M55J碳纤维/氰酸酯复合材料X、Y方向低温热导率的测试研究

碳纤维/氰酸酯复合材料是目前广泛在航天器应用的新型材料.该材料在X、Y方向的低温热导率是设计、使用的重要参考依据.目前一些测量方法不能表征材料传热特性,本文提出采用传统的一维稳态热流法.以M55J碳纤维/氰酸酯复合材料为例,对X、Y方向的低温热导率进行了测试、分析.在试验分析的基础上,采用单层板热导率测量数据,用分析模型计算了M55J碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率并与测量数据进行了比对,两者最大偏差在18%之内,说明与从计算单层板的热导率开始的方法相比较,采用这种计算方法较简单准确.文章分析表明,碳纤维/氰酸酯复合材料的低温热导率可以通过铺层设计改变,以减少材料设计的盲目性,满足航天器的特殊需求.     

聚氨酯泡沫塑料的低温热导率

探讨了聚氨酯泡沫塑料的绝热机理。研究测定了它的低温热导率与密度,闭孔率,平均孔径以及老化时间等常温易测参数的相互关系。尝试了由常温参数出发,通过分析模型计算有效热导率的方法,获得了与实验相符的结果。     

铝蜂窝夹芯结构热传递特性试验研究

为了测试铝蜂窝夹心结构在173-373K温区的有效热导率,研制了一台可在宽温度范围连续测试不同温度下绝热材料或蜂窝夹心结构试样热导率的浮动热沉平板热导仪。本文介绍了浮动热沉平板热导仪的测试原理、绝热方式、试验装置、安装结构、测试手段等;给出了厚度为30mm的国产铝蜂窝试样在173-373K温区有效热导率测试结果;介绍了在试样中得到一维热流的传输,建立稳定状态的试验技术方面采取的措施。热导仪还配有多点信号检测功能和数据处理功能的微机自动测控系统,使测量的准确性、可靠性均得到改善。浮动热沉平板热导仪的研制参照了美国标准测试方法。     

导热脂低温热导率的测试研究

导热脂的低温热导率是研究宇航用导热脂的重要参数,“瞬态热线法”是常用的测量方法之一,但受使用条件限制,实际应用中容易产生较大误差。本文提出采用改进的“瞬态热线法”即对标准流体与试样进行测量比对的方法,用于导热脂低温热导率的测量,减小了测试方法的系统误差,因而保证了测量的相对误差小于6％。在测量装置上,采用廉价的康铜丝取代了传统使用的铂丝,设计采用了容易进行拆洗的低温试验装置。文章讨论了影响导热脂低温热导率的因素。提出测量加热时间要在2 s～3 s之内以防止对流,分析了比对状态的误差影响,并给出了两种导热脂低温热导率与温度关系曲线。分析表明本文提出的试验方法可以满足宇航用导热脂研究的需求
     

低温推进剂输送管绝热试验研究

用量热法分别测试了低温推进剂输送管聚氨酯发泡塑料绝热层和CC2冷凝真空绝热层的热导率。结果表明：聚氨酯发泡塑料具有一定的绝热效果，C02冷凝真空绝热层的绝热效果更好，但CO2冷凝真空绝热的工艺实施较难。工程上低温推进剂输送管可采用聚氨酯发泡塑料进行绝热。     

材料低温物性的测定方法研究

研制了比热、热导、线胀以及弹性模量等十种低温物性测定装置。在大量实验的基础上解决了以下理论问题:一,从简单固体原子比热的Debye模型出发,提出了低温比热测试中最佳温升的概念并推出最佳温升方程;二,在各向同性模型的Harding方程的基础上,推出了各向异性泡沫绝热材料的闭孔率测定方程;三,提出了新的试样组装方法和合理的试验程序,解决了用平板热导仪难以准确测定泡沫绝热材料低温热导率的问题;四,尝试用正交多项式最小二乘拟合技术求大范围低温(20—280K)物性经验公式的设想,并获得满意的结果。     

