高温热环境下EPDM绝热材料炭层表面相态试验①

2011-05-03刘佩进王书贤

固体火箭技术 2011年4期

薛瑞，刘佩进，王书贤

(西北工业大学燃烧、热结构与内流场重点实验室，西安 710072)

0 引言

EPDM是目前固体火箭发动机燃烧室内壁面最常用的一种炭化型热防护材料，其在高温条件下形成炭化层、热解层和材料基体层。国内外对建立EPDM绝热层烧蚀模型开展了大量的试验研究[1－4]。试验发现[4]，发动机工作结束后，在EPDM绝热材料炭层表面附着有白色絮状物质。根据能谱分析，其主要成分为SiO2。

SiO2的熔点是1 996 K，沸点是2 503 K，均低于燃气温度，当炭化层温度高于SiO2的相变温度后，SiO2可能以液态或气态形式向表面迁移损耗，并可能以液膜形式附着于炭化层表面。炭化层表面的相态直接影响到燃气向炭化层的传热、炭化层内部的传热、机械破坏模式、表面的化学反应等。如今国内外基于炭化层表面为固态假设下所建立的模型，如何洪庆等[5]采用气动热化学烧蚀机理，扩散和化学动力学双控制机制，并计入气流与粒子的侵蚀，同时将烧蚀与移动边界下的传热相耦合所建立的EPDM烧蚀模型，以及杜新等[6]以5个化学反应为基础建立的化学烧蚀模型，都需进行改进和修正。因此，迫切需要了解炭化层表面在发动机工作热态环境中的相态。

文中利用一种烧蚀发动机，在其高速段安装设计的表面碰撞装置，对EPDM绝热材料进行高温炭层表面相态试验研究，并结合电镜照片对表面相态进行分析，可为烧蚀模型的建立提供试验依据。