空间航天器低吸收-低发射率热控涂层的设计与制备

针对密封舱类航天器在载人登月、天地往返以及绕月飞行的极端工况下保持舱内热平衡的问题,提出了适应于空间与地面环境特性的低吸收-低发射率热控涂层材料体系,采用铝粉与有机硅树脂为主要制备原材料,通过Bruggeman模型有效介质理论与Fresnel公式计算出体积分数与涂层反射率之间的变化规律,最后制备了不同配比的热控涂层,并进行了热辐射性能测试。结果表明:低吸收-低发射率型热控涂层太阳吸收比α_S=0.15、半球发射率ε_H=0.15;涂层的铝粉填料占比越高,热辐射性能越低,该规律符合体积分数与涂层反射率之间的模拟计算结论。     

新型无机热控涂层的性能及应用

采用自制新型无机白色填料、无机黏结剂制备了高稳定无机热控涂层。对热控涂层的厚度、面密度、热辐射性能、真空挥发性、热循环性能、空间环境稳定性(真空-紫外、真空-质子、真空-电子、原子氧)及多种基材的适应性进行了测试与验证。结果表明:新型无机热控涂层的太阳吸收比≤0.07、半球发射率≥0.90、面密度200～360 g/m~2,经过地面模拟空间环境试验后涂层的太阳吸收比退化量较小,具有优异的空间环境稳定性,适用于多种基材表面。     

环氧改性有机硅/Al-Sm_2O_3复合涂层的耐温性能

以Al粉、Sm_2O_3为颜料,环氧改性有机硅为黏合剂,采用喷涂法制备了环氧改性有机硅/Al-Sm_2O_3复合涂层。研究了不同耐热温度及耐热时间对涂层外观、微结构、近红外反射率、红外发射率及力学性能的影响。结果表明:所制备涂层在300℃下热处理5 h后,其外观、微结构保持不变;发射率和1.06μm近红外反射率可分别低至0.607和64.7%;涂层的硬度、附着力和耐冲击强度等力学性能可分别保持在4 H、1级和50 kg·cm;所制备涂层在250℃下热处理100 h后,其外观、微结构仍然保持不变;发射率和1.06μm近红外反射率可分别低至0.624和67.1%;涂层的硬度、附着力和耐冲击强度等力学性能可分别保持在4 H、1级和50 kg·cm。     

雷达/激光复合隐身材料的实验研究

采用双层涂敷法,在雷达隐身材料表层喷涂薄层的激光隐身材料,制备了双层型雷达/激光复合隐身材料,并用紫外-可见-近红外分光光度计分别测试了涂敷激光涂层前后的激光反射率以及在微波暗室内测试了涂敷激光涂层前后的雷达波反射率.结果表明：涂敷激光涂层后,在1.06 μm处的反射率由2.24%降低到0.13%,在8～15 GHz范围内,对雷达波反射率没有不利影响,均小于-7.5 dB,且有一定的改善,显示该材料在8～15 GHz范围内可以很好地实现雷达与激光的复合隐身,在其他波段的兼容性有待于进一步研究.     

黑色电镀工艺的现状和发展

在太阳能利用方面,目前最为人们重视的是太阳辐射热能的利用.太阳能集热器是太阳能转换系统的核心部分.高效率的太阳能集热器必须考虑使热幅射损失减少到最低限度.也即集热器对太阳辐射能量的吸收率(α)要高,而对红外线的反射率(ε)又要低,其吸收/反射比(α/ε)必须具有较高的数值.实践已经证明,各种光谱选择性涂层是实现上述目标的有效措施.在众多的光谱选择性涂层里,黑色电镀尤其为人们所注意.同黑色化学转化膜工艺一样,黑色电镀的出现起初是为了装饰目的,但是随着太阳能利用的普及,黑色电镀作为一种高效的光谱选择性涂层,最近十年来也迅速发展,诸如黑镍、黑铬工艺在太阳能集热器中被成功     

陶瓷前驱体基高温高辐射涂层制备及表征

以陶瓷前驱体树脂为成膜物,以过渡金属氧化物和硼化物为填料,采用空气喷涂工艺在镍基高温合金和C/C基材上制备出了高温散热性能好、抗热震性好的高温高辐射涂层,并用DSC-TG、光学显微镜和风洞对涂层性能进行表征。结果表明:该涂层室温~827℃发射率达到0.85~0.92,827℃~室温抗热震循环20次后涂层不剥离、不脱落;该涂层在290 k W/m2冷壁热流、300 s时长的风洞考核条件下,可将镍基高温合金基材温度从686℃降到646℃,降温40℃。     

改性三元乙丙橡胶用于红外隐身涂层的研究

采用正交试验制备了三元乙丙橡胶接枝马来酸酐(EPDM-g-MAH),并以此为黏合剂,铜粉为填料制备了发射率可调的热红外隐身涂层,对涂层进行了红外光谱、红外发射率、微观形貌、力学性能等方面的分析.结果表明该涂层发射率可低至0.15左右,且可以显著减少填料的用量,明显提高涂层的力学性能:附着力可以从3级提高到1级,铅笔硬度从2B提高到3H,柔韧性都为1 mm,耐冲击力都大于50 cm.根据正交试验得到了优化试验条件,获得了涂层力学性能较好、红外发射率低的黏合剂材料.     

