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火箭发射台用热防护涂层材料探究

2024/3/22 18:33:08发布31次查看
目前,航天领域应用较为成熟的热防护技术主要有 3 种:1)辐射式防热,其机理是受热温度升高时以辐射形式向周围辐射大量热能,通常由涂有高辐射涂层的难熔金属、耐热外蒙皮、隔热层和内部结构组成;2)吸热式防热,它是利用结构自身的热容吸热来达到防热的目的,通常采用比热容大、熔点高和热导率大的材料;3)烧蚀式防热,当对连续较高温度表面加热,热流及热量不能迅速地从表面传到内部,而材料的表面在熔化中损失,下表面的材料却维持一定的温度足以保证材料的强度[1—3]。烧蚀式防热是最常用的防热技术之一,是一种以消耗物质来换取防热效果的积极防热方式。随着航天、宇航事业的发展,热防护涂料不断开拓了新的应用领域。除了飞行器本身的热防护外[4—5],地面设施如火箭发射台也增加了热防护措施。如果将火箭发射台涂以热防护涂料,可使金属表面隔热,减少热烧蚀和热冲击,并防止发射台在多次热冲击载荷作用下产生热疲劳、热龟裂和热断裂,从而可确保火箭发射台工作的可靠性,减少火箭发射台的维修次数,延长火箭发射台的使用寿命。在国外,欧洲航天局位于南美圭亚那的阿里安火箭发射平台为混凝土发射平台,这类完全由无机非金属材料构筑的发射台抗燃气吹扫烧蚀性能良好,但缺点是重量大,且发射台无法进行移动。在国内,有的采用玻璃纤维增强酚醛树脂等有机烧蚀涂料或者一些无机材料制备成热防护涂料[6—7],虽然能够对发射台起到保护作用,但一般情况下,施工条件要求较高,或因为涂料需要高温固化,或因为耐候性较差等原因,均未得到广泛应用。有机耐烧蚀涂料一般都没有通用性,主要依据不同的隔热要求来设计不同的涂料的性能[8]。国内外尚未有对火箭发射台用的热防护涂层材料方面的研究报道。本文针对国内火箭发射台在使用过程中遇到的热烧蚀和热冲击等情况,研究开发出了一种热防护涂层材料。文中首先研究了热防护涂层材料的结构、力学性能和热学性能,在此基础上将研制的热防护涂层在国内某火箭发射台上进行了使用,并对热防护涂层材料的综合性能进行了叙述。
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