為了解決某固體發(fā)動機噴管高溫密封問題,對性能優(yōu)異的柔性石墨材料進行了研究。通過建立噴管處柔性石墨密封墊片的緊固力矩模型,得到了實現(xiàn)可靠密封的最小緊固力矩。同時對柔性石墨墊片的密封特性進行試驗研究,驗證了理論計算結(jié)果的正確性。最后通過發(fā)動機熱試車和飛行試驗驗證了柔性石墨墊片在高溫高壓情況下的密封可靠性,為后續(xù)火箭發(fā)動機的高溫密封設(shè)計提供了參考與借鑒。 

【文章來源】：彈箭與制導學報. 2020,40(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

某型發(fā)動機噴管結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 某型發(fā)動機噴管結(jié)構(gòu)示意圖柔性石墨,也稱為膨脹石墨,不僅兼具普通石墨耐高溫、自潤滑、抗腐蝕等特性外,還具備獨有的柔軟性、良好的壓縮與回彈特性[1-4]。柔性石墨對密封面結(jié)構(gòu)和密封介質(zhì)具有很強的適應(yīng)性,機械性能不隨環(huán)境溫度的變化而變化。它的高溫密封性能尤其突出,是一種綜合性能優(yōu)異的密封材料。文獻[5]針對柔性石墨的密封性能、制造工藝、密封機理等方面進行了研究,指出柔性石墨是一種新型可靠的高溫密封材料。李嵩等[6]對金屬沖齒板增強柔性石墨墊片的密封性能進行了實驗研究,并對其在沖壓發(fā)動機上的實驗及應(yīng)用情況展開了研究。目前,柔性石墨已廣泛應(yīng)用于石油、化工、核能發(fā)電、冶金、航空等高溫密封領(lǐng)域[7-8],且效果顯著。但是石墨墊片在固體火箭發(fā)動機高溫密封上的應(yīng)用研究較少。文中通過建立柔性石墨墊片的緊固力矩模型計算得到了石墨墊片實現(xiàn)可靠密封的最小緊固力矩。并對柔性石墨墊片的壓縮力學特性、外部壓力和交變溫度作用下的密封特性及其在某型號固體火箭發(fā)動機上的應(yīng)用展開了實驗研究。

固體火箭發(fā)動機的噴管高溫密封結(jié)構(gòu)如圖3所示。利用噴管擴張段處的螺紋緊固力對柔性石墨墊片施加一軸向的壓力Py,柔性石墨墊片在軸向壓力Py的作用下發(fā)生徑向變形,從而與喉襯組件緊密貼合在一起,起到密封作用。該處噴管結(jié)構(gòu)的密封機理和填料密封類似[9],對于密封介質(zhì)壓強為P的高溫高壓燃氣,當密封腔底部的徑向壓緊力Ph大于或等于介質(zhì)的壓力,即Ph≥P時,可以保證結(jié)構(gòu)可靠密封。參考填料的密封機理,可知該處石墨密封墊片對發(fā)動機喉襯組件的壓緊力沿軸向成指數(shù)分布[10-12],如圖3所示,即:

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]柔性石墨金屬波紋復合增強墊片密封性能試驗[J]. 勵行根,沈明學,王成林,魏世軍,勵潔,彭旭東.  化工學報. 2015(04)
[3]柔性石墨密封墊片的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 王樂勤,楊暉,勵行根,焦磊.  流體機械. 2013(06)
[4]金屬與金屬接觸型石墨密封墊片高溫力學性能的試驗研究[J]. 范淑玲,章蘭珠,林劍紅,徐丹丹,蔡仁良,劉雁.  壓力容器. 2013(04)
[5]填料密封機理分析[J]. 仝文科,黃清世,陳小軍,王麗娟,聶惟國.  液壓與氣動. 2007(02)
[6]碳密封材料的研究進展及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 黃荔海,李賀軍,李克智,張守陽.  宇航材料工藝. 2006(04)
[7]膨脹石墨與柔性石墨及其應(yīng)用[J]. 肖麗,金為群,張華蓉.  中國非金屬礦工業(yè)導刊. 2005(06)
[8]膨脹石墨填料密封機理研究[J]. 王宏喜,薛麗,王宏霞.  閥門. 2004(06)
[9]STUDY ON THE OXIDIZABILITY-RESISTANCE OF FLEXIBLE GRAPHITE BY USING ADDITIVE[J]. 米國民,涂文懋,陳汝翼,曾憲濱.  Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science. 1994(01)
[10]柔性石墨高溫密封材料應(yīng)用研究[J]. 陳增祉.  航空學報. 1987(12)



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