穿刺C/C复合材料固体火箭发动机喷管烧蚀性能仿真

摘要

为预测无纬布复合毡穿刺C/C复合材料固体火箭发动机的喷管烧蚀性能，探究材料热导率与喷管烧蚀率之间的关系，在Fluent平台上建立喷管烧蚀模型，以70-lb BATES发动机为算例进行验证。对材料的单胞模型进行稳态热仿真，获得材料的导热属性；利用喷管烧蚀模型对材料烧蚀性能进行仿真分析。结果表明：喷管材料的烧蚀率随推进剂中Al质量分数的增加而降低，在Al质量分数为15%、18%、21%的工况下，无纬布复合毡穿刺C/C复合材料喷管的烧蚀率均低于石墨材料喷管，差值为0.045～0.070 mm/s;烧蚀过程在约4 s时达到稳定状态，烧蚀率在喷管喉部前端达到峰值；烧蚀率在低温下主要受温度影响，高温下则主要受组分扩散速率的影响；喷管喉部的烧蚀率在材料x、y方向上随热导率的增大而增大，在材料z方向上则随热导率增大而减小。

关键词

穿刺C/C复合材料 / 固体火箭发动机 / 喷管 / 烧蚀率 / 烧蚀模型 / 单胞模型