固体发动机绝热材料烧蚀研究进展

李 江，郭梦飞，刘 洋，何国强

(西北工业大学航天学院/燃烧、热结构与内流场重点实验室，西安 710072)

0 引 言

固体发动机工作时内部是高温高压环境(温度2800～3600 K，压力3～20 MPa)，发动机壳体无法承受如此高温，需要采取必要的热防护措施。燃烧室一般通过在内壁敷设绝热材料的方式来进行热防护，燃烧室采用的绝热材料大多是以橡胶为基体，添加各种填料和阻燃剂[1]。常用的绝热材料有丁腈、三元乙丙(Ethylene propylene diene monomer, EPDM)和硅橡胶等类型。目前固体发动机广泛使用含铝推进剂，燃烧后产生大量的Al2O3粒子，发动机内属于两相流环境[2-3]。在高温两相流燃气的作用下，绝热材料会发生烧蚀。所谓烧蚀是指高温作用下材料发生的损耗或者性质退化。对于绝热材料来说希望其抗烧蚀性能和力学性能好，对于发动机设计来说需要准确预示烧蚀量，这就需要深入研究绝热材料烧蚀机理，建立烧蚀模型[4]。

绝热材料的烧蚀包含传热、热分解、热化学烧蚀、粒子侵蚀和气流剥蚀等物理化学过程(见图1)，而且这些过程之间存在非常复杂的耦合关系[5]。绝热材料在烧蚀过程中一般会形成原始层、热解层和炭化层[6]，其中炭化层是绝热材料抵御高温燃气烧蚀的重要屏障，也是热化学、侵蚀和剥蚀直接作用的对象，因此炭化层特性是烧蚀机理研究中的重要内容，也是烧蚀建模中的关键环节。

烧蚀问题非常复杂，但在热防护中又非常重要。首先，只有深入掌握绝热材料的烧蚀机理，才能提高绝热材料的研制水平。传统的绝热材料研制，主要依靠经验和半经验的方法。这种方式在继承型和改进型研制中是很有效的，但对于新型绝热材料，尤其是包含新机理的情况，这种方式往往效率很低，有时候会付出一定的代价。因此，只有不断提高对绝热材料烧蚀规律和机理的认识，建立更加科学的理论和方法，才能科学有效的指导绝热材料的研制，实现从经验型向理论指导与经验相结合的转变，提高研制效率和水平。再者，只有建立科学准确的烧蚀预示方法，才能提高发动机的设计水平，满足未来先进发动机研制的需求。而要建立科学准确的烧蚀预示方法，必须对烧蚀规律和机理有深刻的认识，建立更加精细化的模型。

本文从烧蚀方法与装置、烧蚀特性和机理以及烧蚀模型三个方面，对国内外绝热材料烧蚀方面的研究进展进行了综述，并对未来发展进行了展望。

除了固体发动机外，飞行器气动热防护[7]、火箭发射装置等[8]也存在烧蚀与建模的问题，这些与固体发动机绝热材料烧蚀有相近之处，在综述的时候也适当介绍了一些有代表性的研究成果。

1 烧蚀试验方法与装置

1.1 模拟烧蚀发动机

目前烧蚀性能测试最常用的方法是氧乙炔烧蚀法，它是利用氧气和乙炔燃烧产生高温燃气，在常压下对绝热材料进行烧蚀。中国的国军标GJB——323A-1996规定了氧乙炔烧蚀的测试条件。该方法具有建造和试验费用低、操作简单、安全性好等优点。但是氧乙炔烧蚀法很难真实模拟固体发动机的高压、燃气组分以及粒子冲刷等状态，对于过载、稠密粒子冲蚀等特殊烧蚀环境，很难测试出绝热材料真实的烧蚀性能，因此氧乙炔烧蚀法通常适合绝热材料烧蚀性能的初步筛选。

