一种面向航天器发动机的新型铌钨合金制备及其抗氧化涂层设计

航天器发动机的热端材料选用高温合金并增加防护涂层是当前主要发展趋势.随着空间探测技术的高速发展,针对航天器发动机推重比和工作温度提升的应用需求,提出一种面向航天器发动机的新型铌钨合金制备及其抗氧化涂层设计.通过控制Nb,W,Zr及其他元素配比,调节C含量进行烧结,利用电子束炉熔炼得到具有优良高温力学性能的新型铌钨合金Nb521-1.以Nb521-1合金为基体,通过料浆熔烧法获得硅化物涂层,利用截面微观形貌分析涂层结构,并对制备的涂层进行高温测试,测试结果显示在1700℃下涂层静态抗氧化寿命超过50h,1800℃下静态抗氧化寿命超过9 h,室温至1600℃热循环寿命大于2500次,达到抗高温氧化的要求,产品已成功应用于各类航天飞行器发动机.     

硅化物涂层电子束重熔表面改性技术

在Nb521铌合金表面采用料浆烧结法制备硅化物涂层,利用高频扫描电子束对硅化物涂层进行重熔处理,通过扫描电子显微镜对处理样品表面形貌进行组织结构分析。研究表明,经过电子束重熔处理,硅化物涂层表面陶瓷晶粒粒度降低,表面粗糙度降低,陶瓷颗粒之间烧结作用增强,重熔区域与未处理区域具有明显的边界,电子束能量分布较均匀,电子束重熔提高了硅化物涂层的抗氧化性能和抗热震性能。     

铌合金表面改性Ti-Cr-Si保护涂层耐热性研究

使用料浆熔烧工艺在Ｃ－１０３铌合金表面制备了Ｔｉ－Ｃｒ－Ｓｉ硅化物保护涂层。利用光学显微镜、Ｘ射线能量色散谱ＥＤＡＳ、ＲＡＸ－１０型衍射仪、ＥＰＭＡ－８７０５ＱＨ２等仪器分析研究了涂层组成、结构和耐热性能之间的关系。结果表明,选择合适的添加元素和基体预处理工艺,能显著提高涂层的高温抗氧化性能。     

再入飞行器最小加热气动外形

本文应用熟知的附面层换热关系式和高超音速牛顿压力分布,导出表面总热流率和再入飞行全过程的总加热量计算公式;在给定弹道系数不变的前提下,运用经典变分方法,求解具有约定长细比以及具有约定长细比和约定容积条件下的层流、湍流最小加热外形,并导出约定底部直径和约定容积条件下的层流最小加热外形解析表达式.计算结果表明,平头旋成体可以最大限度地减小再入飞行器的总热流率和再入飞行全过程的总加热量.     

碳纤维增强石英作辐射防热盖板的评估与研究

对纤维增强陶瓷在辐射防热结构中充当外部辐射盖板的特性进行了评估。以返回航天器典型的力学环境和热环境为依据,对碳纤维增强石英进行了试验研究,包括小平板再入热模拟试验、大尺寸热结构件的常温振动、常温冲击、低温振动、低温冲击和再入加热等项目。一系列试验证明,碳纤维增强石英既保留了陶瓷耐高温、隔热好的优点,又克服了陶瓷固有的脆性,因此,在返回舱上作防热材料颇具潜力。     

热障涂层红外热无损检测的建模和有限元分析

在柱坐标系下以轴对称模型描述热障涂层结构TNDT(Thermal Non-Destructive Testing)的瞬态热传导,建立相应的物理模型.用有限元分析软件ANSYS计算热障涂层结构受热脉冲激励后的温度场,研究TNDT可检信息参数(如最大温差和最大对比度)与脱粘缺陷半径、深度、涂层厚度的关系.结果表明,在涂层厚度一定时,最大温差和最大对比度与脱粘缺陷半径成非线性关系,它们随着缺陷半径的增大而增加,且存在上限饱和值;在缺陷半径一定时,最大温差和最大对比度与涂层厚度成非线性关系,且随着涂层厚度的增加而减小.这些研究结果为热障涂层内部脱粘的红外热无损检测及表征提供了基本理论依据.     

球头锥-柱再入飞行器的动力环境预示

考察了超声速和高超声速流场中一类球头锥-柱再入飞行器表面稳定压力和脉动压力的分布特性,利用CFX(Computation Fluid Explorer)软件建立球头锥-柱的外流场域网格,对其进行定常、非定常流场分析,给出一套预测表面稳定压力和脉动压力环境的工程新方法.将该方法与理论和经验估算方法进行了对比分析,验证了该方法的可行性和适用性.同时利用该方法研究了马赫数、来流攻角等因素对再入飞行器表面脉动压力环境的影响.利用ANSYS大型软件建立了再入飞行器导弹头部的动力学分析模型,根据确定的再入飞行器表面脉动压力环境和随机振动分析理论,采用有限元谱分析方法计算得到该飞行器弹头部件的随机振动响应加速度的均方根值和功率谱密度曲线,计算结果满足工程应用的要求.      

