一种新的烧蚀热响应算法在质量估算中的应用

针对预测飞行器再入过程中气动热流引发的烧蚀热响应导致热防护罩表层材料质量损耗的问题,研究了热防护罩的几何模型和烧蚀质量估算的方法,通过建立三自由度再入轨迹动力学方程,应用修正的牛顿流体理论计算气动系数,以及Detra-Kemp-Riddell和Tauber-Sutton理论计算驻点热流密度和热辐射,利用一维非线性热传导方程模拟了碳化材料的烧蚀过程,提出了基于Newton-Raphson和TDMA的烧蚀热响应算法估计飞行器热防护罩质量损耗的方法。通过分析,实现了再入全过程热防护材料烧蚀深度连续动态变化的预测,能够有效替代热平衡积分法,估算的烧蚀质量为优化热防护罩的几何模型和再入轨迹提供了参考依据。     

返回式卫星烧蚀热防护机理与数值模拟

详细讨论了低温炭化材料的质量损失和吸热机理。利用分层模型,给出具有不同物理和化学特性的各层的能量守恒关系。用积分法给出各层热防护的数值模拟,数值模拟计算结果与一维热传导解析解结果一致,亦与地面烧蚀实验結果一致。     

热解气体燃烧对炭化复合材料烧蚀热响应影响规律

在近空间高超声速飞行器飞行时间长、马赫数不断增加的发展趋势下，热防护与轻量化的矛盾越来越突出。基于此，开展了热解气体燃烧对炭化复合材料表面烧蚀影响的相关数值模拟研究，并与风洞试验结果进行了对比。结果表明：热解气体的燃烧可降低炭化复合材料表面的烧蚀厚度，并且随着气动热的增加，热解气体燃烧对材料表面碳的保护作用越来越明显。研究成果可为下一代近空间高超声速飞行器热防护系统的优化设计提供技术支撑。     

纳米酚醛气凝胶材料高温热物性参数辨识方法

临近空间高超声速飞行器大面积区域可能广泛采用纳米酚醛气凝胶(IPC)材料,获取高超声速气动加热作用下IPC材料的高温热物性参数,对于高超声速飞行器热防护系统的精细化设计具有重要的意义。考虑烧蚀效应的材料高温热物性参数辨识方法研究,基于Ablation Workshop烧蚀热响应标准算例对高温热物性参数辨识方法进行验证,计算结果表明：热物性参数辨识分析方法计算精度较高;通过带分层温度/烧蚀传感器的IPC材料电弧风洞试验,得到典型来流状态下不同厚度IPC材料内部的温度分布及热解厚度分布数据,通过辨识获得高温烧蚀条件下IPC材料热导率随温度的变化关系,IPC材料原始层热导率在温度低于800 K时随温度缓慢上升（热导率维持在0.1 W/(m·K)以下）,之后材料热解使得热导率发生突变,碳化层热导率在温度高于800 K时随着温度的上升急剧增大,到1 300 K左右时上升到0.17 W/(m·K)。     

烧蚀材料的热分解动力学研究

用热重分析技术研究了３种烧蚀材料的热失重信息，分别用直接法和差减微分法确定了其分解动力学参数，并以ＣａＣＯ３火已动力学参数的标准物对这２种方法作了标定。     

固体火箭发动机结构质量烧蚀对飞行器速度的影响

<正> 固体推进剂火箭发动机在工作时,燃烧室里形成高温、高压燃气,推进剂燃烧产物的滞止温度可达3000K以上。为了防止室壁被加热到丧失其强度的温度,在燃烧室内表面贴有一层防热材料,这就是由低导热系数材料组成的绝热层。为了使绝热层和推进剂能够很好地贴合,它们之间又有一层包复层把它们连在一起。包复层和绝热层在推进剂燃烧过程中也被加热,发生分解,并释放出气体产物进入燃烧室。推进剂燃气对包复层和绝热层加热,产生气化和分解作用的同时,还进行化学反应。包复层和绝热层分析解释放出的气态产物和化学反应产物随着推进剂燃气一起从喷管流出。因此,全部包复层和一部分绝热层被推进剂燃气烧蚀掉,绝热层被烧蚀的程度取决于推进剂燃气传到燃烧室壁的热流和发动机工作时间。     

日本研究不载人空天飞机热防护材料

日本宇宙开发事业团(NASDA)从1987年开始正式研究3种类型的热防护材料,它们将用在由H-Ⅱ火箭发射的不载人空天飞机“希望”号(HOPE)上。热防护材料是防护空天飞机机体再入大气层时,因空气动力而产生的热损伤,确保其重复使用。热防护材料的预研工作从1986年就开始了,但自从宇宙开发委员会等要求“希望”号空天飞机的奋斗目标为1996年完成试飞,1990年这一研究工作告一段落后,从     

