大直径铝合金铆钉以铆代螺可行性试验研究

针对双层铝合金板铆接结构,通过电磁铆接工艺试验,分析Φ10mm-2A10铝合金铆钉镦头的微观组织,与钢质螺栓连接接头对比评价了铆接接头的力学性能。研究发现,随放电电压的增加,铆钉镦头直径逐渐增加、高度逐渐降低。铆钉镦头以绝热剪切为主要变形模式。铆接接头的最大剪切和拉脱载荷分别为23.3k N和35.0k N,均高于钢质螺栓连接接头,并且相对于螺接接头可减重15.8%。     

应变率对复合材料壳体外压性能的影响

对Φ200 mm的复合材料壳体的应变率相关性进行了试验研究。分别对准静态和应变率约为0.105 s-1的动态情况进行了试验。在动态加载过程中,采用了航天四院设计的脉冲压力发生器和外压试验装置,该装置可在10～200 ms将结构件加载至破坏。试验结果表明:复合材料壳体具有比较明显的应变率相关性,与准静态加载条件相比,当应变率达到0.105 s-1时,Φ200 mm的复合材料壳体其外压承载能力可以提高1.55倍左右。     

筒体结构星载天线抗冲击特性研究

随着航天技术的发展和探月工程的推进,航天器空间环境力学条件不断恶化,对航天器抗冲击力学性能提出了更高的要求。筒体结构天线结构形式紧凑,具有较好的动力学特性。为了得到筒体结构天线具体的抗冲击力学性能,研究时通过建立动力学分析模型,首先分析得到结构的模态参数,再根据模态结果反应出的筒体结构天线的动力学特性,结合给定的冲击力学环境建立分析条件,依据分析条件分别计算得到横向和纵向筒体结构天线顶端的时域最大加速度响应,筒体结构整体结构应力水平。分析结果表明筒体结构天线在冲击力学环境下加速度响应放大较小,各部件应力水平均能满足结构强度要求。筒体结构天线具有良好的抗冲击力学性能,可应用于需要承受较为恶劣冲击环境的航天器。     

用于航天器微振动分析的扰源解耦加载方法

微振动源与航天器主结构之间存在耦合作用,其建模与加载方法直接影响系统级微振动分析结果。文章通过理论推导和证明,提出了一种新的微振动源精确解耦加载方法,使扰源的加载处理不受微振动源与航天器主结构耦合作用的影响,实现了扰动外载荷与航天器结构的解耦,所获取的微振动响应与系统级耦合分析结果完全相同。理论研究和数值算例表明:此方法避免了微振动源与航天器主结构的耦合分析,结果准确可靠,适用于动量轮、控制力矩陀螺等常见的扰源加载,且易于工程实施。     

新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究

采用直接撞击式Hopkinson拉杆装置对新型锆钛合金材料在动态冲击载荷作用下的力学性能进行了试验研究,得到了典型动态拉伸真应力-真应变曲线。试验结果表明,在室温、应变率为800~4000s-1的情况下,材料的动态强度（包含屈服强度σ_0.2、抗拉强度σ_b）、失稳应变、伸长率以及应变能密度均随应变率的增大而增大。采用扫描电子显微镜（SEM）对试件断口进行分析,研究了合金材料在不同应变率状态下的失效断裂特征。结果发现,随应变率的增大,材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂。     

泡沫铝在航天工程中的应用展望

简要介绍了新兴材料泡沫铝(合金)的结构特点和主要性能以及国内外有关该材料制备和材料应用研究的现状。结合航天器设计中的实际问题,重点探讨了利用泡沫铝及泡沫铝合金的减振和冲击吸能特性,设计制造航天员防振座椅、抗冲击舱底和陀螺支架的可行性及具体应用形式。     

低PIM吸波装置的设计与性能测试

为了解决在空间环境模拟器(简称"容器")内开展无源互调(Passive Intermodulation, PIM)测试的技术难题,验证温度变化对航天器系统级PIM性能的影响,需要在容器内建立一个低PIM的吸波环境。即在容器内安装一种封闭的低PIM吸波装置,使星上被测无源器件完全被其包敷,然后通过模拟温度应变过程完成测试工作。文章介绍了PIM指标小于-150 dBm的低PIM吸波装置的设计思路和常压热循环测试过程,并对测试结果进行了分析,确定该吸波装置PIM性能满足试验测试要求。     