过载约束下的探月飞船再入轨迹的在线设计

研究了以第二宇宙速度返回地球的载人探月飞船的再入制导律设计问题.针对基于落点分析的数值预测-校正算法不能有效满足再入过程的气动过载约束条件的问题,提出一种基于解析计算的常值气动过载算法与基于数值积分的预测-校正技术相结合的融合再入制导方案,在线生成了同时满足过载约束和落点精度要求的再入轨迹.数值仿真表明提出的制导算法不仅能满足达到高精度着陆的要求,还能满足气动过载约束要求.在一定的再入初始条件下,探月返回飞船可以不必采用逻辑复杂的阿波罗式跳跃再入方案.这一方案可为即将展开的载人探月活动制定月-地返回轨道和再入策略提供参考.     

基于结构件实例库的飞机机体结构快速建模

为充分利用和借鉴已有的飞机结构件设计方案实例信息,研究了面向对象的参数化结构件实例描述方法,提出了飞机结构件实例库的总体框架并开发了系统的原型.研究了基于实例库的飞机机体结构设计措施及建模方法,提出了翼面结构和机身结构的参数化描述和模型构建方法,并在一个开放式的飞机总体设计环境中完成了基于实例库的飞机结构快速设计功能.最后通过应用示例说明了该系统和方法的有效性.     

基于星下点机动的再入飞行器离轨规划

针对约束再入点地理位置的再入飞行器离轨问题,提出了一种基于星下点机动的离轨规划方法。再入飞行器的离轨轨道设计受到飞行器当前轨道状态和再入点参数的约束。首先,基于轨道飞行原理,建立了一般椭圆轨道冲量模型下离轨制动参数和再入点参数的关系,分析了最优离轨的推力施加原则;其次,在考虑地球自转的前提下,提出了直接离轨必要条件,针对约束再入点经纬度的问题,完善了利用非线性规划优化方法确定有限推力模型下离轨点位置的策略,同时给出了符合燃料最优目标的离轨制动参数;最后,探讨了一般情况下初始轨道不满足直接离轨必要条件时,为满足星下点约束而进行的轨道机动施加策略。      

连续加热时γ-TiAl激光快凝组织及其性能的变化

为认识超塑扩散连接机理,研究了γ-TiAl基合金表层激光快速熔凝组织在连续加热过程中的相转变规律及硬度变化.结果表明,在以10℃/min连续加热时,γ-TiAl激光表面快速熔凝组织在750℃左右发生α₂→γ相转变,在860℃左右其组织由枝晶组织转变为细小的等轴晶组织,硬度值也出现了相应变化.上述细晶组织为合金的超塑扩散连接提供了良好的基础.     

服役飞机结构件腐蚀失效故障树分析及改进

对某出口用飞机铝合金结构件在热带海洋大气环境条件下服役时所发生的腐蚀失效问题,提出了采用故障树分析方法对引起飞机结构件腐蚀失效的各因素进行系统分析和探讨.根据结构件腐蚀失效过程及机理的分析,确定导致结构件腐蚀失效的各个因素,建立以结构件腐蚀失效为顶事件的故障树,通过布尔代数运算得到故障树的各阶最小割集.计算故障树顶事件的发生概率,并对底事件的概率重要度、相对概率重要度进行分析排序,找出引起铝合金结构件发生腐蚀失效的主要因素.分析结果表明飞机服役环境、阳极氧化工艺和选材是导致结构件腐蚀失效的主要因素.针对这些主要因素,提出了相应的改进防护措施.     

六棱柱单元可展天线结构设计

提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元，该单元可动机构数较少，展开可靠度高，结构刚度好，具有广泛的应用前景。利用伸缩杆六棱柱单元，文中设计了一大型构架式切割抛物面天线，并简要介绍了天线的可展节点细部设计，该天线的形面精度较高，质量轻，造价低。     

特高压线路干扰下无线电罗盘测角误差分析

特高压输电线路的电晕放电是机场无方向信标台的主要干扰源之一。根据无线电罗盘的工作原理,在特高压输电线路电晕干扰条件下,通过理论推导得出了无线电罗盘测得的电台相对方位角误差。针对无方向信标台不同频率、台站与输电线路间不同的距离,对无线电罗盘受干扰影响产生的测角误差进行了仿真分析。研究表明：电晕放电干扰下,机载无线电罗盘测得的电台相对方位角误差随距离的增加而增大,随频率的增加而减小,且变化趋势由陡峭逐步趋近平稳。     

深空环境下热防护材料的研究及应用进展

随着对太空探索的深入,空间飞行器所面临的环境也越趋恶劣:太空飞行过程中的高温羽流防护,高速返回再入过程中高温气动加热;长时间日光下飞行会使飞行器表面温度越来越高;一些星球上高温的大气环境导致人类现有制造飞行器的材料无法抵挡。本文搜集国内外先进热防护系统研究资料,了解重点发展方向,介绍了我国神舟飞船热防护材料以及已经开发出的新型轻质高效热防护材料,为我国今后用于恶劣环境下的飞行器材料提供一些信息和材料基础。     

