冯•卡门曲面整流罩PMI泡沫夹层防热结构技术研究

尹莲花，骆洪志，吴会强，陈友伟，王 晔

（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）

0 引 言

新一代运载火箭整流罩是中国设计的最大整流罩，锥段采用冯·卡门外形（原始卵形，Von-Karmen）曲母线夹层结构形式，由2个半罩组成，直径为5200 mm，采用3 mm软木、1.2 mm厚玻璃钢面板、28 mm厚的ROHACELL 110WF泡沫芯子组成的夹层结构，该结构具有较好的气动外形、制造工艺性、隔热性及吸声降噪能力[1,2]，结构外形见图1。

图1 冯·卡门曲面锥夹层结构整流罩外形Fig.1 Von-Karman Fairing Outline

传统整流罩防热材料为软木防热材料[3]，以往型号的整流罩气动加热条件为底热流条件，软木可以认为是绝热材料，然而新型大结构冯•卡门整流罩有以下特点：

a）后端直径为前端直径的近7倍，直径和曲率的变化很大；

b）结构首次采用导热率较低的材料（PMI泡沫夹芯）；

c）泡沫夹芯结构采用中温固化，在保持结构承载能力下，夹芯外表面温度不高于120 ℃[4,5]。

随着研制的深入，暴露出如下问题：冯•卡门整流罩前端软木如果选用以往整流罩的软木厚度，很可能会有碳化烧蚀反应，由于软木的热物理性能很难在高温下测出，因此选择出合适的软木厚度在仿真与试验中成为一个难题。

本文通过对碳化烧蚀材料的烧蚀机理分析，结合石英灯平板试验，首先在冯•卡门整流罩冷壁热流的输入条件下，对前端曲率较大处的软木平板进行石英灯加热试验，根据试验结果调整软木在高温下的热物理性能，进一步给出在热壁热流的输入条件下，优化软木的厚度，再进行石英灯平板试验考核，最终确定在泡沫夹层温度不大于120 ℃下的软木厚度。……