自适应多层结构的热防护与热响应

提出了一个自适应多层结构的概念，有机硅热防护材料是具有这种多层结构的雏形材料。文章以有机硅材料为例，实验结果为依据，讨论了有机硅在加热过程中形成多层结构的机理；给出了这种多层结构热响应特性的数值模拟方法。算例计算表明，数值模拟与实验结果基本相符。     

柔性多层冲击空间碎片防护结构设计与试验

充气展开密封结构是未来空间站以及大型空间居住舱的理想构建形式,其外蒙皮由气密层、增强层、微流星体和空间碎片防护层、辐射保护层以及热控层组成。为了既满足对空间碎片的防护,又满足折叠、收纳以及展开的要求,空间碎片防护层需要采用多层冲击防护结构设计。基于多层冲击防护结构,采用国产的玄武岩纤维材料和芳纶织物的特性参数,根据弹道极限方程设定了柔性空间碎片防护层的设计参数,并通过高速撞击试验对根据设计参数生产的试验件进行了试验验证,试验结果与柔性多层冲击防护结构的弹道极限方程吻合较好。     

金属和绝缘材料基本热物理性能测试方法

本文简要地评述了目前国内外测量固体材料导热或导温系数的几种主要方法,即稳态法、非稳态法和准稳态法.且介绍了在有烧蚀条件下测量低温炭化烧蚀材料导热系数时采用的一种非稳态测试方法.     

试验模态分析最佳测试点选取方法的优化

作为有限元模型修正的重要依据,试验模态分析的结果受多方面因素的影响,其中很重要的一方面就是测试点的选取.基于目前试验模态分析中最常用的两种测试点选择方法——有效独立法（EI,Effective Independent）和模态动能法（MKE,Modal Kinetic Energy）,提出了一种新的测试点优化选择方法——有效独立-模态动能变异系数法（EI-CVMKE,Effective Independent-Coefficient Variance of Modal Kinetic Energy）.并提出了一种新的评估测试点选择方法优劣的准则——模态动能变异系数准则（CVMKE）.运用模态置信准则（MAC,Modal Assurance Criterion）、CVMKE和奇异值分解比（SVD ration,Singular Value Decomposition ratio）评价并比较了EI,MKE和EI-CVMKE的测试点优化结果.以印刷电路板作为算例,并通过实物模态试验验证,结果表明EI-CVMKE选取的测试点在考虑了截断模态线性独立的同时又具有较高的模态动能,有较强的抗噪声性能,在3种方法中最佳.      

小天体动能撞击防御中动量传递因子敏感参数分析

动量传递因子β是评估动能撞击效果的重要参量。根据动能撞击过程中动量传递因子的理论模型,分析了撞击器特性参数和小天体结构特性参数对动量传递因子取值的影响,并对不同动能撞击方案以及不同材料特性小天体的成坑效应和动量传递因子进行分析。研究表明：标度律参数μ对β影响较大,μ是地面实验拟合得到的系数,与材料强度特性相关;当小天体为单体岩石结构时,撞击器速度及密度、小天体密度及表面强度对β影响较大,而撞击器半径和小天体引力对β影响较小;当小天体为碎石堆结构时,β对撞击器特性参数和小天体特性参数不敏感,且数值较小。对三种不同动能撞击方案的成坑效应与动量传递因子形成规律进行研究,发现撞击器初始动能对β影响较大。当小天体为单体岩石结构时,其对应的动量传递因子取值较大,而当小天体为碎石堆结构时,其对应的β取值较小且基本不变。对相同动能撞击方案下不同材料特性小天体（C型、S型和X型小行星）产生的撞击效应进行分析,发现在引力主导时,βC>βS>βX,而在强度主导时β取值较小且基本相同。     

电子束固化环氧树脂的引发和增长反应速率

对二苯基碘 鎓 六氟磷酸盐引发的环氧树脂电子束(EB)辐射固化反应动力学进行了研究,应用环氧树脂乙腈溶液推导出引发剂辐射分解速率常数和引发、增长反应速率.动力学研究结果表明,二苯基碘 鎓六氟磷酸盐引发剂经电子束辐射分解产生质子酸的过程是二级反应,在辐射反应过程中,环氧树脂体系的引发速率和增长速率分别迅速达到最大值后逐渐减小.      

