某弹载天线热管PCM热控装置参数分析

为获得某弹载天线热管PCM复合热控装置的相控阵天线的温控性能,建立了其整机数学模型,并基于DSC测试数据,采用有效热容法对材料的相变过程进行模拟。根据T/R组件安装面的最高温度和储热器内相变材料的相变完成情况,研究了相变材料导热系数和翅片数对整机热控性能的影响。研究发现,使用较高导热系数的相变材料与较多的铜翅片数量有利于提高装置的热控性能,且两参数效益可以互补。最后根据研究获得的综合优选参数,制作了试验样机,验证了参数设置的合理性和可行性。     

基于粒子云方法研究地磁场对运动电子束的时空分布影响

空间电荷效应是空间带电粒子分布直接产生的相关效应,对于理解空间辐射环境有着重要意义。为研究地球磁场对空间电荷效应的影响,文章通过数值求解Poisson方程和相对论粒子运动方程,建立粒子云（particle-in-cell, PIC）自洽模型,并构建地球偶极子磁场模型作为内磁层背景磁场（空间分布L值为3～7）。在模型基础上,给出内磁层典型电子束结构（能量0.1～100 keV）的两种初始分布（Uniform和Gaussian分布）,模拟电子束在地磁场影响下的动力学过程。结果表明:电子束结构受地磁场影响出现纵向的整体偏转,并由于自场效应产生了纵向的拉伸和横向的发散;电子束整体的偏转角主要受地磁场强弱以及电子束运动与磁场夹角影响,而拉伸和发散效应则主要受电子束能量等参数所影响。     

多层薄膜的二次电子发射蒙特卡罗模拟研究

为了深入研究多层薄膜材料中二次电子发射这一影响部件微放电效应的重要物理过程，基于金属表面多代二次电子发射蒙特卡罗模型，建立了多层薄膜二次电子发射蒙特卡罗模型，并构建了多层薄膜的平面和矩形沟槽这两种表面结构。通过对这两种表面的多层薄膜二次电子发射系数进行蒙特卡罗模拟，并对不同薄膜厚度的二次电子发射系数模拟结果进行分析，验证了多层薄膜抑制二次电子产额的实验效果，并得出抑制效果与多层薄膜厚度和表面结构有关的结论。     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。     

高效相变蓄热装置结构设计及试验研究

文章针对某飞行器舱内大功率设备控温需求,提出了相变蓄热技术解决方案,建立了平板式肋片强化相变蓄热装置物理模型,根据大功率伺服舵机控制器热耗及工作模式等参数条件,采用十八烷为相变吸热材料,设计了一台高效平板式肋片相变蓄热装置,并通过地面试验研究,验证了该装置的控温性能、稳定性及等温性。试验结果表明:所设计的肋片式高效相变蓄热装置,在120 W热源功率下,可以将设备温度控制在50℃以下超过3000 s;榫槽形式的封装结构具有良好的密封性能,相变蓄热装置在多次相变循环后无泄漏;在3000 s测试时间内相变装置内部最大温差为3℃,具有很好的等温性。     

表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

空间多层打孔隔热材料热分析及性能研究

分析了空间多层打孔隔热材料中导热和辐射的复合传热问题,建立了反射屏的能量方程.结合有限差分法,提出了空间多层打孔隔热材料反射屏温度计算的模型以及内部辐射数值分析模型.分析了层密度、打孔率、反射屏表面黑度和反射屏厚度等主要的多层打孔隔热材料参数对材料隔热性能的影响.该材料性能的研究对提高空间多层打孔隔热材料的隔热效果,实现材料的优化设计具有积极的指导意义.     

