碳/碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是一种新型防热结构一体化材料,具有优异的耐高温性能、抗氧化性能、摩擦性能以及低密度等特点,是第二代空天飞行器防热结构一体化的关键材料。根据跨大气层飞行器再入大气的气动加热环境和C/SiC复合材料构件的应用特点,要求C/SiC陶瓷基复合材料具有优异的应力氧化烧蚀性能,以满足防热结构一体化构件重复使的要求;优异的高温连接性能,以满足制造大型复杂防热结构一体化构件的需要;优异的高温高载低速摩擦磨损性能,以满足方向舵、襟翼等活动防热结构一体化构件的使用要求。因此,研究C/SiC陶瓷基复合材料的高温应力氧化烧蚀、高温连接以及高温高载低速摩擦磨损环境性能,对其在空天飞行器上的应用具有重要意义。 本文根据材料再入环境的应力氧化烧蚀、高温连接以及高温高载低速摩擦磨损性能模拟的要求,研制了用于材料环境性能研究的再入大气环境实验模拟设备。该模拟设备由常压亚音速燃气流风洞、材料力学试验机与伺服传动装置等部分组成。主要研究内容与结果如下: 1.设计并制造常压亚音速燃气流风洞,实现了再入大气热物理化学环境的模拟。该风洞加热效率高,几分钟内就可加热到最高温度1800℃;燃气成分与大气成分相近,可长时间(约30min)持续运行。 2.设计并制造伺服传动装置,实现了方向舵、襟翼等活动控制构件铰链的机械转动模拟。该装置能够对高温高载条件下的试验件进行转速控制(0～128r/min)和转矩控制(0～50N·m)。 3.设计并制造应力氧化烧蚀、高温连接以及高温高载低速摩擦磨损性能实验模拟的试验件和夹具,试验件和夹具在实验过程中未发生非正常破坏,表明试验件与夹具的设计合理可行。 4.进行了C/SiC材料的应力氧化烧蚀、高温连接和高载低速摩擦磨损性能的实验模拟验证,结果表明材料再入大气环境性能实验模拟设备达到了设计要求。