Space object material identification method of hyperspectral imaging based on Tucker decomposition

Space object material identification method based on Tucker decomposition is proposed and demonstrated experimentally. Space target generally has a low spatial resolution because of the limitation in detection distance. Hyperspectral imaging (HSI) technology can capture the image from visible light to shortwave infrared continuously while providing the spatial and spectral information of the target, thereby introducing a new space target detection and identification approach. However, the data obtained by the HSI system often contain mixed pixels, thereby causing difficulties in target material identification. In this work, a material identification method of hyperspectral data based on Tucker decomposition is proposed by combining mixed spectral theory with tensor decomposition. The feasibility of the method is verified by using satellite model hyperspectral data with different spatial resolutions compared with the endmember obtained from the non-negative matrix decomposition (NMF), independent component analysis (ICA), tensor singular value decomposition (t-SVD). The average CORR of NMF, ICA, t-SVD and the proposed method is 0.2694, 0.5818, 0.6397 and 0.937, correspondingly. Therefore, the proposed method has demonstrated a more remarkable performance in terms of material identification, the analysis results of the material abundance distribution that used the proposed method.     

应用于空间微生物防护的多尺度杂化抗菌剂研究

由于航天员的参与,载人航天活动中难以避免微生物防护的问题,而航天器环境密闭、空间狭小,难以采用地面常用的喷洒一次性有机消毒剂、紫外线杀菌等方式进行微生物防护。通过采用无机抗菌剂,结合纳米技术和杂化结构耦合所产生的协同作用来获得综合性能优异的无机抗菌剂,并采用适当的技术将其应用到航天器上是一种可行的办法。通过热分解前驱体和还原金属离子的方法分别在T-ZnO和CNTs上杂化纳米银和纳米铜,获得了多尺度纳米杂化抗菌剂。采用表面涂覆、浸渍和挤压法及活化接枝的方法分别探究了纳米抗菌剂在铝合金、芳纶布和树脂等材料中的应用。3种基体材料经抗菌改性后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抗菌率都可达到99.9%,对黑曲霉及其孢子的防霉等级都达到了0级,而且改性后的材料具有很好的耐老化、耐水性及良好的耐擦洗性能。该方法在深空探测活动中的微生物防护方面有很大发展前景。     

Computerized ionospheric tomography with the IRI model

Computerized ionospheric tomography (CIT) is a method to estimate ionospheric electron density distribution by using the global positioning system (GPS) signals recorded by the GPS receivers. Ionospheric electron density is a function of latitude, longitude, height and time. A general approach in CIT is to represent the ionosphere as a linear combination of basis functions. In this study, the model of the ionosphere is obtained from the IRI in latitude and height only. The goal is to determine the best representing basis function from the set of Squeezed Legendre polynomials, truncated Legendre polynomials, Haar Wavelets and singular value decomposition (SVD). The reconstruction algorithms used in this study can be listed as total least squares (TLS), regularized least squares, algebraic reconstruction technique (ART) and a hybrid algorithm where the reconstruction from the TLS algorithm is used as the initial estimate for the ART. The error performance of the reconstruction algorithms are compared with respect to the electron density generated by the IRI-2001 model. In the investigated scenario, the measurements are obtained from the IRI-2001 as the line integral of the electron density profiles, imitating the total electron content estimated from GPS measurements. It has been observed that the minimum error between the reconstructed and model ionospheres depends on both the reconstruction algorithm and the basis functions where the best results have been obtained for the basis functions from the model itself through SVD.     

基于损伤力学的增材制造金属材料疲劳寿命预测

增材制造(AM)技术发展迅速，广泛应用于航空航天领域合金构件的加工制造，而很多增材制造合金构件承受循环载荷，疲劳失效破坏十分普遍。通过建立考虑增材制造过程影响的疲劳损伤模型，计算了增材制造金属材料的疲劳寿命。给出了弹塑性本构模型和考虑增材制造过程参数的疲劳损伤模型，进而给出了疲劳寿命计算的有限元数值方法；对增材制造金属材料进行了疲劳寿命预测，预测值与试验值基本吻合，并从疲劳数据的分散性及增材制造金属材料内部的孔隙率2个方面分析了计算误差；讨论了体积能量密度比对增材制造金属材料疲劳性能的影响，并对结果进行了分析，为增材制造金属材料的疲劳损伤评定提供一种有效的方法。      

层次化模块化可用性分析方法的误差分析

通过层次化模块化分解技术,将复杂系统动态故障树分解为相互独立的模块,对独立模块分别进行可用度求解,再利用自下而上递归的方法实现复杂系统可用性分析.提出和推导出等效时变的可用度参数模型,分析了层次化模块化可用性分析方法的误差成因和相关影响,给出了故障相关和维修相关条件下的误差定义,定量研究了误差分布区域及其影响因素,提出了层次化模块化可用性分析方法的适用条件和应用原则,实例分析证明了该方法的有效性.      

在轨航天器动力学参数辨识技术研究

针对在轨航天器低频密集和辨识时激励源有限且难于测量等特点,开展了适用于低频密集模态且不需激励信息的在轨航天器动力学参数辨识方法的研究,探讨了直接利用在轨响应数据在频域内辨识航天器动力学参数的技术;并根据在轨航天器低频密集特点,设计了在轨航天器动力学参数辨识仿真试验系统,对该辨识方法进行了试验验证。