为了更加真实地模拟固体发动机环境，何国强、王书贤等设计了一种烧蚀发动机[9-10]。该烧蚀发动机采用真实固体推进剂，包含低速段、变速段和高速段，每段均可同时放置多片绝热材料试件。该发动机可以用来考核和筛选绝热材料，还可以用来研究气流速度等燃烧室环境参数对发动机烧蚀性能的影响。

飞行过载条件下，由于加速度造成的粒子偏转、聚集效应，会在燃烧室内形成稠密粒子射流，使绝热材料的烧蚀率增大，严重时会导致发动机爆炸[11]。发动机地面旋转试验是一种很有效的模拟过载的试验方法，但是该方法很难克服科氏加速度的影响，通常会造成冲刷条件严酷度偏大的情况。此外旋转试验作为一种综合测试方法，费用较高，用于绝热材料烧蚀性能测试并不适合。

针对过载和稠密两相流冲刷条件下绝热材料烧蚀试验的需求，李江等[12-13]发展了一种高过载模拟烧蚀试验方法，如图2所示。该方法能够克服科氏加速度的影响，有别于传统的旋转试验，便于开展烧蚀机理研究。该发动机通过收敛通道产生的聚集效应，使燃气中的Al2O3粒子聚集，形成稠密粒子射流，来模拟飞行过载条件下固体发动机内的粒子聚集状态。通过更换不同直径的调节环和不同角度的烧蚀段，可获得不同的粒子冲刷状态(粒子浓度、速度和角度)。

1.2 烧蚀动态测试方法

真实的烧蚀过程在时间和空间上并非均匀的过程，在过载、稠密粒子侵蚀和熔渣沉积等条件下表现得尤为明显，发展烧蚀过程的动态测试方法，对于深入揭示烧蚀机理具有重要的意义。在这方面国内外学者开展了很多尝试，发展很多烧蚀动态测试方法，主要包括基于X射线实时诊断技术(X-ray real-time radiography, RTR)的方法、烧蚀电位计、预埋热电偶阵列等方法。

王希亮等[14]基于RTR技术，在过载模拟烧蚀发动机基础上，研发了一种绝热材料动态烧蚀过程试验装置(见图3)，首次捕获了稠密粒子侵蚀条件下的绝热材料动态烧蚀过程的图像，观察到了侵蚀凹坑形成过程(见图4)，通过图像处理得到了烧蚀率随时间的变化。

Martin[15]的研究工作也特别值得关注，他利用RTR技术捕捉到了固体发动机内绝热材料动态烧蚀的精细图像。图5为烧蚀过程拍摄的RTR图像，从图中可以观察到丁腈绝热材料炭化层的整体剥落现象，而且还发现了EPDM绝热材料炭化层中存在高密度和低密度区，给炭化层致密/疏松结构[16]提供了直接的证据。

McWhorter等[17]设计了一种烧蚀电位计，可以实时跟踪绝热材料表面的推移。他还使用内置热电偶对航天飞机可重复使用固体火箭助推器后封头内绝热材料的烧蚀进行了实时测量。Natali等[18]也采取在材料内部预埋热电偶的方法研究了绝热材料的烧蚀过程。

孙翔宇等[19]建立了一种敞开环境下绝热材料烧蚀表面的实时监测方法，用光学技术实时记录绝热材料试样表面烧蚀形貌和烧蚀面退移过程。

基于RTR的动态烧蚀方法可以很直观的观察烧蚀过程，而且无需预埋，但是需要有RTR系统。烧蚀电位计和热电偶阵列无需大型设备，容易实现，但是需要在绝热材料中预埋器件，测点位置、测试数据与烧蚀面的关系往往不易确定。

1.3 富氧烧蚀试验系统

固体火箭冲压发动机补燃室具有富氧、冲刷速度高、工作时间长等特点，与固体发动机燃烧室有很大不同。固冲发动机地面试验费用昂贵，而且无法同时考核多种材料，因此研制一种有效的固冲发动机模拟烧蚀试验装置显得非常必要。

