基于太阳模拟器的网状天线热变形仿真与试验研究

准确预示天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的重要方面.文章通过构建网状天线热分析和热变形有限元模型,仿真得到碳纤维主反射面、支撑肋组件等结构在两种工况太阳侧照下的温度场以及热变形场;在真空低温环境下,利用太阳模拟器对网状天线进行热真空原位环境热变形摄影测量试验.对比表明,仿真模型计算结果与试验测量结...     

羽流污染对某型号卫星热控涂层的影响分析

文章以某卫星热控涂层的污染研究为目的,针对20N轨控推力器,在推力器羽流流场模拟的基础上,结合污染沉积过程模拟,计算获得了卫星在轨运行期间热控涂层表面的污染沉积膜的厚度,分析了热控涂层太阳吸收率的退化情况。     

AZO改性Y2O3-ZnO-Al2O3热控涂层性能分析

为解决铝合金表面液相等离子体电解氧化（PEO）涂层（Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃）导电性差而导致的静电效应,对其进行表面改性处理。采用原子层沉积（ALD）技术在铝合金表面PEO涂层原位沉积铝掺杂氧化锌（AZO）导电薄膜以提高PEO涂层的导电性。对AZO改性PEO涂层的相组成和表面微观结构进行分析;对不同沉积温度下所得复合涂层的电阻率、载流子浓度和迁移率,以及沉积前后的热控性能、耐腐蚀性进行测量分析。结果表明:AZO导电薄膜均质连续致密地沉积在PEO涂层表面;当沉积温度为150 ℃时,AZO@Y₂O₃-ZnO-Al₂O₃复合涂层的电阻率为1.15×10-4 Ω·cm,载流子浓度为1.8×1020 cm-3,太阳吸收比为0.409,发射率为0.892,且抗电化学腐蚀性能良好,能够满足航天器热控涂层在空间环境应用的技术要求。     

碳纤维复合材料天线反射面低变形优化设计

为了保证星载天线的在轨工作,需要严格限制天线的热变形。文章参考国外先进天线设计案例并考虑国内生产工艺,以某卫星抛物天线反射面为研究对象,采用全碳纤维复合材料夹层结构设计新型天线反射面构型。首先,给出天线型面误差的计算过程来反映天线热变形程度;然后,基于正交试验法,对某卫星的天线反射面型面误差值影响因素进行分析;最后,在此基础上分别对蒙皮与芯层完成低热膨胀系数的优化设计。仿真结果显示:文章设计的全碳纤维材料天线夹层结构因热变形而产生的型面误差仅约为原先设计的全铝反射面的1/6,证实了全碳纤维材料天线夹层结构在低变形方面的优势及此优化设计方案的可靠性。     

碳纤维基底真空沉积涂层耐温度循环性能加速试验方法研究

为了考核某低地球轨道卫星微波探测类载荷碳纤维基底天线反射器的真空沉积涂层在轨承受高低温循环的能力,以确保该涂层在轨经历频繁高低温循环后的性能仍满足产品在轨工作要求,提出基于航天产品环境应力筛选建立温度循环加速因子模型的试验方法,并开展不同规格试件的温度循环加速试验。按等效在轨8年寿命,在试验前、试验中和等效寿命延长约1/3后共进行14次试件涂层外观检查和热控性能箱外测试,结果表明涂层外观完好,太阳吸收比和发射吸收比均符合指标要求,耐温度循环性能优异,满足在轨使用要求。     

星载双反射抛物面天线热变形分析

星载天线在轨运行时受到空间外热流的影响，会经历周期性的高低温交变，导致其反射面产生热变形。为了保证星载天线稳定运行，选取某型号星载双反射抛物面天线作为研究对象，采用有限元法对天线高温工况下的在轨温度场进行分析，进而将天线上分布的温度载荷作为边界条件映射到结构场中进行热变形分析；同时详细分析了材料属性、铝蜂窝芯厚度、碳纤维贴层厚度、反射面支撑约束位置等因素对双反射抛物面天线热变形的影响，以期为星载天线结构优化设计提供理论参考。     

