[发明专利]一种固体火箭发动机喉衬材料抗侵蚀试验装置和试验方法

说明书

本发明提供了一种固体火箭发动机喉衬材料抗侵蚀试验装置和试验方法，其结构包括电弧加热器、粒子播发系统、超声速喷管和喉衬材料模型，所述超声速喷管和所述电弧加热器连接，所述超声速喷管与所述电弧加热器之间设有所述粒子播发系统，所述粒子播发系统内装有三氧化二铝粒子，所述喉衬材料模型设置在所述超声速喷管的前端。本发明通过电弧加热器产生的高温空气，通过粒子播发系统将三氧化二铝粒子送入高温流场中，对固体火箭发动机喉衬材料进行抗侵蚀试验，并对喉衬材料的抗侵蚀性能进行分析研究。

技术领域

本发明涉及飞行器地面模拟气动热实验技术领域，尤其是涉及一种固 体火箭发动机喉衬材料抗侵蚀试验装置和试验方法。

背景技术

喉衬作为固体火箭发动机的关键部件，对发动机性能和工作安全性都 有重要影响。发动机工作过程中，喉衬受高温、高压、高速且含有侵蚀性 粒子的热流冲刷而遭到破坏，引起内型面的烧蚀，导致型面退移、尺寸变 化。由于喷管喉部换热最为强烈，喉部烧蚀最为严重，喉径的扩大最终降 低了发动机性能，因此喉衬的烧蚀性能是喷管考核的重要指标。

碳/碳材料是一种优良的烧蚀热结构材料，以其高强度、良好的耐烧蚀 性、极高的抗冲击性等优点，在发动机喉衬中得到广泛应用。由于使用在 固体火箭发动机喷管的热环境中，喷管喉衬的侵蚀现象是一个受众多因素 及其交互影响的复杂过程，与喷管的气动结构设计、烧蚀气氛(包括推进剂 类型及组分)、纤维特性、预制件结构、材料密度、孔隙、基体炭的种类、 石墨化度、杂质等因素相关。由于C/C材料的制备和加工过程复杂，不同 批次之间的制品，性能会有所差异，甚至相差较大。

鉴于喉衬侵蚀问题的重要性和复杂性，国内外对喷管侵蚀进行了大量 研究，重视侵蚀环境的模拟和侵蚀机理的认识。其中，某些研究已涉及到 喷管材料的微观结构形貌分析，所以获得不同烧蚀状态的微观形貌，在烧 蚀机理研究以及材料的抗侵蚀性能分析方面显得尤为重要。

可进行防热材料抗粒子侵蚀性能试验的方法有很多种，如固体火箭发 动机烧蚀/侵蚀试验；固定靶材，由二级轻气炮发射液体粒子或固体粒子的 单粒子碰撞侵蚀试验；在大气层中进行的由小型火箭发射的自由飞行侵蚀 试验；固定雨屏，由二级轻气炮发射模型的弹道靶侵蚀试验；电弧加热器 加粒子烧蚀/侵蚀试验等。但从试验条件对真实环境的模拟程度和试验经费 等方面考虑，目前大量选用的一般为电弧加热器粒子侵蚀试验。

但从试验条件对真实环境的模拟程度和试验经费等方面考虑，目前大 量选用的一般为电弧加热器粒子侵蚀试验，采用石墨粒子经过高温高速气 流加速，与模型产生侵蚀现象，但未见到采用三氧化二铝粒子，利用电弧 加热器设备进行固体火箭发动机喉衬材料的地面试验考核。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体火箭发动机喉衬材料抗侵蚀试验装置 和试验方法，可以对固体火箭发动机喉衬材料的抗粒子侵蚀性能进行地面 试验考核。

根据本发明的一个目的，本发明提供一种固体火箭发动机喉衬材料抗 侵蚀试验装置，包括电弧加热器、粒子播发系统、超声速喷管和喉衬材料 模型，所述超声速喷管和所述电弧加热器连接，所述超声速喷管与所述电 弧加热器之间设有所述粒子播发系统，所述粒子播发系统内装有三氧化二 铝粒子，所述喉衬材料模型设置在所述超声速喷管的前端。

进一步地，所述粒子播发系统包括粒子播发罐、引射播发器和粒子播 发器，所述粒子播发罐内盛装有三氧化二铝粒子，所述粒子播发罐的上部 连接有播发气管；

所述粒子播发罐的底部连接有所述引射播发器，所述引射播发器内设 有播发管和引射管，所述播发管与所述粒子播发罐的底部连通，所述引射 管与所述播发管并联连接，所述引射管与引发气体连接；

所述粒子播发器设置在所述引射播发器的下方，所述播发管延伸至所 述粒子播发器内部，所述播发管位于所述粒子播发器内部的一端设有直角 弯管，所述直角弯管的轴向与高温空气的流动方向一直。

进一步地，所述引射管的压力大于所述播发气管的压力。