0 引言
随着超视距作战、先敌发现和先敌打击等新型作战模式的建立,作为导弹动力装置的固冲发动机将朝着长时间、远射程的方向发展。与固体火箭发动机相比,固冲发动机燃烧室内是一次富燃燃气与空气掺混燃烧,极易出现燃烧室内温度分布不均状况;同时一次燃气含有大量凝相粒子,更易加剧燃烧室内局部烧蚀。长时间高温和粒子冲刷的工作环境,向现有耐热材料和传统被动热防护技术提出了挑战。近年来,碳化硅陶瓷基复合材料的优异性能已获得国内外研究学者的广泛关注,并开展大量用于冲压发动机的试验验证工作。
1 碳化硅陶瓷基复合材料用于固冲发动机燃烧室
固冲发动机补燃室作为双用途燃烧室需依次经历助推工况的高温、高压,以及续航工况的长时间富氧气流和粒子冲刷,且带进气窗口的补燃室热防护较传统固体发动机热防护更为困难。
2 碳化硅陶瓷基复合材料用于冲压喷管
与固体火箭发动机相比,冲压喷管工作时间长,但工作压强一般低于0.5 MPa,喉部温度为2 000 K左右。C/C-SiC材料完全可以实现喷管零烧蚀的工作需求。
3 碳化硅陶瓷基复合材料用于燃气流量调节装置
4 结论
1)C/C-SiC材料制备周期较长,导致成本居高不下。采用的CVI+PIP混合工艺,与单纯的CVI和PIP工艺相比,周期缩短60%左右是碳化硅未来发展方向。
2)C/C-SiC材料机加性能差,值得重点关注。
3)由于C/C-SiC材料不可避免存在孔隙率,在高温高压环境中,游离硅会以液态形式析出,造成材料内部疏松多孔,材料的气密性难以保证。因此在实际应用中,C/C-SiC部件还需配合设计可靠的密封结构。
随着碳化硅材料研制工艺不断进步,固冲发动机结构方案不断优化,上述难题也将被逐步克服,届时碳化硅材料的成熟应用将会促使固冲发动机性能实现质的提升。