双组元推力室热防护涂层工艺技术研究

针对双组元姿轨控发动机推力室铌铪合金材料的高温抗氧化防护进行了涂层工艺技术研究,在合金表面制备了Si-Cr-Ti体系硅化物涂层,通过真空烧结、高温抗氧化和热震试验、显微组织分析,对涂层的成型过程、形貌、组织结构、性能和防护机理进行了分析。结果表明,通过真空烧结形成了过渡/结合层、致密层和疏松层结构的硅化物涂层,过渡层分布均匀,致密层厚实,疏松层相对较薄且成型较好,经过两代工艺优化,涂层在1 700℃下的氧化寿命达到7 h,1 400~8 00℃空冷热震循环寿命达到4 500次,在热试车考核过程中涂层最高工作温度可达到1 350℃,试后涂层依然具有一定厚度的致密层,具有高温防护作用,满足型号对涂层性能的要求。     

工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响

以甲烷(CH4)为碳源先驱体,以三维针刺碳纤维预制体为沉积基体,研究了化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)工艺过程中沉积时间、沉积压力以及预制体厚度对热解碳界面层沉积厚度的影响,并在此基础上优化了在碳纤维表面制备合适厚度的热解碳界面层所需的CVD工艺参数。结果表明,针对现有反应腔体,5 mm厚碳纤维预制体试样,采用1 000℃的沉积温度,CH4流速500 ml/min,沉积时间10 h,沉积压力5 kPa,可在预制体内外碳纤维表面沉积得到厚度合适的热解碳界面层;当碳纤维预制体厚度增至10 mm,则沉积时间应延长至15 h,压力维持不变,可沉积得到合适厚度的界面层。     

真空环境对防静电热控涂层导电性能的影响

文章通过试验研究了近紫外辐照前后的真空环境对防静电热控涂层的电学性能影响,探讨了真空环境对防静电热控涂层电学性能影响的机理,给出了地面模拟试验过程中关于数据分析的建议。研究发现:真空环境将引起防静电热控涂层的表面电阻率降低、导电性能增强,而氧空位的增加和吸附氧的释放则是其表面电阻率降低的主要原因。     

空间站空空支架天线热设计与仿真分析

为研究核心舱飞行姿态、空间外热流、核心舱发动机羽流参数以及天线外表面热控涂层对空间站空空支架天线温度的综合影响,验证天线被动热控设计的有效性,进行了2种低温工况和6种高温工况的热分析。结果显示:低温工况下,通信天线惯性飞行时的最低温度低于正向飞行时的;展开臂多层表面最低温度为-85 ℃,满足温控指标。高温工况下,通信天线惯性飞行时的温度高于正向飞行时的;轨控发动机的羽流热效应大于偏航发动机的。通信天线内外表面均喷涂ACR-1温控白漆,1倍轨控发动机羽流热流密度时,最高温度为123 ℃,可满足实际使用要求。     

一种新型伞状天线反射面研究

为设计和研制高精度伞状天线碳纤维三向编织反射面，选取碳纤维三向编织反射面为研究对象，通过试验获取了碳纤维织物的材料属性，设计了不同结构形态、不同加强筋方案的天线反射面，建立反射面有限元模型进行重力变形仿真，探索重力场下天线型面精度与反射面形态的关系，获取了最优的反射面设计方案。优化结果表明，多边形口径反射面相比圆形口径反射面型面精度提高了9995％，在多边形口径反射面上设计环向加强筋可使型面精度进一步提高34％，为反射面的结构设计提供参考和依据。     

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。     

原子氧防护涂层的研究

空间材料暴露在原子氧环境中,材料表面会受到原子氧的攻击造成表面衰退,引起材料氧化和质量损耗,甚至会导致材料失效,从而减少飞行器寿命,研究发现:大多数聚合物和复合材料对原子氧敏感;金属中的银、锇易被氧化,这主要是有机物多含碳、氢、氧、氮等元素,它们具有较高的反应效率,生成挥发物;银、锇的反应速率快,通常生成氧化物,能够观察到宏观变化。因此,对飞行器上常用的材料进行防护是十分必要的,不同的材料有不同的防护方法,本文主要介绍了常用Kapton、石墨/环氧树脂等结构材料的防护,对功能材料如光学材料、热控涂层等的防护也作了介绍。研究表明:材料的氧化多发生在粗糙表面,而均化层的利用可覆盖材料表面的凸起和裂缝,提供光滑的表面。此外,文章还对涂层厚度与原子氧通量的关系、涂层厚度与产生的表面缺陷形状的关系作了定性分析和讨论。     

