摘要：高超声速飞行器热防护系统和热结构包含多种形式的复合材料薄壁结构,对巡航或再入飞行中的强噪声环境十分敏感和易发生失效破坏,严重威胁着飞行器结构的完整性和可靠性。为考核复合材料薄壁结构的耐噪声性能,基于高声强行波管噪声试验系统,选取厚度为1～3mm的C/SiC复合材料平板作为试验件,试验件四周采用螺栓进行固定安装。通过开展156～165dB噪声激励动态响应试验,获得了不同量级噪声作用下的动态响应变化规律。针对厚度为1mm的试验件开展了失效试验,在168dB噪声作用下,试验件发生了迅速破坏,采用红外无损检测设备对失效后的C/SiC复合材料平板进行检测,采用SEM对断面形貌进行观察,揭示出强噪声激励下的失效模式,可为高温复合材料结构优化设计和耐噪声失效性能评估提供技术支撑。

摘要：连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(ceramic matrix composite-SiC,CMC-SiC)是近年来迅速发展的一种新型低密度热结构材料,在高推比航空发动机、高比冲火箭发动机、冲压发动机和防热结构一体化材料等方面具有广阔的应用前景。航空航天器超常服役环境对材料的环境性能提出十分苛刻的要求,通过试车和试飞考核材料耗时、耗资,难以满足材料研制需求,发展科学高效的材料环境性能实验模拟和计算机模拟技术是国际研究的热点,也是材料优化设计的基础。本文介绍了基于"相似理论"建立的与航空发动机环境具有等效性的环境实验模拟平台和风洞模拟平台。利用该实验模拟平台研究了热物理化学因素与复杂应力因素耦合条件下CMC-SiC环境性能演变失效规律。基于计算热力学、分子模拟和因素分析法等理论与方法,初步建立了CMC-SiC相应的环境性能计算机模拟系统,揭示了材料的环境性能演化规律及其微观机制。

摘要：通过观察C/C-SiC复合材料组元分布的扫描电子显微镜(SEM)照片,获得了C/C-SiC复合材料化学气相渗透(CVI)制备过程中产生孔隙和微裂纹的几何信息。在此基础上,建立了包含孔隙和微裂纹的C/C-SiC微结构有限元模型,并利用均匀化等效计算方法预测了平纹编织C/C-SiC复合材料的模量。针对CVI沉积方式制备的2组不同的C/C-SiC复合材料,实验测试与等效计算结果表明:基于SEM照片建立的C/C-SiC纤维束和复合材料微结构有限元模型,能够反映CVI工艺制备C/C-SiC中孔隙和微裂纹的分布状况;计算结果与实验数据有良好的一致性,数值计算可有效预测C/C-SiC编织复合材料的模量。

摘要：通过对高焓化学非平衡流场参数高精度重构和试样表面参数测试方法的研究,在1 MW高频等离子体风洞上建立了防热材料(Thermal Protection Materials,TPMs)表面催化特性测试的试验方法。应用该方法研究了二氧化硅材料在驻点压力分别为2.7、5和10kPa,焓值为13.9~21.9 MJ/kg的高焓离解空气环境下,表面温度为1 563~2 003K范围内的表面催化反应复合效率随表面温度和原子压力的变化关系。对比国外文献,该试验结果与国外研究结果一致,表明该试验方法是正确、可靠的。同时,高焓化学非平衡流条件下防热材料表面催化特性试验方法的确立将为高超声速飞行器热防护系统的优化设计和新型防热材料性能改进提供有力的技术支撑。

摘要：新一代高超声速飞行器流-热-固耦合问题研究对准确评估与设计飞行器热防护系统结构尤为重要。回顾了高超声速飞行器流-热-固耦合问题的发展历程与现状。从物理含义出发,对高超声速流-热-固耦合问题各学科间的耦合关系以及各自的建模方法进行了归纳。对高超声速飞行器流-热-固耦合问题的研究进展,特别是流-热-固多场耦合分析策略/方法进行了总结。从平台框架、功能模块、耦合方法和技术特点等方面,对中国空气动力研究与发展中心自主研发的热环境/热响应耦合计算分析平台(FL-CAPTER)进行了阐述。最后,对高超声速飞行器流-热-固耦合发展所面临的问题和发展趋势进行了讨论。

