应用于高超音速飞行器的防热材料样稿.doc

夏季学期《航空材料和制造》课程论文

题目：应用于高超音速飞行器防热材料
概述
高超音速飞行器：指是飞行速度在五马赫（约6000km/h）以上飞行物体，关键包含3大类：高超音速巡航导弹、高超音速飞机和航天飞机。高超音速飞行器所采取超音速冲压发动机被认为是继螺旋桨和喷气推进以后“第三次动力革命”。除了美国外，俄罗斯、中国、法国、日本、印度、澳大利亚等国也在主动地开展相关科研试验，她们看重正是其在军事应用方面诱人前景。“防热材料”亦称“耐高温烧蚀材料”，是高超音速飞行器必备材料之一，在火箭发动机喷管，飞行器端头，外蒙皮，航天飞机机翼前缘，发动机叶片等部位全部有着关键应用。
二、高超音速飞行器所面临技术瓶颈
被视为“下一代飞行技术”高超音速飞行，因为其超出五倍音速超高飞行速度，所面临技术难题是不言而喻，要实现飞行器高超音速飞行，必需突破高超音速发动机技术和一体化设计技术，如飞行器机体和推进系统设计一体化、气动设计一体化、结构设计一体化等技术，和材料和结构技术、高超音速空气动力技术、燃料高超音速推进系统、高超音速地面模拟和飞行试验技术等。其中最关键我想还是飞行器动力问题和和之而来材料使用问题处理，这两个问题也正是高超音速飞行器在研发过程中所面临关键性技术瓶颈，美国、俄罗斯、日本等国在这些方面研究投入和日俱增，可见高超音速飞行器开发已经成为了世界各个强国所瞄准新一代国防技术开发前沿。
在现有高超音速飞行器研究试验中，绝大多是全部是采取冲压发动机作为飞行器动力起源。冲压发动机是一个利用迎面气流进入发动机后减速，使空气提升静压一个空气喷气发动机。它通常由进气道（又称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成。冲压发动机没有压气机（也就不需要燃气涡轮），所以又称为不带压气机空气喷气发动机。按应用范围划分，冲压发动机分为亚音速、超音速、高超音速三类，应用于高超音速飞行器上又叫做超燃冲压发动机。冲压发动机结构简单，重量轻，成本低。在飞行马赫数大于3条件下使用,有较高经济性。它缺点是不能自行起动，须用其它发动机作为助推器，而且只有飞行器达成一定飞行速度后才能有效工作。为了在发动机工作前达成冲压发动机工作速度，现有两种能够采取处理方法一个是经过有其它飞行器投放助推滑翔式起飞，如美国正在研制X-43和X-51型飞行器。或是采取一个涡轮喷气发动机和超燃冲压发动机组合混合动力，
“黑鸟”系列侦察机就是很经典例子。
超燃冲压发动机因为其独特工作原理和使用条件，不仅对其发动机一体化设计提出了很高要求，同时在所用材料性能方面也有着十分苛刻要求。首先是燃烧室温度可达2500℃以上，面临压力和粒子冲刷强度也远远超出现在通常飞机所装配涡扇发动机。其次是因为飞行器高速飞行时和空气中粒子摩擦产生大量热量，而产生热量部位关键集中在高超音速飞行器鼻锥，翼缘等关键部位，这些热量假如不能立即导走或加以防护就会对飞行器内部结结组成极大地威胁，从而出现部分极端损坏事故发生。不管是在发动机部位还是在飞行器外壳结构材料，在长时间服役时全部对其性能稳定性提出了很高
要求。
高超音速飞行器上使用高温材料
伴随高超音速飞行器研制工作发展，大家开始发觉高温防热材料逐步成为制约高超音速飞行器领域发展关键性工程材料，为