2000年第6期 产业用纺织品 力),并且缩短发动机的安装长度。该发动机的锥中速度最快的。若想进一步提高飞行速度,必须 体采用2D石墨织物增强α℃C并用碳化硅涂层,增大发动机推力,但活塞式发动机已无能为力,因 它长50cm,直径为117cm。1984年进行的点火此开始研究喷气发动机。涂层αC材料因质量 实验验证了它的再启动能力,其寿命已超过120轻高温下强度与刚度高,膨胀率低,并可制成高 精度部件,因此适合用在涡轮喷气发动机上工作 在美国“德耳塔Ⅲ运载工具RL10B-2的第二条件不苛刻的部件。CCC材料的这些优点转化到 级发动机上成功地应用了cCC喷管延展锥,扩展部件上就意味着降低了部件冷却的需求,因此发 段采用3D碳纤维/ CVI PG树脂复合材料,它比以动机的尺寸更小,性能更优,循环使用成本更低 前制造的任何一个αCC喷管延展锥都大。该设计复杂性降低。到目前为止,专家一直集中精 αCC延展锥由一个固定部分和延展部分组成,长力研究低应力部件、轴失效风险小的部件、2D喷 达2.5m,最大外径2.1m,已对它进行了实物模管排气系统以及静止部件。涂层C旋转部件 型研究测试,喷管延展锥的点火实验时间已累计已取得显著成果 达1500s。 3.1挡火板 2.4整体挤压式燃烧室 小型涡轮喷气发动机主要用于军事教练机、 液体发动机又可分为挤压式、涡轮泵式、蒸汽靶机、无人驾驶飞机和导弹,因金属燃烧罐不能阻 涡轮、燃气涡轮等。挤压式是指液体发动机的推止燃气进入相邻区域,在喷气发动机上频频失败, 进剂借助于高压气体的压力,作用在推进剂液面因此需为发动机燃烧罐寻找一种隔热保护套筒材 上,使推进剂经过管路阀门、喷嘴,进入燃烧室燃料,该材料应能使燃气维持2min左右使飞行员 烧。这种发动机由于靠高压气体挤送推进剂,因能关闭发动机。αCC材料因具有良好的热性能 而系统较简单,工作较可靠,在推力较小的发动机因此被考虑用作套筒材料,1970年CCC材料首次 上具有优越性。1970年首次制得了用于挤压喷应用在涡轮喷气发动机的燃烧罐上。 气发动机上的CCC内衬模型,直到1979年才制备3.2排气系统 出5个全尺寸的燃烧室扩散锥部件。燃烧室采用 未来军用飞机要求推力质量比更高、有俯角 编织碳纤维増强树脂碳α℃,并用PG涂层。五与仰角推力矢量控制装置、隐身性好等。涂层 个燃烧室直径均为38cm,长均为218cm。1982(℃材料在气体涡轮发动机的应用能满足战斗机 年对该燃烧室实物模型进行测试,仅发现极小的的这些要求。早在1978年就首次制备喷管板、密 涂层裂纹与材料分层 封垫和衬里实物模型,1983年开始根据性能要求 2.5热屏蔽 设计使用材料并制备全尺寸的部件,而后进行了 空间发动机的羽流有强烈的热辐射作用,宇测试。热试车实验在美国产品F100发动机上进 宙飞船处于辐射区域内的部分可能被过度加热,行。到1991年,一个涂层cCC喷管板在发动机上 因此需进行热屏蔽。“火星探索号”宇宙飞船上安的测试时间己超过1300h、5100次加力燃烧循环 装的一个屏蔽体,喷嘴部分采用由碳纤维增强的及相当于2100h的飞行时间。最好的部件是一 α℃C材料,为了降低辐射它采用铌进行涂层,屏蔽种含有碳化硅涂层或氮化硅涂层的2DPAN基碳 体的外径约51cm,厚1mm 纤维增强沥青和树脂碳基体的复合材料。有一个 F100轴对称喷管用了碳化硅涂层2DCCC铰链 3涡轮喷气发动机 板内衬,该铰链板内衬比用传统材料制成的轻 38%。80年代中期高性能2DCCC喷管引起了关 第二次世界大战后期,战斗机的最大速度已注,1987年设计并制造了涂层2DC喷管模型, 超过π00km/h,已经接近活塞式飞机飞行速度的包括收敛铰链、发散铰链和侧壁。为了结构需要 极限。美国P5D“野马”式战斗机最大速度每小铰链采用内外涂层的CCC面板和纵向加强条 时765km,大概是用螺旋浆推进的活塞式战斗机将它安装在发动机上并在704℃~1704℃的气体 201994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseallrightsreservedhttp:/hnw.cnkiner© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 力) ,并且缩短发动机的安装长度。