摘要：高熵陶瓷作为新型材料,较大的构型熵赋予其独特的性能,其中高熵过渡金属碳化物有望成为高超声速飞行器热防护系统的备选材料。相比于单组元碳化物陶瓷,高熵化的单相陶瓷在综合性能上有较大地提高。目前,高熵过渡金属碳化物陶瓷的研究还处于初始阶段,关于高熵过渡金属碳化物的成分设计和理论分析还缺少足够的研究支撑。另外,如何制备高纯度高熵过渡金属碳化物还需要进一步探索。在高熵过渡金属碳化物陶瓷的性能方面,还缺少深入的研究。本文针对高熵陶瓷的理论设计和制备方法展开综述,详细介绍了高熵过渡金属碳化物的力学、热导及抗氧化性能的研究进展,并指出了高熵过渡金属碳化物陶瓷在超高温陶瓷领域存在的科学问题,展望了高熵过渡金属碳化物陶瓷未来的发展方向。

摘要：为探索C/SiC喷管在固液冲压发动机上应用的可行性以及固液冲压发动机工作环境下的烧蚀行为,对冲压发动机针刺C/SiC复合材料喷管进行了研究。研究结果表明:针刺C/SiC复合材料喷管能够适应冲压发动机富氧、长时间的工作环境;C/SiC复合材料喷管入口段和扩张段存在轻微的氧化,喉部以热化学烧蚀为主,收敛段以热化学烧蚀和热机械侵蚀为主;收敛段为整个喷管的薄弱环节,应根据不同的工作条件和烧蚀机理,对C/SiC喷管的厚度进行分别设计。

摘要：新型三维编织碳/碳化硅复合材料存在较强的各向异性,而各个方向的性能数据积累不足,复合材料的强度计算方法尚不完善,为了发现新型三维编织碳/碳化硅复合材料在冲压发动机喷管中应用可能遇到的问题,并找到相应地解决措施,开展了这种复合材料应用于冲压发动机喷管的承压强度计算和承压实验研究。对承压实验中出现的低压破坏情况进行了分析,分析了低压破裂的原因,提出了改进措施。分析结果表明:C/SiC喷管喉部密度较低,导致强度较低,承载能力下降,是首次强度验证实验过程中该局部破坏的原因;为提高喷管强度,需要通过其形状设计并控制沉积流场,保证其喉部的沉积密度达到1.9g/cm3以上。对改进后的喷管进行了实验验证,实验结果与计算结果基本一致,满足要求。因此,在实际应用中应对喷管喉部和纵向密度的分布进行工业CT无损检测,确保喷管密度的分布均匀。

摘要：为发展高性能结构功能一体化的新型陶瓷装甲防护材料,采用流延法结合热压烧结法制备了不同结构设计的层状SiC/BN陶瓷,研究了材料的烧结特性、显微结构、力学性能及抗冲击性能。结果表明:层状结构设计可以实现陶瓷材料的强韧化效果,其失效模式为非脆性断裂,保持结构完整性的能力明显提升;弯曲强度410MPa,断裂韧性7.6MPa·m^(^(1/2))。打靶结果表明层状结构具有较好的动态吸能效果与保持结构完整性的能力,可以抵抗多发弹丸冲击:凹陷深度为7.5mm,破碎锥直径40 mm,动态损伤以环向为主,综合防护能力得到明显提升。

摘要：采用先驱体浸渍裂解法制备陶瓷基复合材料过程中会形成基体裂纹和孔隙,基体开裂和裂纹演化机制是工艺设计和性能优化的依据。本研究采用真空旋转浸渍–裂解法制备了无界面相的纤维束C/SiCN复合材料,分析了该材料的拉伸性能和基体裂纹增殖现象,讨论了浸渍裂解次数和热处理温度对基体裂纹的影响规律。研究结果表明:当热处理温度为1000~1400℃时,该复合材料的化学组成变化较小;热处理温度达到1600℃时,先驱体转化的SiCN基体分解,C含量降低,SiC含量升高。随浸渍裂解次数由1次增加到4次,该复合材料的平均拉伸强度分别提升14.19%、38.83%和63.47%,同时基体裂纹间距和裂纹开口距离均逐渐减小,基体纤维结合增强,断口纤维拔出减少。热处理温度从1000℃升高到1400℃,C/SiCN拉伸强度缓慢增大;热处理温度为1600℃时,SiCN基体由无定形的SiCxN4–x四面体向SiC晶体转变,基体与纤维脱粘,二者结合强度降低,同时基体体积收缩使C纤维损伤,导致该复合材料拉伸强度陡然下降30.0%。