低气压环境火箭底部柔性防热材料隔热试验研究

薛宇轩 何西波 胡由宏 尹晓峰 沈丹

低气压环境火箭底部柔性防热材料隔热试验研究

薛宇轩1何西波1胡由宏1尹晓峰1沈丹2

（1 北京强度环境研究所，北京 100076；2 北京宇航系统工程研究所，北京 100076）

文章针对飞行环境的压力变化，采用低气压环境复合瞬态热试验系统，在常压、20kPa、2kPa三种压力环境下模拟了火箭底部柔性防热材料在飞行过程中的瞬态热载荷。通过测试试件升温状态及表面烧蚀状态，研究压力环境对材料隔热性能的影响。通过试验结果对比分析，发现箭体底部柔性防热材料的升温幅度与烧蚀程度均随环境压力的下降而降低，20kPa、2kPa状态下的烧蚀量分别为常压状态下的87%和56%。

低气压；柔性防热材料；隔热性能；试验研究

0 引言

火箭发动机在多喷管并联工作期间，由于多股射流同时喷出，射流边界之间、射流与周围大气之间会产生相互碰撞进而形成激波，并使气流在箭体底部和喷管之间的区域内产生回流。大气中的氧与涡轮燃气在底部有可能复燃，引起底部加热。在高空，射流在喷管出口处迅速扩散膨胀，形成炽热的羽毛状回流火焰（羽焰），更加剧了回流加热。这些因素使得箭体底部形成极为复杂的热载荷环境，以对流、辐射和复燃的方式对结构进行加热。其严重程度与飞行高度和速度、发动机燃气参数、喷管形状、喷管排列方式、喷管摆动方向以及底部结构形状有关，有时可使箭体底部表面温度达800～1000oC，严重威胁结构安全[1-3]。

为防止外界热量对箭体尾段内部结构产生不利影响进而危及飞行安全，必须对箭体底部回流和辐射加热采取整体防护措施。……