【摘 要】
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以美国以美国和俄罗斯为代表的军事强国围绕快速进出空间,定点水平着陆,可重复使用等目标,大力发展高超声速飞行技术。高速持续飞行,飞行器表面的气流由于摩擦等原因受到阻滞,动能转变为热能,使飞行器表面温度急剧升高。热防护材料发汗冷却技术受到越来越多的关注,碳纤维增韧陶瓷基复合材料耐高温和耐腐蚀等优越性已经越来越多的应用于航空航天热防护系统中。但是,不同的纤维末端会同时暴露于C/SiC表面之上,纤维末端的
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以美国以美国和俄罗斯为代表的军事强国围绕快速进出空间,定点水平着陆,可重复使用等目标,大力发展高超声速飞行技术。高速持续飞行,飞行器表面的气流由于摩擦等原因受到阻滞,动能转变为热能,使飞行器表面温度急剧升高。热防护材料发汗冷却技术受到越来越多的关注,碳纤维增韧陶瓷基复合材料耐高温和耐腐蚀等优越性已经越来越多的应用于航空航天热防护系统中。但是,不同的纤维末端会同时暴露于C/SiC表面之上,纤维末端的多样性会引起吸水时间的滞后效应,进而影响发汗冷却系统效率,本文主要研究了C/SiC表面微织构制备,以及微织构对不同纤维末端C/SiC表面亲水性的影响规律,主要研究内容如下:首先,分析了典型纤维末端C/SiC次表面微观流动通道的特点,基于washburn方程建立了两种典型的水滴吸附模型,两种典型模型对应两种典型的C/SiC表面.首先对单个样本的水滴吸收时间进行了研究,揭示了水滴体积和水滴吸收速度之间的依赖关系。考虑到C/SiC流动通道的随机性,又进行了2000次重复试验,对实验结果进行统计学分析。结果表明柱形纤维末端的C/SiC表面的吸水时间滞后于圆形纤维末端C/SiC表面的吸水时间。针对圆形纤维末端和柱形纤维末端C/SiC表面存在吸水滞后这一问题,提出采用激光建立表面微观织构来消除C/SiC吸水滞后效应。其次,为了加工出亲水性可控的C/SiC表面,根据表面润湿基本原理,以及纤维末端的分布规律和激光路径的排布设计出三种典型的微织构表面。研究了激光加工微织构过程中出现的典型表面的缺陷形式,通过分析提出了抑制这些表面缺陷的若干工程化建议。考虑到参数直接影响表面的性能,重点讨论四种表面特征参数（Sz、Sku、Ssk、Sq）,分析C/SiC表面对激光参数的响应规律,基于分析结果从Sz、Sku、Ssk、Sq中选取能够直接反应表面微织构变化特征参数作为下一章将要建立的具有微织构的C/SiC表面吸水时间预测模型的基本参数。再次,经过表面特征参数的分析,综合考虑了各种特征参数的变化趋势,选取了Sz作为基本参数。通过检测激光加工前后C/SiC表面以及次表面化学元素组成的变化,讨论了C/SiC表面在激光加工中可能发生的变化。建立了具有典型微织构的C/SiC表面吸水时间预测模型,推导出具有微织构C/SiC表面吸水时间与激光扫描遍数之间的关系,具有微织构C/SiC表面吸水时间与微织构的疏密程度之间的数学关系。结果表明表面微织构可主动调控C/SiC表面的吸水速度,进而缩短吸水滞后时间。结论可为主动调控C/SiC表面亲水性以及提高冷却系统效率提供参考。
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