预腐蚀对多部位损伤发生概率的影响

针对飞机结构中存在的多部位损伤(MSD,Multiple Side Damage)问题,对预腐蚀后多细节结构MSD发生概率进行分析研究.预腐蚀条件选为3.5%NaCl溶液浸泡240 h.通过7B04-T74铝合金单细节预腐蚀-疲劳及常规环境疲劳试验,得到了预腐蚀影响系数C.确定了预腐蚀后的MSD发生概率与常规疲劳试验MSD发生概率之间的关系.建立了预腐蚀后的MSD发生概率公式.通过与试验结果对比表明:新的公式可以很好地反映试验结果.     

海洋环境下服役飞机铝合金零件腐蚀失效分析

对出口旅游观光用飞机的铝合金零件在热带海洋气候环境服役条件下所发生的腐蚀问题进行了分析探讨.通过铝合金零件发生腐蚀的微观形貌和腐蚀产物成分等的分析,结合飞机所处环境条件,讨论了铝合金零件的腐蚀类型和发生剥蚀的过程及原因,并分析了其发生剥蚀的机理.认为海洋环境中的氯离子是造成沿海飞机铝合金零件腐蚀的外因,而内因是飞机零件的表面防腐蚀设计与防护不足,腐蚀的发展过程是铝合金零件表面点腐蚀、晶间腐蚀直至剥蚀,腐蚀产物造成的应力是促进分层剥离的原因.针对这种表面腐蚀防护问题,提出了相应的改进措施.      

CCSDS图像无损压缩标准在恒速信道中的应用研究

在CCSDS建议的无损数据压缩的基本原理上 ,结合基于局域纹理特征的处理方法 ,给出数据输入输出在恒速信道条件下一种有效的面向空间应用的遥感图像无损压缩方案。该方案包括去相关处理、熵编码以及压缩缓存控制三部分。去相关操作是在局域纹理分析方法的基础上 ,通过提取两种有效的预测模型并自适应选择最佳的模型进行处理 ;然后采用快速有效的CCSDS熵编码器对最佳去相关模型的预测误差编码。在压缩方案中充分考虑了输入输出恒速信道条件下应用的特殊性 ,设计了相应的压缩码流控制方法 ,从而给出了一套有效的针对恒速输入输出信道条件下的图像无损压缩的应用方案     

On prediction of re-entry time of an upper stage from GTO

The evolution of objects in geostationary transfer orbit (GTO) is determined by a complex interplay of atmospheric drag and luni-solar gravity. These orbits are highly eccentric (eccentricity >0.7) and have large variations in velocity and perturbations during a revolution. The periodic changes in the perigee altitudes of these orbits are mainly due to the gravitational perturbations of the Sun and the Moon. The re-entry time of the objects in such orbits is sensitive to the initial conditions. The aim of this paper is to study the re-entry time of the cryogenic stage of the Indian geo-synchronous launch vehicle, GSLV-F04/CS, which has been decaying since 2 September 2007 from initial orbit with eccentricity equal to 0.706. Two parameters, initial eccentricity and ballistic coefficient, are chosen for optimal estimation. It is known that the errors are more in eccentricity for the observations based on two line elements (TLEs). These two parameters are computed with response surface method using a genetic algorithm for the selected eight different zones, based on rough linear variation of the mean apogee altitude during 200 days orbit evolution. The study shows that the GSLV-F04/CS will re-enter between 5 December 2010 and 7 January 2011. The methodology is also applied to study the re-entry of six decayed objects (cryogenic stages of GSLV and Molniya satellites). Good agreement is noticed between the actual and the predicted re-entry times. The absolute percentage error in re-entry prediction time for all the six objects is found to be less than 7%. The present methodology is being adopted at Vikram Sarabhai Space Centre (VSSC) to predict the re-entry time of GSLV-F04/CS.     

超临界压力RP-3壁面结焦对流阻的影响

实验研究了长时间加热条件下航空煤油RP-3在微细不锈钢管内流动过程中结焦对流动及换热的影响规律。实验中系统压力保持为5 MPa,燃油质量流量为3 g/s。在燃油溶解氧达到饱和的条件下,实验段进出口油温分别为130℃和450℃。实验从开始到终止持续36 h。实验结果表明,随着时间的增长,管内的结焦量不断增加。由于壁面结焦现象对管内流动和换热产生严重的影响,管内各段换热在实验前期迅速恶化逐渐趋于稳定,管内流阻随着实验时间的增加持续增长。管内流动阻力随着时间的增长呈现出"快速增长→平稳增长→急速增长"的过程。另外,基于实验结果,提出了一种影响系数作为判断结焦对换热器单管影响的工程模型。