空间多层打孔隔热材料热分析及性能研究

分析了空间多层打孔隔热材料中导热和辐射的复合传热问题，建立了反射屏的能量方程。结合有限差分法，提出了空间多层打孔隔热材料反射屏温度计算的模型以及内部辐射数值分析模型。分析了层密度、打孔率、反射屏表面黑度和反射屏厚度等主要的多层打孔隔热材料参数对材料隔热性能的影响。该材料性能的研究对提高空间多层打孔隔热材料的隔热效果，实现材料的优化设计具有积极的指导意义。     

局部多孔壁－内腔结构的气动加热瞬态特性

根据超声速飞行器外表面连接结构处密封结构几何特征,以局部多孔壁和内腔结构为研究对象,建立流/固/多孔区域流动和传热过程耦合计算模型,其中多孔区域中运用分布阻力法,流、固区域间换热过程采用准稳态耦合计算方法。经过与相关实验数据进行对比,验证了程序可靠性,并进一步分析在整个长时间瞬态过程中,该密封结构的流动和传热特征,阐明了在瞬态过程中多孔材料等效热流对缝隙壁面的加热作用。研究了有、无多孔材料填充两种情况下缝隙壁面热流分布形态的差异,探讨了缝隙中填充多孔材料对高速流场边界层热气流侵入内腔过程的影响。
     

电子束焊接熔池流场数值模拟研究

基于电子束焊接"钉型"焊缝特征,建立了高斯面和旋转高斯衰减体复合热源模型,采用ANSYS FLOTRAN CFD有限元软件,对焊接熔池流场进行了数值模拟,研究了熔池内液态金属在温度场作用下涡漩流动过程,电子束、熔池、液态金属蒸汽之间相互作用关系,电子束匙孔效应、匙孔壁能量传递方式,熔深方向液态金属流动机理等;将316L不锈钢热物性参数输入复合热源模型,通过仿真计算,得到了316L不锈钢焊接工艺规范,即加速电压为60 kV,电子束流为30 mA,焊接速度为8 mm/s,采用该规范焊接的316L不锈钢试件焊缝拉伸强度为425 MPa,满足设计要求。通过对比数值模拟与实际焊接结果表明:模拟熔池形貌与实际焊缝形貌一致,数值计算结果与焊接试验结果相吻合,从而证明复合热源模型是正确和适用的。     

涂层电子束重熔对裂纹的影响及控制

由于涂层电子束重熔技术自身的特点,涂层重熔处理后材料表面极易形成裂纹,已成为阻碍电子束重熔技术工业化应用的主要障碍之一。为解决此问题,加快推动涂层电子束重熔技术的工业化应用,本文综述了国内外涂层电子束重熔的研究进展,着重介绍了涂层电子束重熔裂纹的产生机理及防治措施,并针对目前涂层电子束重熔技术面临的问题提出了解决途径。     

电子辐照下聚酰亚胺薄膜的深层充电现象研究

空间辐射环境下聚合物绝缘材料的深层充放电效应是威胁航天器安全的重要因素之一。文章利用能量为5～100keV的单能电子枪,研究了不同束流强度电子辐照下聚酰亚胺薄膜样品的深层充电过程。实验表明,在102pA量级的电子束辐照下,聚酰亚胺薄膜样品的表面电位迅速上升后缓慢变化,最终可以达到几kV。在一定条件下,样品表面电位随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而增大;充电达到平衡所需的时间随着辐照电子束流密度和样品厚度的增加而减少。辐照截止后聚酰亚胺薄膜样品内部电荷的泄放需经历较长时间,由衰减时间常数推测出的样品电阻率要比采用传统测量方法得到的结果高一个量级。     

Theory of type III radio bursts in the interplanetary space. II. Study of instability of the electron beam-solar wind plasma system in a linear approximation

Frequency characteristics of disturbances of a one-dimensionally inhomogeneous electron beam-solar wind plasma system are studied in the geometrical optics approximation on the basis of the Maxwell equations closed by the material equation obtained earlier. The corresponding dispersion equation is derived and solved. It is found that resonance interaction of a wave with an electron beam can occur only at two spatial points. Perhaps, such a short-time (point-like) mechanism of the resonance clarifies one of the main problems of physics of electron beams generated by solar flares: their time of existence is much longer than the time following from the previous theoretical estimates of the beam energy loss rate due to radiation.     