星载环形天线包带低温工况预紧力等效试验研究

环形天线是目前大型星载可展开天线最理想的结构形式。本文分析了星载环形天线包带在低温工况的变形可能导致的松弛情况,计算了包带与铰链之间的理论变形。由于包带预紧效果具有明显的非线性行为,难以进行理论分析和直接测试。本文设计了一套包带低温变形等效试验,测试了包带的等效预紧效果。测试结果表明:在规定的预紧力下,包带在低温工况下预紧依然有效。     

细编穿刺C/C复合材料热导率数值模拟

根据细编穿刺复合材料的细观和微观结构,分别建立了纤维束和细编穿刺单胞有限元模型。采用周期性非绝热温度边界条件,计算了纤维束和材料整体的等效热导率。计算结果与经验公式比较,具有高度的一致性。在此基础上,进一步研究了纤维体积分数、基体和纤维热导率对材料热导率的影响。结果表明,随着纤维含量的增加,材料两个方向热导率均有不同程度的下降,且差异逐渐减小,且基体对热导率影响作用较大。文中采用的模型和周期性边界条件与理论预期符合较好,为材料热学和热力耦合问题的分析提供了有用参考。     

低温对单相流体回路的性能影响研究

系统研究了低温对单相流体回路的性能影响。提出了低温下辐射器防冻方案,给出了低温下系统流动阻力增加的计算结果及其对泵工作性能的影响,通过分析和试验验证解决了低温下补偿器因补偿能力不够导致的流体回路工作失效问题。     

纵向平板热导率测量装置

纵向平板热导率测量装置由主体、控温、测温等部分组成，根据付立叶定律只要测出通过截面积在单位时间内发出的热量、试样厚度、试样两侧温差及热板计量面积就可推导出被测试样的热导率λ，完成３０～１５０℃的温度测量，通过实际测试，证明其结果比较理想。     

耐热合金蜂窝等效热导率的实验研究

耐热合金蜂窝夹芯结构是高超音速飞行器热防护系统外面板的理想候选方案.针对Hastelloy X耐热合金蜂窝夹芯结构开展了稳态传热实验,通过控制加热板温度,获得了一组热平衡时蜂窝夹芯结构的热、冷面温度,结合Stefan-Boltzmann定律和大空间自然对流实验关联式,采用热阻分析方法得到了Hastelloy X耐热合金...     

空间高稳定碳/碳蜂窝夹层结构制备及性能

针对空间高稳定结构在极端环境下的灵敏度和稳定性需求，提出一种新型高稳定、高承载的轻质碳/碳(C/C)蜂窝夹层结构方案。碳/碳蜂窝夹层结构由化学气相渗透(CVI)致密化获得的整体碳/碳蜂窝和面板经胶粘剂粘接集成，通过评价蜂窝、面板以及夹层结构的内部质量、力学性能及热物理性能，展示了碳/碳蜂窝夹层结构在承载和尺度稳定性方面的优势。研究结果表明,典型特征碳/碳蜂窝承载性能稳定，平压强度＞10 MPa，L/W向剪切强度＞4 MPa，典型特征碳/碳蜂窝夹层结构热膨胀系数低，满足空间环境条件下面内热膨胀系数绝对值低于 1×10 -7 /℃的高稳定设计需求。     

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

蜂窝夹层结构复合材料在航空、航天结构中已得到了广泛的应用。文章从热变形分析角度出发,对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法。     

航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

蜂窝夹层结构复合材料在航空、航天结构中已得到了广泛的应用。文章从热变形分析角度出发，对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法。     