娄永春等[20]建立了一套富氧烧蚀试验系统，由气源、供气系统、富氧烧蚀发动机、测控系统等组成。该系统通过向燃气发生器产生的燃气中加入氧气的方法使得燃气处于富氧状态，以此模拟补燃室的富氧环境开展绝热材料烧蚀试验。该试验系统具有可模拟固冲发动机富氧烧蚀环境、试验费用低、可同时测试多种材料的优点。

1.4 火炬型烧蚀装置

虽然烧蚀模拟发动机能够提供更为真实的烧蚀状态，但是由于使用火工品也限制其应用的范围。针对这种情况，国内外学者对常压火炬型烧蚀装置进行改进，扩展其适用范围。Koo等[21]在氧气/煤油火箭发动机的尾气中加入Al2O3粒子，模拟固体发动机的粒子冲蚀。王金金等[22]在氧气/煤油发动机射流中注入粒子，模拟固冲发动机补燃室的工作参数，开展烧蚀试验。

有效的试验与测试方法能拓展烧蚀研究的广度和深度。二十年来国内外发展出一些新的模拟试验与测试方法，为烧蚀研究提供了有效的手段。但是随着烧蚀机理研究走向微细观和精细化，对测试技术提出了更高的要求。

2 绝热材料烧蚀特性与机理

2.1 配方对烧蚀的影响

揭示绝热材料配方对烧蚀性能的影响规律，除了为优化绝热材料配方提供依据，也是进一步揭示烧蚀机理和建立烧蚀模型的基础。

Natali等[23]研究了纤维、SiO2以及蒙脱石等填料对EPDM绝热材料的增强特性，分析了填料对炭化层形貌、导热、比热以及机械性能等参数的影响。Allcorn等[24]重点研究了不同填料对绝热材料成炭以及炭化层性能的影响。徐义华等[25]和刘洋等[26]针对基础配方、无纤维配方和无SiO2配方的EPDM绝热材料进行了固体发动机试验，研究了纤维和SiO2填料对炭化层形成及结构的影响。

Gul较为系统地开展了SiO2对EPDM绝热材料烧蚀行为的影响研究[27]，获得了SiO2含量对热分解活化能、残炭率、表面升温过程、质量烧蚀率、线烧蚀率和导热率等参数的影响规律，还对炭化层表面形貌进行了分析。

2.2 粒子侵蚀

Al2O3粒子的侵蚀作用会强化对绝热材料表面的传热，改变材料的性质和强度，甚至破坏材料的结构[12,28]，而高过载条件下形成的稠密粒子流的侵蚀作用更为严重。因此开展粒子侵蚀，尤其是稠密粒子侵蚀的研究是很有必要的。

徐义华等[29]设计了一套冷态粒子侵蚀试验系统，该系统主要由光路成像系统、粒子侵蚀装置以及高速摄像机等组成。先使用烧蚀发动机制备表面有炭化层的绝热材料试件。用高压气源推动活塞使粒子产生运动，粒子撞击绝热材料试件表面，采用高速摄像机记录粒子的碰撞过程。采用活塞驱动的主要目的是排除气流的影响，单纯研究粒子与炭化层的碰撞过程以及对炭化层的破坏作用。通过试验获得了不同状态参数下粒子对炭化层的破坏规律。

Li等[11]采用过载模拟烧蚀发动机开展了稠密粒子流冲刷条件下的绝热材料烧蚀研究，发现粒子冲刷速度对烧蚀率的影响存在“临界速度效应”，如图6所示。当冲刷速度低于临界速度时，炭化率随冲刷速度增大比较缓慢；当大于临界速度时炭化率随冲刷速度快速增大。通过炭化层的结构分析发现绝热材料存在弱冲刷、沉积和强冲刷三种冲刷模式。

Guan等[30]利用过载模拟烧蚀发动机研究了两种类型的四组元推进剂对绝热材料烧蚀的影响机理。何吉宇等[31]利用过载模拟烧蚀发动机研究了添加有机氟化物(Organic fluride, OF)的高铝含量(18%)复合推进剂对EPDM绝热材料烧蚀的影响。分析认为，添加OF的推进剂燃烧能够形成粒径更小的氧化铝颗粒，从而降低了其对绝热材料的侵蚀作用。

