聚酰亚胺复合材料在喷管轴向限位的应用研究

零、部组件轻质化是固体火箭发动机的重要发展方向之一，这对新材料的力学性能与有关结构的适应性带来很大考验。针对全轴摆动喷管机械式金属限位装置的功能，设计了一种聚酰亚胺复合材料限位结构。这种结构的应用不仅可以减轻喷管质量，还能有效降低摆动力矩，节约加工成本，提高摆动喷管的可靠性。通过有限元仿真，分析了聚酰亚胺限位结构的热应力及工作过程中相关零件的间隙，得到了聚酰亚胺限位结构在导弹发射及发动机点火建压时刻的应力分布。结果表明，聚酰亚胺复合材料能够满足轴向限位功能的力学性能要求。非金属限位结构的研究为摆动喷管结构简化技术提供了技术参考。

聚酰亚胺复合材料；喷管；限位结构

随着航天技术的快速发展，固体火箭发动机轻质化、低成本和高可靠性面临着更大的挑战。零、部组件的材料创新与应用成为当前技术发展的重要突破之一。聚酰亚胺作为一种先进的复合材料，具有高耐热性、高耐低温性、高强度、低膨胀系数以及优异的尺寸稳定性，被广泛应用于军工、信息、机械、化工和电子等领域[1]。据统计，美国在军事、工业机械、民用航空和电子领域中，聚酰亚胺复合材料应用比例分别为20%、35%、20%和15%。例如，美国的2.4Ma超音速客机，飞行表面温度为177 ℃，要求使用寿命为60 000 h，据报道已确定50%的结构材料是热塑性聚酰亚胺为基体树脂的碳纤维增强复合材料，每架飞机的用量约为30 t[2]。……