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钨铜喉衬

简介

钨铜喉衬是固体火箭发动机喷管喉部的内衬材料，其耐高温性能和耐烧蚀性能直接影响着发动机的推力以及工作效率。

原理

固体火箭发动机的喷管通过控制排气的膨胀使燃烧室产生的燃气能量有效地转换为动能，从而为飞行器提供所需的动力。而喉衬位于喷管的喉部，其主要作用为限制因烧蚀所产生的喉部面积增大的现象，而造成推力下降。在发动机工作时，喉衬常常需要从常温直接升温至大于2000℃，从而产生极大的温度梯度以及热应力，这也是喉衬材料出现裂纹和工作失效的主要原因。另外，用于火箭这类高性能发动机中常用金属粉末（如Al）作为高能推进剂燃烧时，在3000℃左右的高温下高燃速气流夹带固体颗粒或Al2O3液滴剧烈冲刷喉衬，若喉衬发生严重的烧蚀就很难保证稳定的气动外形甚至发生碎裂，这就会直接影响发动机的推力和效率。

对比

通常来说，用于固体火箭发动机的喉衬材料包括难熔金属、石墨、碳及碳基复合材料、增强塑料、陶瓷基复合材料等。其中钨铜合金就是一种非常适合用作喉衬的材料。喉衬的传热主要可分为三个阶段：1.发动机点火瞬间冲击加热；2.稳态工作时的烧蚀；3.熄火时的冷却，其中喉衬的热震主要发生在点火发生的瞬间。钨铜材料采用钨渗铜的工艺制成，其不但具有钨高硬度、高密度、高强度、高熔点、低热膨胀系数以及优良的耐磨耐蚀性，还具有铜良好的延展性和导电导热性，并且由于钨和铜两种金属的熔点差异较大，在高于铜熔点的情况下，铜蒸发气化带走大部分热量留下硬质相钨，保证了喉衬工作的稳定性。