2.3 气流剥蚀

通常固体发动机燃烧室的气流速度比较低，气流剥蚀的影响不是很大。但是在固体发动机某些区域，如燃烧室后段和后封头，燃气的速度会比较高。一些吸气式发动机，如固冲发动机、空气涡轮火箭的补燃室内，燃气的速度可以达到200～300 m/s，而飞行器再入时的速度就更高了[32]，此时气流侵蚀的影响不容忽视。

王书贤等[10]采用低凝相含量的推进剂来尽可能排除粒子侵蚀的影响，使用烧蚀发动机开展了燃气速度对绝热材料烧蚀的影响研究。试验结果表明，随着气流速度增大，材料的烧蚀率变大。且高速段试样的炭化层比较致密，炭化层厚度明显减薄，表明高速气流作用下的剥蚀作用更加明显。此外还发现高速气流对炭化层中液态SiO2的引射作用更加明显。

Li等[33]开展了冷态条件下炭化层剥蚀试验研究。研究发现炭化层剥落的剪切应力明显小于炭化层的剪切强度，作者分析认为，炭化层存在的局部裂缝、分层等缺陷会降低炭化层的强度，并增加局部气流剥蚀作用。虽然是冷态试验，但是研究结果为揭示剥蚀机理提供了依据。

2.4 炭化层结构特性

绝热材料受热后会形成炭化层，炭化层的性能直接影响绝热材料的烧蚀性能。氧乙炔和烧蚀发动机试验后形成的炭化层很薄，而且形状不规则，很多测试难以开展。针对该问题，徐海平、孙翔宇等[34]使用高温加压法制备了炭化层，并对炭化层的各种性能进行了研究，分别测试了炭化层的导热系数、比热、残渣率、化学组成以及力学特性等。该研究比较系统地对炭化层各种物理和化学性能进行了测试和表征，为烧蚀机理和烧蚀模型研究提供了重要参数。

Li等[16]通过观察烧蚀发动机、激光烧蚀、过载烧蚀发动机的试验结果，发现炭化层中存在致密/疏松结构。图7是烧蚀发动机试验后炭化层断面电镜照片，可以看出炭化层上部比较致密，下部比较疏松。图8为过载模拟烧蚀发动机条件下炭化层断面电镜照片，可以看出致密层位于中部，出现了“疏松/致密/疏松”的结构。孙翔宇等[35]建立了炭化层三维孔隙结构的微米CT无损测试方法。

Li等[16]详细分析了致密结构形成机理，认为致密层是热解气体流经炭化层时发生气相沉积形成的，此外还揭示了SiO2对致密结构形成的影响机理，在此基础上对炭化层的疏松/致密/疏松结构的形成机理做出了解释。Xi等[36]还通过设计试验，进一步验证了热解气体在高温下确实能够在炭化层中沉积形成致密结构。

2.5 热分解与热化学烧蚀

张平伟等[37]研究了EPDM绝热材料的热分解特性和激光烧蚀特性。通过热重和高压差示扫描量热试验，研究了升温速率和压强变化对绝热材料热分解性能的影响，采用Coats-Redfern法获得了常压下EPDM绝热材料及其主要组分的热分解动力学方程。此外还采用激光作热源对绝热材料进行了热烧蚀试验，获得了EPDM绝热材料热化学烧蚀反应的动力学参数。