填料法制备SiC_f/SiC复合材料的力学性能和高温介电性能

为获得性能优异的耐高温结构吸波材料,以纳米SiO_2颗粒为填料,采用有机先驱体浸渍裂解法(precursor infiltration and pyrolysis,PIP)制备SiC_f/SiC复合材料,研究填料对复合材料力学性能和高温介电性能的影响。结果表明:随着SiO_2含量从3%(质量分数,下同)增加至15%,SiC_f/SiC复合材料的弯曲强度先增加后减小,最高可达275 MPa;低介电常数SiO_2填料的引入使得复合材料的复介电常数逐渐减小,室温吸波性能得到有效改善,15%SiO_2含量的复合材料厚度为3.2~4.0 mm时,室温反射率在整个X波段均达到–8 d B以下;复合材料的复介电常数随着温度的升高逐渐增大,而SiO_2能显著降低高温复介电常数及其增幅,700℃时15%SiO_2含量复合材料在2.7~3.0 mm厚度范围具有优异的吸波性能。     

防静电白色热控涂层的耐空间环境及工艺性能

研究了防静电白色热控涂层（ACR-1）的耐空间环境性能及工艺性能。在模拟空间环境设施中研究了紫外辐照、电子辐照和质子辐照对涂层太阳吸收率（αs）的影响。结果表明ACR-1在地球静止轨道环境中具有较高的稳定性；经过3000当量太阳小时（ESH）的紫外光辐照后，△αs为0．02；质子辐照效应对涂层仅。的变化影响较大。另外，研究了涂层厚度对αs和其与基材结合力的影响，以及基材表面处理工艺对涂层在-196—150℃冷热交变循环试验中可靠性的影响。     

深空辐射环境对高吸收率消杂光涂层的性能影响

为了研究深空辐射环境对SCB-1型空间高吸收率消杂光涂层的太阳光谱吸收性能影响。采用5 000 ESH剂量的真空-紫外、2.5×10¹⁵ p/cm²注量的真空-质子和2.5×10¹⁶ e/cm²注量的真空-电子依次对SCB-1消杂光涂层进行串联辐照试验，分析各项辐照试验前后消杂光涂层外观、太阳吸收比α_s及半球发射率ε_H的变化情况。并采用热失重分析（Thermal Gravity Analysis）判断消杂光涂层受辐照试验后的分解情况与热稳定性变化。经串联辐照试验后，SCB-1消杂光涂层全波段太阳吸收比总变化值Δα_s下降了0.011~0.012，400~1 100 nm波段太阳吸收比总变化值Δα_s下降了0.011~0.013，以上三项串联辐照过程中SCB-1消杂光涂层的半球发射率总变化值Δε_H无明显变化。SCB-1消杂光涂层呈现了极佳的深空辐射环境下的消杂光持久性，可对未来深空探测领域的光学技术发展提供有力支持。     

ν-gap度量及其在飞行控制律评估中的应用

 传统控制律评估方法主要用于单输入单输出（SISO）系统，且对模型参数摄动考虑不够全面,针对这些不足，研究了ν-gap度量方法。在介绍系统广义稳定裕度相关概念的基础上，给出了ν-gap度量的定义、特点和性质以及近似摄动模型的计算，提出ν-gap度量评估控制律的步骤。实例结果表明，该方法不仅克服了上述传统评估方法的缺陷，而且还有根据所求的各摄动影响情况忽略影响小的元素，以减少计算量及可以找到最坏情况下的参数摄动组合等优点。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

Integrated Entry Guidance for Reusable Launch Vehicle

A method for the implementation of integrated three-degree-of-freedom constrained entry guidance for reusable launch vehicle is presented. Given any feasible entry conditions, terminal area energy management interface conditions, and the reference trajectory generated onboard then, the method can generate a longitudinal guidance profile rapidly, featuring linear quadratic regular method and a proportional-integral-derivative tracking law with time-varying gains, which satisfies all the entry corridor constraints and meets the requirements with high precision. Afterwards, by utilizing special features of crossrange parameter, establishing bank-reversal corridor, and determining bank-reversals according to dynamically adjusted method, the algorithm enables the lateral entry guidance system to fly a wide range of missions and provides reliable and good performance in the presence of significant aerodynamic modeling uncertainty. Fast trajectory guidance profiles and simulations with a reusable launch vehicle model for various missions and aerodynamic uncertain-ties are presented to demonstrate the capacity and reliability of this method.     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

The effect of inlet conditions on the flow and heat transfer in multiple rotating cavity with axial throughflow

This paper discusses experimental results from two different build configurations of a heated multiple rotating cavity test rig.Measurements of heat transfer from the discs and tangential velocities are presented.The test rig is a 70% full scale version of a high pressure compressor stack of an axial gas turbine engine.Of particular interest are the internal cylindrical cavities formed by adjacent discs and the interaction of these with a central axial throughflow of cooling air.Tests were carried out for a range of non-dimensional parameters representative of high pressure compressor internal air system flows(Re up to 5×106 and Rez up to 2×105).Two different builds have been tested.The most significant difference between these two build configurations is the size of the annular gap between the(non-rotating) drive shaft and the bores of the discs.The heat transfer data were obtained from thermocouple measurements of surface temperature and a conduction solution method.The velocity measurements were made using a two component,LDA system.The heat transfer results from the discs show differences between the two builds.This is attributed to the wider annular gap allowing more of the throughflow to penetrate into the cavity.There are also significant differences between the radial distributions of tangential velocity in the two builds of the test rig.For the narrow annular gap,there is an increase of non-dimensional tangential velocity V/Ωr with radial location to solid body rotation V/Ωr=1.For the wider annular gap,the non-dimensional velocities show a decrease with radial location to solid body rotation.      

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航空发动机管路测量数据分割方法

 为了提高航空发动机管路测量数据的反求建模效率,提出了一种区域增长分割算法。该方法主要是利用管路表面在曲面索引系数映射、主曲率映射、高斯映射上的特性,并基于均值漂移算法和遗传算法提出了区域分割算法中种子区域的选择策略。然后利用区域增长分割方法实现了对管路测量数据的分割。经过仿真和实测数据验证,所提管路分割算法具有较好的分割质量和效率。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。