该发动机的锥 体采用 2D 石墨织物增强 CCC ,并用碳化硅涂层 , 它长 50 cm ,直径为 117 cm。1984 年进行的点火 实验验证了它的再启动能力 ,其寿命已超过 120 min。 在美国“德耳塔 Ⅲ”运载工具 RL10B22 的第二 级发动机上成功地应用了 CCC 喷管延展锥 ,扩展 段采用 3D 碳纤维/ CVI PG树脂复合材料 ,它比以 前制造的任何一个 CCC 喷管延展锥都大。该 CCC延展锥由一个固定部分和延展部分组成 ,长 达 215 m ,最大外径 211 m ,已对它进行了实物模 型研究测试 ,喷管延展锥的点火实验时间已累计 达 1 500 s。 214 整体挤压式燃烧室 液体发动机又可分为挤压式、涡轮泵式、蒸汽 涡轮、燃气涡轮等。挤压式是指液体发动机的推 进剂借助于高压气体的压力 ,作用在推进剂液面 上 ,使推进剂经过管路阀门、喷嘴 ,进入燃烧室燃 烧。这种发动机由于靠高压气体挤送推进剂 ,因 而系统较简单 ,工作较可靠 ,在推力较小的发动机 上具有优越性。1970 年首次制得了用于挤压喷 气发动机上的 CCC 内衬模型 ,直到 1979 年才制备 出 5 个全尺寸的燃烧室扩散锥部件。燃烧室采用 编织碳纤维增强树脂碳 CCC ,并用 PG 涂层。五 个燃烧室直径均为 38 cm ,长均为 218 cm。1982 年对该燃烧室实物模型进行测试 ,仅发现极小的 涂层裂纹与材料分层。 215 热屏蔽 空间发动机的羽流有强烈的热辐射作用 ,宇 宙飞船处于辐射区域内的部分可能被过度加热 , 因此需进行热屏蔽。“火星探索号”宇宙飞船上安 装的一个屏蔽体 ,喷嘴部分采用由碳纤维增强的 CCC 材料 ,为了降低辐射它采用铌进行涂层 ,屏蔽 体的外径约 51 cm ,厚 1 mm。 3 涡轮喷气发动机 第二次世界大战后期 ,战斗机的最大速度已 超过 700 km/ h ,已经接近活塞式飞机飞行速度的 极限。美国 P251D“野马”式战斗机最大速度每小 时 765 km ,大概是用螺旋浆推进的活塞式战斗机 中速度最快的。若想进一步提高飞行速度 ,必须 增大发动机推力 ,但活塞式发动机已无能为力 ,因 此开始研究喷气发动机。涂层 CCC 材料因质量 轻 ,高温下强度与刚度高 ,膨胀率低 ,并可制成高 精度部件 ,因此适合用在涡轮喷气发动机上工作 条件不苛刻的部件。CCC 材料的这些优点转化到 部件上就意味着降低了部件冷却的需求 ,因此发 动机的尺寸更小 ,性能更优 ,循环使用成本更低 , 设计复杂性降低。到目前为止 ,专家一直集中精 力研究低应力部件、轴失效风险小的部件、2D 喷 管排气系统以及静止部件。涂层 CCC 旋转部件 已取得显著成果。 311 挡火板 小型涡轮喷气发动机主要用于军事教练机、 靶机、无人驾驶飞机和导弹 ,因金属燃烧罐不能阻 止燃气进入相邻区域 ,在喷气发动机上频频失败 , 因此需为发动机燃烧罐寻找一种隔热保护套筒材 料 ,该材料应能使燃气维持 2 min 左右使飞行员 能关闭发动机。CCC 材料因具有良好的热性能 , 因此被考虑用作套筒材料 ,1970 年 CCC 材料首次 应用在涡轮喷气发动机的燃烧罐上。 312 排气系统 未来军用飞机要求推力/ 质量比更高、有俯角 与仰角推力矢量控制装置、隐身性好等。涂层 CCC 材料在气体涡轮发动机的应用能满足战斗机 的这些要求。早在 1978 年就首次制备喷管板、密 封垫和衬里实物模型 ,1983 年开始根据性能要求 设计使用材料并制备全尺寸的部件 ,而后进行了 测试。热试车实验在美国产品 F2100 发动机上进 行。到 1991 年 ,一个涂层 CCC 喷管板在发动机上 的测试时间已超过 1 300 h、5 100 次加力燃烧循环 及相当于 2 100 h 的飞行时间。最好的部件是一 种含有碳化硅涂层或氮化硅涂层的 2D PAN 基碳 纤维增强沥青和树脂碳基体的复合材料。有一个 F2100 轴对称喷管用了碳化硅涂层 2D CCC 铰链 板内衬 ,该铰链板内衬比用传统材料制成的轻 38 %。80 年代中期高性能 2D CCC 喷管引起了关 注 ,1987 年设计并制造了涂层 2D CCC 喷管模型 , 包括收敛铰链、发散铰链和侧壁。为了结构需要 铰链采用内外涂层的 CCC 面板和纵向加强条。 将它安装在发动机上并在 704 ℃～1 704 ℃的气体 2000 年第 6 期 产业用纺织品 — 41 —