张杰等[38]开展了基于热解动力学的绝热材料烧蚀研究，采用热解动力学模型计算材料的热分解，采用基于化学动力学控制及扩散控制的烧蚀模型计算材料表面的烧蚀。

2.6 Al2O3沉积条件下的烧蚀

对于大型分段装药发动机和带潜入喷管的固体发动机，燃烧室和潜入喷管背壁的Al2O3沉积(熔渣沉积)会比较严重。熔渣沉积不仅带来了惰性质量的增加，高温的Al2O3沉积也会大大加剧绝热材料的烧蚀。我国在分段装药固体发动机研制中也出现了这样的问题。传统的烧蚀机理无法解释和预示这种现象，这就需要针对Al2O3沉积下的烧蚀机理开展专门的研究。Guan等[39]基于对固体发动机内沉积规律的认识，设计了一种可产生Al2O3沉积的烧蚀试验发动机，利用该发动机开展了Al2O3沉积条件下EPDM绝热材料的烧蚀研究。通过对试验后的炭化层和沉积物进行成分分析，推断了高温条件下Al2O3与炭化层的热化学反应机理。在此基础上，还利用高温热失重装置，开展了炭热还原的反应动力学研究，获得反应动力学参数和反应机理函数[40]。

2.7 新型纳米绝热材料的烧蚀

固体发动机技术的不断发展，以及高能推进剂的应用，对绝热材料的烧蚀性能提出了更高的要求。随着纳米技术的发展，近些年国内外在新型纳米填料增强的绝热材料方面开展了很多探索性研究。

Guo等[41]研究了多壁碳纳米管填料对EPDM绝热材料性能的影响。首先对比了有无碳纳米管的EPDM绝热材料的性能，发现碳纳米管可以增强材料的力学性能、热稳定性以及烧蚀性能。然后对碳纳米管的增强机理进行了分析，发现碳纳米管能提高残炭率，并且在炭化层中形成网络状结构，从而提高了绝热材料的抗烧蚀性能。

Saghar等[42]研究了碳纳米管填料对炭/酚醛绝热材料烧蚀性能的影响。研究发现含0.1wt%炭纳米管的绝热材料其烧蚀率比无碳纳米配方下降了9%。在含碳纳米管配方的炭化层电镜照片中发现，炭纤维表面形成了一层新的炭层，有助于提高抗氧化性能。分析认为由于碳纳米管良好的成核特性，促进了炭纤维表面炭层结构的形成。

目前大多数的研究是对新型纳米复合材料性能的探索，对于烧蚀机理缺乏深刻的理解，且存在一些不同的观点。例如Natali等[23]认为碳纳米管可增加表面的辐射，增强散热；Guo等[41]则认为碳纳米管的微观网络结构提高了炭化层的强度和抗冲刷的能力。此外，纳米复合材料的烧蚀在现有理论基础上进行改进就能满足要求呢，还是需要建立新的理论，目前还没有定论。

3 烧蚀模型研究进展

烧蚀研究的重要目的之一是实现对烧蚀的准确预示，这就需要在烧蚀机理基础上建立科学的烧蚀理论模型。随着发动机技术的发展，近年来对于精细化建模的需要也越来越强。

3.1 基于多孔介质的烧蚀模型

传统的烧蚀模型大多是基于三层模型，将绝热材料分为原始层、热解层和炭化层，针对这三层建立质量、能量、组分和化学反应方程，然后联立求解。随着对烧蚀机理认识的不断深入，传统的烧蚀模型很难满足需求，很多学者开始建立更加复杂的模型。

Yang等[8]在建立烧蚀模型时已经开始将烧蚀材料当作多孔介质来处理。其研究是以导弹发射系统的热防护材料烧蚀为对象，针对热化学烧蚀和粒子侵蚀过程建立模型。Yang还认为在烧蚀过程中会产生孔隙压力，并推测压力的建立会在烧蚀材料内部形成应力，引起材料结构的变化，可能导致材料的失效。

