日本火箭发动机喷管用C/C复合材料
李崇俊崔红李瑞珍（西安航天复合材料研究所，西安710025）
文摘介绍了C/C复合材料在日本固体火箭发动机喷管的应用情况，主要包括卫星远地点助推发动机用螺旋形状碳布铺层的2D-C/C扩张段、固体助推器及固体运载用3D-C/C喉衬。2D-C/C扩张段采用黏胶丝基碳纤维成型，M-V固体运载一级发动机C/C喉衬采用碳纤维三向正交围简编织结构，热等静压-石墨化致密，外径@1100mm，密度达1.95g/cm。C/C复合材料在固体及液体火箭发动机喷管延伸出口锥的应用是未来的发展方向。
关键词C/C复合材料，扩张段，喷管，火箫发动机
ApplicationofC/CCompositesinRocketEngineNozzlesinJapan
Li Chongjun
Cui Hong
LiRuizhen
(Xi'an Aerospace Composites Research Institute,Xi'an710025)
AbstractThe application state of C/C composites in solid rocket motor nozzle in Japan. The components in-clude a rosetta carbon fabric laminated 2DC/C exit cone for satellite apogee boost motor, and 3DC/C throat inserts for solid rocket booster and launch vehicle. The rayon based carbon fiber is adopted to make the 2DC/C exit cone. The 3DC/C throat insert, used as the 1* stage of MV solid rocket launch vehicle, has a dimension of @1100 mm in outer diameter and a density of 1. 95 g/cm'. The 3D preform is orthogonally weaved in a cylinder structure, and then densified by a repeating heat isostatic pressure-graphitization cycles. Applications of C/C composites in both solid and liquid rocket motor nozzle extendable exit cones are future development trend in this area.
Key wordsC/C Composites,Exit Cone,Nozzle,Rocket engine
0引言
C/C复合材料是与碳纤维的工业化同步开发研究的]。1974年C/C复合材料首先在协和号超声速飞机上搭载用作刹车材料，当前全世界C/C复合材料消耗量的80%用于飞机刹车盘。在飞行器方面，抗氧化C/C复合材料最早用于美国航天飞机的鼻锥、机翼前缘等耐热烧蚀部位。近年来C/C复合材料在工业领域，如热压模具、半导体的夹具、工业炉的托盘等方面，用量呈逐年扩大的趋势。
在日本的固体火箭发动机(SRM)用C/C复合材料方面，主要是卫星远地点助推发动机喷管2D-C/C 扩张段以及固体助推器（SRB）和固体运载火箭喷管用高密度C/C喉衬材料。2D-C/C扩张段及外径达 1100mm的高密度C/C喉衬是由石川岛播磨重工
收稿日期：20120828
(IHI)研制的11-5)。本文叙述日本C/C复合材料在 ABM喷管扩张段、大型3D-C/C喉衬等航天领域的研制及应用状况。
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C/C复合材料的使用背景
C/C复合材料在2000℃以上的高温非氧化环境
气氛下具有轻质、高强度的特征，因此使用于火箭发动机喷管，如图1所示的日本H-1运载火箭发射卫星的ABM喷管以及第三级火箭发动机喷管[1.6-7]。图1中ABM发动机采用钛合金发动机壳体、C/C扩张段，发动机质量比高达0.95，用于550kg的地球静止同步轨道卫星的太空变轨。
SRM部件为了抵制住高温、高压燃气的冲刷，采用了具有烧蚀特性的材料。在材料热导率低的情况下，为了防止一定时间内材料表面的气化潜热引起喷
作者简介；李崇俊，1969年出生，博士，研充员，主要从事C/C复合材料的研制及应用、高性能聚丙烯睛基碳纤维的工程化和产业化开发。E-mail:chongjunli@sohu.com
宇航材料工艺http://www.yhelgy.com2013年第2期万方数据
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