碳纤维/铝蜂窝太阳翼基板热变形分析

以某卫星的碳纤维/铝蜂窝太阳翼基板为对象,研究了碳纤维层合板和铝蜂窝芯层弹性常数和热膨胀系数的等效计算。分别采用等效参数和I-deas软件中的Laminate铺层模型等方法,分析了高温和低温状态下太阳翼基板的热变形,并对计算结果进行了比较,初步说明热变形分析是可行的。面板铺层材料参数对基板的热变形影响很大,在建立分析模型时不能将其等效为各向同性的均匀材料。     

碳纤维三向织物复合材料研究现状与未来展望

以往的卫星天线，或者是高精度但小口径，或者是大口径但低精度；现在对二者兼有（既要大口径，同时还要高精度）的需求越来越普遍。传统的大口径天线多采用网状可展开形式，这种形式的天线在实现高精度方面往往会遇到一系列的问题，尤其在材料选择、结构设计、热控设计、制造调试时间、费用等方面，需要付出很高代价。利用具有面内各向同性性能的碳纤维三向编织物（Triaxial Woven Fabric TWF）作为增强材料，与合适的基体材料（例如硅橡胶）复合，制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构，作为可折叠展开的卫星天线反射器，是一种新型高精度可展开天线的实现方案。文章对TWF的结构特性及其在卫星天线上的应用，以及其力学性能的分析与测试等进行了综述；对三向织物复合材料的力学性能分析和在大型可展开反射器上的应用，做出了未来展望。     

热控涂层参数对卫星辐射特性的影响

为分析卫星红外和可见光双光谱辐射特性,分别建立了采用节点网络法求解卫星表面热控涂层温度和卫星辐射特性的计算模型,依据粗糙表面光散射理论计算了涂层表面对太阳、地球和地球反照辐射的吸收和反射。通过数值模拟,计算分析了卫星对地面的温度变化规律。最后,选择不同的热控涂层参数,获得了对卫星在红外和可见光波段的辐射特征的影响。     

CVD-PyC界面层和SiC涂层厚度数学计算模型的建立与验证

建立了合适的化学气相沉积碳界面层厚度数学计算模型和SiC涂层厚度数学计算模型,并通过工艺实验对该模型进行了验证。结合实验结果分析,发现通过该模型计算出的化学气相沉积碳界面层厚度和SiC涂层厚度与SEM照片分析结果基本接近,因此可利用上述模型估算出C/SiC复合材料产品的化学气相沉积碳界面层厚度和SiC涂层厚度,快速评估C/SiC复合材料产品化学气相沉积质量能否满足实际工况使用要求。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如:通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

TiAl基合金表面低真空制备SiO_2涂层的工艺研究

为解决Ti Al基合金在750℃以上的抗高温氧化性能不足的问题,提出了采用溶胶凝胶法在其表面进行低真空制备SiO_2涂层的工艺方法。本文研究了涂膜次数对涂层表面形貌的影响,并对涂层厚度,涂层结合力,热处理后Ti Al基体抗高温氧化性等方面进行了研究,从而确定了低真空制备SiO_2涂层的可行性工艺方案。涂膜次数三层时,在Ti Al表面可以获得良好附着力和致密性高的SiO_2薄膜;在800℃高温氧化测试中,未涂膜试样氧化8h后增重2.333mg/cm2,三层涂膜试样氧化504h氧化增重仅为0.2143mg/cm2且表面没有出现剥落现象,大大提高了基体的抗高温氧化性能。     

苯基硅橡胶热控涂层材料抗原子氧腐蚀能力的研究

为了评估材料的抗原子氧腐蚀能力,首先在地面模拟设备上通过激光爆破法产生平动能约为4.5 e V的原子氧束源,然后利用此高能氧束源对苯基硅橡胶热控涂层材料进行暴露实验。材料受高能原子氧轰击而导致的影响,分别通过质量、X射线光电子能谱和扫描电镜进行表征。结果显示,原子氧累积通量9.5×10~(19)atoms/cm~2及8.5×10~(20)atoms/cm~2暴露实验后,材料表面微观形貌没有明显腐蚀,质量有少许增加,表面化学组成发生明显变化,分析认为是形成非挥发性物质SiO_x。实验结果表明,苯基硅橡胶热控涂层材料具有优越的抗原子氧腐蚀能力,推测其机理是形成的SiO_x钝化层作为保护层对其下方的材料进行保护,阻止原子氧对材料进一步腐蚀。