Dimitrienko等[43]从多孔介质的角度研究了聚合物基绝热材料的烧蚀行为，描述了烧蚀过程中炭化层结构的变化及机械侵蚀的过程，认为烧蚀过程中存在内部侵蚀和外部侵蚀作用。Curry等[2]在对阿波罗飞船热防护系统进行回顾分析时，建立了比较复杂的烧蚀模型，其中涉及到气动加热、反向辐射、热阻塞、烧蚀气体的流动、表面推移、燃烧、热传导、沉积以及炭化层内部的二次辐射等过程。Natali等[44]建立的烧蚀模型考虑了绝热材料的膨胀以及热解气体在炭化层上的沉积。张斌等[4]对长时间工作固体发动机内绝热材料烧蚀及温度场进行了耦合计算，得到了化学烧蚀率、扩散烧蚀率、燃烧室内壁温度等参数。

杨飒等[45]针对炭化层的孔隙特征，借鉴多孔介质的理论和模型，建立了基于多孔介质的热化学烧蚀模型。该模型将炭化层当作多孔介质来处理，以孔隙率作为关键参数，针对燃气、炭化层、热解层和原始层建立了统一的控制方程来描述，采用统一方法进行求解。该模型可描述材料内部的传热、流动和化学反应，是真正的体烧蚀模型。可以比较容易地与描述各种物理化学过程的子模型进行耦合，具有很好的适用性和扩展性。李强等利用多种烧蚀发动机试验数据对该模型进行了较为充分的验证。

王书贤等[46]开展了EPDM绝热材料在气相燃气环境下的烧蚀机理研究，在基于多孔介质的烧蚀模型基础上，提出了将烧蚀区域划分为多孔介质区(炭化层及热解层)和固体区(基体)两部分并包含沉积反应的双区体烧蚀模型。在固体区域只考虑热传导，多孔介质区域除传热外还包含烧蚀气体的流动、化学反应及气流剥蚀，化学反应除常规的热解反应和氧化反应外，还包含沉积反应。

3.2 粒子侵蚀模型

王娟[47]和Liu等[48-49]利用过载模拟烧蚀发动机开展了粒子冲刷对EPDM绝热材料烧蚀影响的试验研究，获得了不同粒子冲刷状态参数下绝热材料的炭化率，通过多元回归得到了炭化率、临界孔隙率与粒子冲刷速度、浓度和角度的经验关系式。与多孔介质的热化学烧蚀模型耦合，建立了基于经验关系式的过载烧蚀模型。

王娟的模型中将粒子侵蚀作用通过临界孔隙率来简化，解决了侵蚀建模的难点问题，但是由于没有具体考虑炭化层的材料性质及力学破坏形式，其适用范围受到一定的限制。

徐义华等[50]分析了炭化层的孔隙结构特征，建立炭化层的弹性模量、剪切模量、泊松比、抗压强度和抗剪强度等性能参数与孔隙率的关系，为建立炭化层侵蚀模型提供了基础。

Xu等[51]依据炭化层性能参数与孔隙率的关系，从粒子动力学参数出发，分析了粒子与炭化层相互作用机制，计算出粒子对炭化层作用力，再根据试验得到的炭化层强度与孔隙率的数据，推导出粒子对炭化层的侵蚀模型。他们建立的炭化层力学模型是从理论上进行推导得出，具有一定的普适性。该模型的亮点是构建规则的几何单元体来等效炭化层的孔隙结构，解决了炭化层建模的关键问题。

Wirzberger等[52]建立了一个绝热材料侵蚀预测模型，该模型将粒子侵蚀机理分为三种：粒子对材料的剥蚀，高温粒子对材料表面加热引起的烧蚀和粒子动能转化来的热量对表面的烧蚀。模型基于实际的物理侵蚀过程，取代了经验修正的方法，得到了更为精确的侵蚀预示结果。该模型主要针对发动机壁面粒子侵蚀引起的烧蚀，没有与热化学烧蚀相耦合。

李宗岩[53]借鉴了Wirzberger的粒子侵蚀模型，从炭化层强度与粒子碰撞两方面，利用徐义华建立的炭化层性能与孔隙率的关系，基于脆性材料的弹塑性压痕断裂理论建立了粒子侵蚀模型。将粒子侵蚀模型与多孔介质的热化学烧蚀模型耦合，得到了适用于EPDM绝热材料的烧蚀/侵蚀耦合计算模型。与试验数据进行比较，可以较好地模拟稠密粒子侵蚀形成的凹坑，如图9所示，且炭化率的计算值与试验值偏差在12%以内。

