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高温熔融氧化铝沉积条件下绝热材料传热和烧蚀机理研究
结题报告
批准号:
51876177
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘洋
依托单位:
学科分类:
E0604.燃烧学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
何国强、何渊博、巴燕、关轶文、惠昆、高勇刚、付本帅、李效聪、董智超
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中文摘要
本项目以准确描述固体火箭发动机内高温熔融氧化铝沉积条件下三元乙丙绝热材料的传热与烧蚀过程,深入揭示其烧蚀机理为研究目的,采用理论分析和实验研究相结合的手段,建立能够模拟发动机颗粒沉积状态的实验装置,开展不同沉积状态对绝热材料内部温度、压力影响以及烧蚀率影响的实验研究,并采用微米CT、微米三维成像仪、XRD、电镜分析等先进设备,对试验后熔融层和炭化层进行详细分析测量,分别建立基于炭化层表面真实粗糙度的接触热传导模型、熔融氧化铝和炭化层内的Al-O-C反应动力学模型、熔融氧化铝覆盖条件下的绝热层热分解和炭化模型,最终形成能够准确描述熔融氧化铝沉积下绝热层传热和烧蚀过程的耦合模型,最终建立基于多孔介质特征的统一模型并进行实验验证和修正,揭示高温高压熔融氧化铝沉积条件下,熔融层与炭化层之间如何传热,发生什么化学反应、材料如何热解等传热和烧蚀的本质问题。
英文摘要
The ablation process and mechanism of EPDM (Ethylene-Propylene-Diene Monomer) insulator in SRM (Solid Rocket Motor) under molten alumina deposition condition is focused. The influence of deposited alumina on temperature, pressure and ablation rate of EPDM is studied theoretically and experimentally. The micron CT, micron 3D imager, XRD and SEM are used to analyze the melting layer and charred layer of post-test EPDM specimen. The reaction kinetics of fused alumina and charred layer in high temperature and high pressure condition, the contact thermal conduction model based on surface roughness, and the pyrolysis model of thermal insulator covered by molten alumina are established. Thus, the unified ablation model of porous media is obtained, and the intrinsic ablation mechanism of EPDM insulator under molten alumina deposition condition is revealed.
本项目以重型运载和长时间小过载工作条件下固体火箭发动机内高温熔融氧化铝沉积导致热防护层异常传热和烧蚀的共性基础问题为研究对象,以准确描述固体火箭发动机内高温熔融氧化铝沉积条件下三元乙丙绝热材料的传热与烧蚀过程,深入揭示其烧蚀机理为研究目的。项目采用理论分析和实验研究相结合的手段,建立了能够模拟发动机颗粒沉积状态的实验装置,开展不同沉积状态下绝热材料内部温度、压力影响以及烧蚀率影响的实验研究,通过测量氧化铝熔融层厚度实时变化、绝热材料试件的温度响应和炭化烧蚀率等参数,获得了熔融氧化铝沉积状态和绝热材料传热烧蚀的宏观规律;并采用微米CT、微米三维成像仪、XRD、电镜分析等先进设备,对试验后熔融层和炭化层进行详细分析测量,分别建立基于炭化层表面真实粗糙度的接触热传导模型、熔融氧化铝和炭化层内的Al-O-C反应动力学模型、熔融氧化铝覆盖条件下的绝热层热分解和炭化模型,实现了能够准确描述熔融氧化铝沉积下绝热层传热和烧蚀耦合模型的集成,最终建立基于多孔介质特征的统一模型并进行实验验证和修正,揭示了高温高压熔融氧化铝沉积条件下,熔融层与炭化层之间的接触传热机理、融沉积层覆盖条件下绝热材料热分解以及气相沉积机理、Al-O-C体系反应机理等本质问题,全面实现了项目的预期研究目标。公开发表学术论文22篇,其中SCI索引14篇,学术会议论文8篇,授权专利4项,培养硕博研究生11人,其中7人毕业。研究成果支撑了某JKW基础加强项目的顺利立项和研制,并在多型战术导弹发动机飞行失利故障归零中得到应用,取得良好效果,未来将逐步向热防护结构精细化设计方面推广和应用。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Effect of multi-walled carbon nanotubes on thermal stability and ablation properties of EPDM insulation materials for solid rocket motors
多壁碳纳米管对固体火箭发动机EPDM绝缘材料热稳定性和烧蚀性能的影响
DOI:10.1016/j.actaastro.2019.01.047
发表时间:2019-06-01
期刊:ACTA ASTRONAUTICA
影响因子:3.5
作者:Guo, Mengfei;Li, Jiang;Ji, Jianbo
通讯作者:Ji, Jianbo
Kinetic study and model verification of reaction between alumina and charred layer
氧化铝与烧焦层反应动力学研究及模型验证
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.09.001
发表时间:2022-09
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Yang Liu;Yong-gang Gao;Xiao-cong Li;Zhi-chao Dong;Yi-wen Guan
通讯作者:Yi-wen Guan
DOI:https://doi.org/10.1016/j.ast.2022.107523
发表时间:2022
期刊:Aerospace Science and Technology
影响因子:5.6
作者:YangLiu;Hai-fengWang;DongMa;Yong-gangGao;WeiZhao
通讯作者:WeiZhao
DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2020.109222
发表时间:2020-08
期刊:POLYMER DEGRADATION AND STABILITY
影响因子:5.9
作者:Xi Kun;Li Jiang;Guo Mengfei;Hu Bozhi;Li Kang
通讯作者:Li Kang
Redeposition and densification of pyrolysis products of polymer composites in char layer
聚合物复合材料热解产物在炭层中的再沉积和致密化
DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2019.06.004
发表时间:2019-08-01
期刊:POLYMER DEGRADATION AND STABILITY
影响因子:5.9
作者:Xi, Kun;Li, Jiang;Liu, Yang
通讯作者:Liu, Yang
复杂拓扑结构下网络分解理论与方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘洋
  • 依托单位:
基于多孔介质特征流固耦合的绝热材料烧蚀模型
  • 批准号:
    51276150
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    刘洋
  • 依托单位:
国内基金
海外基金