Dynamics of space welding impact and corresponding safety welding study

This study was undertaken in order to be sure that no hazard would exist from impingement of hot molten metal particle detachments upon an astronauts space suit during any future electron beam welding exercises or experiments. The conditions under which molten metal detachments might occur in a space welding environment were analyzed. The safety issue is important during welding with regards to potential molten metal detachments from the weld pool and cold filler wire during electron beam welding in space. Theoretical models were developed to predict the possibility and size of the molten metal detachment hazards during the electron beam welding exercises at low earth orbit. Some possible ways of obtaining molten metal drop detachments would include an impulse force, or bump, to the weld sample, cut surface, or filler wire. Theoretical models were determined for these detachment concerns from principles of impact and kinetic energies, surface tension, drop geometry, surface energies, and particle dynamics. A weld pool detachment parameter for specifying the conditions for metal weld pool detachment by impact was derived and correlated to the experimental results. The experimental results were for the most part consistent with the theoretical analysis and predictions.     

离子推力器羽流沉积对卫星热控影响研究

离子推力器的羽流是等离子体,等离子体的组成是带电粒子,这与传统的化学推进系统的羽流成分有很大不同,带电粒子有在卫星表面吸附的倾向,会形成羽流沉积污染。这种羽流沉积会改变卫星表面的吸收率和发射率,从而影响卫星的热控性能。为了预测离子推力器的羽流对卫星的热控性能的影响,建立了离子推力器羽流模型。所建模型采用了工程化离子推力器的在卫星上的布局位置和离子推力器的工作参数,模拟了离子推力器的正离子与中和电子束在工程化中分置的实际情况,使模型更为符合实际。通过数值模拟得到了离子、电子、中性粒子的空间分布,电场分布,得到了钼粒子在卫星表面的分布及沉积厚度,比较了模型计算的离子分布与实验获得的离子分布情况,说明了模型分析的正确性,给出了卫星表面热性能的变化及局部区域温升的最大包络可达二十多度的结果。     

Compact high-voltage accelerators of charged particles in space experiments

Some general problems of design and application of compact devices for the generation of pulse electric fields at a megavolt range in space experiments are discussed. The prospect of various applications of powerful electron beams for active diagnostics of upper layers of atmosphere, radiation belts and the earth's magnetic field is also reviewed. The proposed development of powerful impulsive devices is dictated by limitations of energy resources in spacecraft together with a need to get a good signal-to-noise ratio for reliable data recording. Compact devices which directly transform electric energy of a low-voltage source (solar batteries, chemical elements, nuclear reactor, etc.), into the energy of a megavolt charge particle beam of high impulsive power appear as reliable means for satisfying these requirements. In this paper, the basic practical schemes of energy transformation procedures are considered and the optimal operation parameters of high-voltage storage and transformer systems are discussed. Proper application of combined high-voltage insulation techniques result in the development of experimental models of heavy-current electron beam accelerators capable of generating beams of 300–500 kV, 3–5 kA, with a pulse duration of 15 × 10⁻⁹ sec at a frequency of 10 Hz. Typical applications of electron beam accelerators including the generator of electron-beam-controlled discharge laser beams are also described.     

Theory of type III radio bursts in the interplanetary space: I. Derivation of permittivity tensor for the system consisting of electron beam and solar wind plasma

The tensor of permittivity for the system “electron beam - plasma of the interplanetary space” is derived in the approximation of geometrical optics. The problem is one-dimensional; all parameters such as density of the beam and of the solar wind plasma, and the induction of the interplanetary magnetic field are assumed to be dependent only on the distance to the Sun. The beam is generated by an active region during a solar flare, and it is a source of radio bursts of type III in the interplanetary space. The tensor of permittivity was obtained to close field equations by a material equation. On the basis of these equations it becomes possible to study theoretically the amplitude-frequency characteristics of the radio bursts as disturbances of the above-described beam-plasma system.     

10kV太空电子枪的光学系统设计及仿真研究

为使电子枪的性能满足太空环境下的作业要求,对10 kV太空电子枪的光学系统进行设计与仿真研究,给出一套完整的设计方法及流程。首先选择合适的阴极材料,仿真得到电子束的轨迹;而后算出合适的焦距,对一级聚焦电子光学系统进行仿真。鉴于一级聚焦系统不能实现在工作距离为300 mm时束斑直径为0.4 mm的设计目标,进而设计二级聚焦系统并利用仿真分析对系统参数进行优化。仿真分析结果表明,该设计方法能够得到符合工作需求的电子光学系统参数,可为以后太空电子枪的设计提供参考。