3.3 冲压发动机烧蚀模型

冲压发动机补燃室的烧蚀环境有一定特殊性，在烧蚀建模时也要充分考虑这些因素。余晓京[54]建立了富氧条件下炭化层、热解层、基体层的富氧烧蚀模型。烧蚀过程中，燃气内的氧渗入炭化层内部，在炭化层孔隙内与材料发生放热反应，消耗炭化层，加剧了绝热材料的烧蚀。研究认为炭化层的孔隙率对于烧蚀有很大的影响，是表征烧蚀材料的一个重要参数。此外还分析了富氧烧蚀条件下氧含量、压强以及炭化层厚度对绝热材料烧蚀的影响规律。

杨栋[55]基于氧-乙炔和冲压发动机烧蚀试验，研究了硅橡胶基绝热材料配方组成和烧蚀环境对绝热材料烧蚀的影响规律。针对烧蚀过程中绝热材料的热分解、陶瓷化和热氧化反应特征进行了研究，获得了主要反应的热力学和动力学数据，明确了硅橡胶基绝热材料烧蚀结构、孔隙、成分、反应与温度等环境参数的关系，揭示了硅橡胶基绝热材料的热化学烧蚀机理，并以孔隙率为核心，建立了冲压发动机环境下的硅橡胶绝热材料烧蚀模型。

李理[56]建立了包括气流冲蚀，粒子剥蚀和热化学烧蚀的冲压发动机补燃室绝热材料烧蚀模型。

4 结束语

综合分析国内外研究现状，目前在绝热材料烧蚀机研究方面的主要特点是：

1)已经发展了多种有效的模拟试验装置与测试方法，拓展了烧蚀研究的广度和深度，但是仍然不能满足精细化研究的需要。

2)机理与模型研究呈现从宏观走向细观甚至微观的趋势，在烧蚀模型方面已经引入多孔介质理论来建立模型，为模型的精细化提供了很好的平台，对烧蚀各子过程的研究更细，也更加深入。

3)更加重视绝热材料内多相介质流动、传热传质和化学反应等多物理场的耦合。

未来随着固体发动机技术和新材料的发展，绝热材料烧蚀研究还会面临新的挑战，主要表现为：

1)新型高能推进剂的研发和应用。新型高能材料的应用，使得燃烧室温度更高，绝热材料烧蚀可能会面临一些新的问题，例如燃气中Al2O3的汽化、燃气组分的变化、烧蚀表面的汽化等带来的烧蚀机理上的新问题。

2)新材料的发展。随着纳米技术的发展，新型纳米绝热材料展现出良好的烧蚀性能，具有巨大的潜力。纳米填料的加入虽然改善了绝热材料的力学、烧蚀等性能，同时也带来了隔热性能变差的问题，这是需要解决的关键问题。纳米材料首先从微观层面上改变材料的结构和性能，同时纳米材料自身具有较优异的物理化学性能，这些都会对绝热材料的烧蚀特性产生一些质的影响。

3)精细化模型的需求。虽然目前国内外学者已经建立了描述炭化层孔隙结构内流动、传热的烧蚀模型，但是这些模型大多采用了体平均的处理，避开了对具体微细观结构的描述。实际的炭化层的孔径分布、孔隙通道是很不规则的，如何更加精细的描述这些特征，同时还要保证可承受的计算量，也是未来需要面对的挑战。

热防护往往决定发动机的成败，是发动机的核心技术之一。发动机烧蚀是极其复杂的物理化学过程，涉及众多学科领域。近些年来我国在发动机烧蚀方面取得了一些显著的成果，但是仍然与国外先进技术有一定差距。未来需要国内的研究者紧盯国际前沿，结合中国的具体国情，扎扎实实开展基础研究，为推动我国发动机热防护技术的发展提供支撑和保障。