择合适的应力平衡系数及缠绕层次,减轻容器的 展对策[C].四院科技委材料与工艺专业组9学术 年会论文集 消极质量,进一步考核容器特性系数及纤维强度发 [4 Wu G, Hung CH. Effects of chemical treaments on 挥率。另外还应特别重视对纤维表面处理方法的研 high performance poly( P-phenylene benzobisox azole) 究,选择出一种可用于连续浸渍生产中的表面处理 fibers[C]. Proceedings of The 12th Int. Conf. Comp 方法,以充分发挥PBO纤维的高强特性 M at. France, 1999 o1994-2013chinaAcademicJOurnalELectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttpw7rcnki.net
f. 进气道为直连式, 二元双侧进气, 双楔混和 压缩形式, 设计马赫数 M p= 2. 8; g. 贫氧固体推进剂参数为密度 1. 6g / cm 3 , 燃 速 10mm/ s, 燃速压力指数 0. 5; h. 燃气发生器工作压力 1～3M Pa, 工作时间 60s, 装药为端面燃烧; i. 补燃室内径 D= 120mm; j. 推力台架测量的最大推力小于 5 000N; k. 测控系统测量的参数涉及 96 个, 状态控制 参数为 16 个, 模拟控制量 2 个。 2. 4 可开展的研究工作 a. 含硼、铝等高能贫氧推进剂配方及燃烧特 性的研究; b. 发动机条件下高能贫氧推进剂燃烧效率的 研究, 壅塞和非壅塞燃气发生器对发动机性能影响 的研究, 燃气流量调节技术研究; c. 冲压补燃室二次燃烧组织技术包括富氧燃 气与空气掺混、进气道特性( 主要指进气道位置, 冲 压空气的入射角, 因为二元双侧进气结构形式难以 改变) 、补燃室的长度、空燃比、冲压空气的温度流 量和压力对冲压补燃室燃烧效率影响的研究, 以及 冲压补燃室热结构和热防护研究; d. 助推、冲压喷管热结构烧蚀性能研究; e. 固体火箭冲压发动机性能模拟实验研究及 自适应导弹飞行参数变化能力的研究; f. 固体火箭冲压发动机性能和结构一体化设 计研究; g . 固冲火箭发动机测控技术研究。 3 结论 固冲火箭发动机实验系统的建立, 为开展其各 项性能参数的研究奠定了基础, 并可通过理论分 析、计算和实验研究探讨解决其研发过程中的关键 技术, 为固冲发动机的参数选择、优化设计及整体 性能提高提供实验数据和设计计算方法。 参考文献 [ 1] HANS-L, BESSER. 固体推进剂火箭发动机[ C] . 推 进技术译文集, 1989. [ 2] 张炜, 等 . 冲压发动机发展现状及关键技术[ J] . 固 体火箭技术, Vol. 21, 1998. [ 3] 夏智勋, 等 . 固体火箭冲压发动机性能调节研究[ J] . 固体火箭技术, Vol. 22, 1999. [ 4] Roni Zvuloni, et al . Investigation of a small so lid fuel ramjet combust or [J] . J. Pro pulsion, 1989, v ol. 15, No . 3. [ 5] Abr aham Cohen and Benveniste Natan. Ex perimental investigation o f a supersonic combust ion solid fuel ramjet[ R] . AIAA, 1997-3237. ( 上接第 68 页) 还未充分体现出来。但通过现有的工艺手段, 采用干 法缠绕成型, 施加适当的张力, 控制合适的含胶量进 行容器性能试验, PBO 纤维复合材料性能还是优良 的。初步研究结果显示, PBO 纤维 150mm 压力容 器上纤维强度发挥率可达 81%, 容器特性系数高达 47. 55km。下一步研究将要重新设计缠绕工艺参数, 选择合适的应力平衡系数及缠绕层次, 减轻容器的 消极质量, 进一步考核容器特性系数及纤维强度发 挥率。另外还应特别重视对纤维表面处理方法的研 究, 选择出一种可用于连续浸渍生产中的表面处理 方法, 以充分发挥 PBO 纤维的高强特性。 参考文献 [ 1] 王曙中, 等 . 新一代高性能纤维[ J] . 高科技纤维与应 用, 1997, ( 9- 10) : 2. [ 2] 黑木忠雄, 等 . PBO 纤维“ ! ”的基本物性和应 用[J] . 高科技纤维与应用, 1998. [ 3] 张德雄, 等 . 21 世纪初固体火箭发动机材料展望和发 展对策[ C] . 四院科技委材料与工艺专业组 99' 学术 年会论文集 . [ 4] Wu G, Hung CH. Eff ects o f chemical tr eaments on high perfo rmance poly( P-phenylene benzobisox azole) fibers[ C] . Pro ceeding s of T he 12th Int . Conf. Comp. M at. Fra nce, 1999. — 71 — 2001 年 12 月 陈步学, 等: 固体火箭发动机冲压发动机地面试验装置及测控系统 第 24 卷