Space optical payloads, new application area for high temperature composites

High temperature composites have been extensively developed in order to produce thermal protection systems of reusable re-entry vehicles and launchers. This development effort covers all aspects including sizing, design, manufacturing processes characterization, non destructive inspection, and all industrial facilities which have also been installed. Strong interest recently appeared for these materials to meet requirements for different space applications. In particularly, for more stringent optical payloads, new materials with high performance requirements have appeared. In the field of high dimensionally stable structures for telescopes, materials have to meet severe requirements, such as low coefficients of thermal expansion, good specific modulus, long-term stability (moisture and chemical insensitivity), etc. Carbon/carbon (C/C) composites can meet these specifications. To demonstrate this capability a structure has been designed, manufactured and will be submitted for complete testing (work supported by ESA/ESTEC). The main available results (part feasibility, characterizations, analysis and stability performance budgets) are presented. For future telescope mirrors, silicon carbide is already known as a good candidate. However, an innovative concept based on silicon carbide sandwich honeycomb technology, which allows optimized design, has been developed. The first characterization results and manufacturing capabilities are presented.     

Nondestructive testing of honeycomb structures by computerized,thermographic systems

Complex honeycomb space structures (i.e. antennas, solar panels, etc.) must be inspected and accurately tested before flight.The thermography can be employed with success for the detection of the position of defects (delaminations, noneffective bondings, cracks, etc.) and for the evaluation of their size and geometry in all the cases in which the defect acts as a thermal resistance due to the low conductivity of the air filling the defect volume.The basic idea is to create in the specimen a heat flow distribution that is altered by the presence of the defect.The surface temperature distribution is then measured by means of a thermograph and is correlated with the presence of the defect.A numerical analysis and preliminary experiments have been carried out which show the feasibility of the method as applied to honeycomb structures.     

蜂窝夹层结构承力筒在FY-3卫星上的应用

为进一步提高卫星的性能，将蜂窝夹层结构用于“风云三号”(FY-3)卫星推进舱和服务舱的承力筒。对蜂窝夹层结构承力筒进行了设计、生产和试验，并对承力筒的结构参数进行了优化分析。计算和试验结果表明，卫星采用蜂窝夹层结构承力筒，能满足设计要求，对结构减重具有重要意义。     

刚性太阳电池阵基板研制

文中介绍一种卫星太阳电池阵基板的研究成果。制品选用了碳/环氧面板一蜂窝夹层结构复合材料,可显著减轻结构重量和提高制品的刚度和稳定性。研究成果已应用于实际产品中,取得令人满意的结果。     

采用伪速度冲击响应谱评估蜂窝夹层板破坏边界

采用伪速度冲击响应谱(PVSRS)对航天器蜂窝夹层结构进行了冲击破坏边界评估。目前航天领域常用的冲击响应谱(SRS)是绝对加速度谱(AASRS)，相较于绝对加速度谱，伪速度谱能更清楚地显示出结构在低频、中频和高频段不同的冲击响应特征。分析了弹性力和惯性力在低频、中频和高频段对结构安全性的影响，据此在对数四坐标伪速度谱上给出了相应的结构破坏边界。以一典型蜂窝夹层结构为研究对象，通过有限元分析计算得到的结构破坏边界与伪速度谱给出的结构破坏边界符合得较好。在航天器结构冲击安全性研究领域，本文采用的伪速度谱结构冲击破坏边界是对目前常用的加速度谱方法的一个有益补充。     

折叠状航天器太阳电池阵在轨热分析(Ⅰ)——计算模型

将太阳电池板蜂窝芯子、面板和硅电池片中发生的辐射－传导复合传热过程等效为一个无内热源的三维瞬态热传导问题。根据电池板的材料、尺寸及结构形态导出太阳电池板的三维等效导热系数。针对任意两相邻电池板表面间的热辐射交换规律，构造适用于这表面内节点温度的离散方程系数。研究折叠状态太阳电池阵边界节点的热特点时，仔细考虑了地球红外辐照、地球的太阳反照、太阳辐射加热、航天器舱体几何遮挡、深冷环境散热、飞行轨道高度及航天器在太阳－地球系中不同位置等造成的影响。利用本文给出的方程，可以求出展开前在轨折叠状太阳电池阵三瞬态不稳定温度场。