一种航天器火工冲击源建模和分析方法

为解决航天器火工冲击力学环境预示中无法确定载荷力函数的问题,提出一种基于流体编程软件（Hydrocodes）的“振源系统-近场结构”一体化建模和分析方法,分析由火工品触发的航天器星箭分离机构及其他解锁释放机构的冲击过程,从中提取力函数, 实现对振源与主结构的解耦分析。以包带式星箭分离结构为例,对该方法的可行性进行研究和论证。通过对模型进行爆炸冲击直接加载和力函数的解耦加载这两轮计算结果的对比分析,初步校验了该方法的可行性。通过对模型的耦合性分析和对其简化模型的分析,进一步校验了局部建模的合理性和解耦分析的准确性。该方法是一种能够确定航天器火工冲击源函数的可行方法,为从工程上解决航天器火工冲击的响应预示问题奠定了基础。     

低温和应变率对HTPB推进剂压缩力学性能影响

采用单轴压缩实验方法,分析了低温(-40～25℃)和应变率(1/300～1/12 s-1)对HTPB推进剂压缩力学性能的影响,得到了不同温度和应变率条件下推进剂的压缩应力-应变关系。结果表明,推进剂压缩强度和压缩模量随温度的降低和应变率的增加而逐渐增加,且均与应变率具有良好的线性对数关系(lg[σ.k(T)]=a+blg.ε和lg[E.f(T)]=c+dlg.ε),利用该关系式可对推进剂压缩力学性能进行预测。通过双因素方差分析表明,低温和应变率均对推进剂压缩力学性能具有显著影响。其中,低温对压缩模量的影响更加显著,而应变率对压缩强度和压缩应变的影响更加显著。     

航天器火工冲击环境分析预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。     

均苯型聚酰亚胺薄膜在质子辐照下的力学性能退化试验研究

聚酰亚胺薄膜广泛应用于航天器热控结构和太阳帆等充气展开结构中,由于暴露在航天器表面,受到各种空间环境效应的影响,其力学性能会发生退化。文章对不同通量、注量和温度条件下质子辐照对均苯型聚酰亚胺薄膜力学性能的影响进行了模拟试验研究。研究发现,当质子通量较低时,质子通量的增加对薄膜力学性能的影响微弱;当质子通量持续增加,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率呈近似线性下降;当质子注量增加到一定程度后,薄膜的抗拉强度和断裂伸长率下降速率变缓;薄膜在低温辐照下比在高温辐照下更容易发生脆性断裂。     

Small carry-on impactor of Hayabusa2 mission

A Japanese spacecraft, Hayabusa2, the successor of Hayabusa, which came back from the Asteroid Itokawa with sample materials after its 7-year-interplanetary journeys, is a current mission of Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) and scheduled to be launched in 2014. Although its design basically follows Hayabusa, some new components are planned to be equipped in Hayabusa2 mission. A Small Carry-on Impactor (SCI), a small explosive device, is one of the challenges that were not seen with Hayabusa. An important scientific objective of Hayabusa2 is to investigate chemical and physical properties of the internal materials and structures. SCI creates an artificial crater on the surface of the asteroid and the mother spacecraft observes the crater and tries to get sample materials. High kinetic energy is required to creating a meaningful crater. The SCI would become complicated and heavy if the traditional acceleration devices like thrusters and rocket motors are used to hit the asteroid because the acceleration distance is quite large and guidance system is necessary. In order to make the system simpler, a technology of special type of shaped charge is used for the acceleration of the impact head. By using this technology, it becomes possible to accelerate the impact head very quickly and to hit the asteroid without guidance system. However, the impact operation should be complicated because SCI uses powerful explosive and it scatters high speed debris at the detonation. This paper presents the overview of our new small carry-on impact system and the impact operation of Hayabusa2 mission.     

弹丸正撞击Whipple防护结构后墙的穿孔孔径研究

微流星体及空间碎片的超高速撞击对在轨航天器,特别是长期留轨的栽人航天器构成了严重的威胁,甚至可导致灾难性失效,为此航天器采用了各种Whipple类防护方案以提高其在轨生存能力。穿孔孔径是研究弹丸超高速撞击下航天器舱壁撞击损伤的重要参数之一。文章对目前所建立的Burch损伤经验公式与Schonberg—Williamsen穿孔经验公式进行了研究,比较了其各自特点;同时,基于上述模型提出了适用范围更广的弹丸超高速正撞击Whipple防护结构后墙的穿孔孔径经验公式,为航天器的灾难性失效分析提供有效的工具。     

HTPB推进剂宽泛应变率下粘弹性本构模型研究

为研究HTPB推进剂的率相关性力学性能,采用材料万能试验机、液压试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB),分别开展了低(1.67×10~(-4)~1.67×10~(-1)s~(-1))、中(1~100 s~(-1))、高(700~2 500 s~(-1))应变率的单轴压缩实验。实验结果表明,HTPB推进剂的压缩力学性能是率相关性,随应变率的升高,给定应变下的应力逐渐增大。采用广义非线性ZWT本构模型描述HTPB推进剂宽泛应变率下的压缩力学行为,模型预测与实验数据对比表明,模型中至少需要4个麦克斯韦元件。     

统计能量分析法在爆炸分离冲击响应预示中的应用

针对复杂结构的爆炸分离冲击问题,文章采用统计能量分析方法对其响应进行了计算分析。首先对切割索产生的连续载荷进行了离散处理,然后基于统计能量分析并结合虚拟模态综合法,对航天器分离过程中的冲击响应进行了预示。得到的结果符合爆炸分离冲击环境下结构响应特征及其传递规律,对航天器抗冲击设计与评估具有一定的参考价值。     

航天器连接结构减振特性的功率流分析

在航天工程领域，减振技术得到了越来越广泛的应用。本文利用功率流 理论对航天工程中典型减振连接结构的减振特性进行了研究。针对卫星平台结构的构成，给出了星上减振连接结构通用的子结构描述方案，并基于子结构导纳综合方法推导出规范化的振动功率流计算模型。最后，以某星上仪表板的简化悬挂减振模型为例进行了算例仿真和分析，并从功率流角度解释了减振机理。结果表明，航天器连接结构减振特的功率流分析方法能够准确全面地指导和验证减振设计，满足工程上的精度要求，是可行的。     

复合材料层合板受低速冲击后的力学性能的实验研究

利用落锤装置，对玻纤／环氧和碳纤／环氧两种复合材料层合板进行了低速低能量的冲击实验研究。利用传感器技术记录了落锤冲击试样过程中的速度曲线，计算了冲击动能和材料损伤时的能量吸收，通过数学处理得到了冲击载荷和冲击点位移曲线。测量了层合板受冲击后的剩余弯曲强度和剩余弯曲弹性模量，得出了两种复合材料层合板的能量吸收门槛值。结果表明，碳纤／环氧的能量吸收门榄值比玻纤／环氧低，但是前者有较宽的能量吸收容限。和     

基于纳米吸能流体的火工点式分离装置缓冲技术研究

运载火箭火工点式分离装置工作时具有强冲击载荷特性，为有效降低冲击峰值，提出了一种基于纳米吸能流体结构的冲击缓冲技术。首先进行纳米吸能流体的吸能原理研究，建立其本构关系，揭示影响其吸能密度的主要因素；其次开展火工装置有限空间内的纳米吸能流体缓冲结构设计；最后通过有限元仿真与试验验证其缓冲性能。试验结果表明，本文设计的基于纳米吸能流体的缓冲结构，吸能密度高达122.8 J/g，冲击力峰值较空载条件下降了59.2%，冲击加速度峰值下降了63.4%。     

航天器中频力学环境预示研究进展

中频声振力学环境严重影响着航天器的可靠性和安全性,具有响应复杂、预示难的特点,因此航天器结构的中频动力学问题是当前研究的难点和热点。文章介绍了三类主要的中频预示方法,即改进的确定性方法、改进的统计能量法和混合法的基本理论和应用现状。结合航天器工程需求,对比和分析了几类中频预示方法的计算效率、应用前景和理论局限。最后,提出采用有限元与统计能量分析(FE-SEA)混合法作为国内航天器中频力学环境预示方法,并指出了FE-SEA混合法的研究方向。