纳米颗粒增强环氧树脂抗原子氧剥蚀性能机理研究

 为了提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能，将不与原子氧反应的无机纳米二氧化硅颗粒添加到环氧树脂中，并对所制成的纳米复合材料试样进行原子氧效应地面模拟试验，分析了试验前后试样表面形貌、表面成分和表面化学结构的变化规律。结果表明，加入纳米颗粒后，环氧试样的质量损失和剥蚀率出现了明显的下降，抗原子氧剥蚀性能得到了大幅度的提高。同时，试验后的纳米复合材料表面仍然存在一些新的有机结构，它们和纳米二氧化硅颗粒一起，共同阻止原子氧对底层材料的进一步剥蚀。     

抗原子氧有机/无机氧化硅复合涂层的研究

以正硅酸乙酯（TEOS）和γ-（甲基丙稀酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MEMO）为前驱体,在聚酰亚胺基底上制备了氧化硅涂层,采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）和X光电子能谱（XPS）对其表面形貌、结构和成分进行了分析.结果表明MEMO的加入增加了氧化硅涂层的韧性,并赋予其憎水性能,表面化学成分由MEMO以及TEOS＋MEMO的水解和缩聚过程决定.用地面模拟设备对氧化硅涂层进行原子氧暴露试验,结果表明其具有很好的防原子氧性能,使基体原子氧侵蚀速率下降了一个数量级.     

空间聚四氟乙烯的真空紫外辐射及其与原子氧的复合效应研究

聚四氟乙烯是航天器上常用的一种聚合物材料。在空间环境效应地面模拟试验设备中 ,对这种材料开展了真空紫外辐射、真空紫外辐射与原子氧复合效应的试验研究 ,总结和分析了试验前后试样外观、质量、光学参数和表面成分等方面的变化规律 ,并对真空紫外辐射及其与原子氧复合作用的过程和反应机理做了初步的分析。得出结论 :真空紫外辐射作用下试样表面积累了碳而发生暗化 ,原子氧又将其漂白 ,这两种因素的复合作用 ,可能会使Teflon材料产生更为严重的剥蚀。     

碳纳米管悬浮液强化重力型平板热管性能的实验

以带有微槽道强化传热面的小型重力型平板热管蒸发器为研究对象,以水-多壁碳纳米管(CNT)组成的纳米悬浮液为工质,在不同运行压力和不同悬浮液质量浓度下对热管蒸发器的沸腾换热特性以及临界热通量(CHF)进行了实验研究.研究证明:以水-多壁碳纳米管组成的纳米悬浮液可以明显地强化重力型平板热管蒸发器的换热特性.沸腾换热系数强化率和CHF强化率随压力降低而大幅度增加.悬浮液质量浓度对沸腾换热系数和CHF也有重要影响,在低质量浓度时,沸腾换热系数和CHF随质量浓度增加而缓慢增加.但是在质量浓度超过2.0%时,质量浓度的影响基本消失.      

RTM成型聚酰亚胺复合材料的热氧老化特性

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了U-3160碳纤维增强HT-350RTM聚酰亚胺树脂基复合材料(U-3160/HT-350RTM),研究了不同老化温度、老化时间下U-3160/HT-350RTM复合材料的失重率的变化规律,建立聚酰亚胺复合材料老化失效特征与老化时间/老化温度的关系,并通过微观形貌分析阐述了其在热氧老化过程中的失效机理。结果表明:在一定温度下复合材料的失重率变化符合三次多项式的变化规律,复合材料的老化在材料近表面尤为明显,由于氧分子作用,聚酰亚胺树脂发生降解导致孔隙率增加,因此温度越高、老化时间越长老化加速现象越明显。     

真空紫外线辐射对聚合物材料的作用

针对空间环境条件综述了真空紫外线辐射对材料物理、化学等性能的影响及机理。聚合物材料在真空紫外线作用下，表面粗糙度上升，结构发生明显变化，拉伸强度下降。同时透光率、耐热性等均发生变化。真空紫外线与原子氧等其它空间环境因素有一定程度的协同效应。不同材料对各因素的敏感程度稍有差异。     

空间用聚四氟乙烯材料的原子氧、温度、紫外辐射效应的试验研究

在 IFM原子氧剥蚀效应地面模拟设备中对空间常用材料聚四氟乙烯进行了原子氧剥蚀效应试验,试样温度升高对原子氧效应的影响以及原子氧与紫外辐射复合效应试验,对试验前后试样的质量及表面形貌进行了比较,得出了材料在设备中的反应特点以及温度升高、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律。对原子氧与材料的反应机理也做了相应的分析。同时还测量比较了原子氧暴露试验前后、原子氧与紫外辐射复合作用前后试样的反射率、透射率等光学性质。     

Ground-based Investigations of Atomic Oxygen Erosion Behaviors of Silver and Ion-implanted Silver

Silver foils and ion-implanted silver foils exposed to atomic oxygen (AO) generated in a ground simulation facility were investi-gated by the quartz crystal microbalance (QCM), the scanning electron microscopy (SEM) and the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The experimental results show the presence of Ag2O and AgO in an oxidation process of the silver foil having exposure to AO. As soon as silver comes under the bombardment of atomic oxygen, the oxidation process starts with a thick film forming on the silver surface. Because of the development of stresses, the oxide layer gets cracked and spalled, which leads to appearance of a new silver surface intensifying further oxidation. At last, AgO begins to form on the outer surface of the oxide film. The analytical results of the XPS and the AES attest to formation of a continuous high-quality protective oxide-based layer on the surface of ion-implanted silver films after exposure to AO. This layer can well protect materials in question from erosion.     

地面模拟设备中原子氧通量测量方法的比较研究

 原子氧是低地球轨道中对航天器影响最为严重的环境因素之一。原子氧通量的测量,是原子氧效应研究工作的基础,是量化航天器材料和部件的原子氧暴露程度、评估其空间原子氧使用寿命的重要参数。介绍了地面模拟设备中常用的几种原子氧通量测量方法的测量原理,包括Kapton质量损失法、NO₂滴定法、银表面催化法、光谱法、质谱分析法、银膜和半导体膜电阻法等等,对各种测量方法的特点进行了概括。另外,选择了Kapton质量损失法、银表面催化法和光谱法测量了原子氧效应模拟设备中的原子氧通量,并对测量结果进行了对比,分析了这几种方法的准确性。     

强迫对流下硼颗粒燃烧特性影响因素研究

针对冲压发动机燃烧室内强迫对流下的硼颗粒燃烧特性展开了系统研究,考虑气相流动、扩散和表面单步有限化学反应动力作用,建立了强迫对流下硼颗粒燃烧过程的物理和数学模型;采用有限体积法求解含多组分反应流的二维轴对称Navier-Stokes方程,并验证了数值仿真方法的正确性。首先通过数值仿真研究了来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力等因素对硼颗粒燃烧特性的影响,并对其成因展开了详细分析。研究表明,在强迫对流作用下,硼颗粒总的燃烧质量流率和质量流率通量均随来流速度、颗粒半径、环境中氧气质量分数和环境压力的增加而增大。通过深入分析发现,强迫对流下硼颗粒的燃烧质量流率通量随着来流雷诺数的增加而增大。然后基于大量数值仿真结果,对相对静止气氛下的硼颗粒质量流率通量进行了修正,用于描述强迫对流下的硼颗粒燃烧特性。     

C/E表面镀Al膜的原子氧试验

为了提高C/E复合材料的导电性及耐空间环境的能力,应用电弧离子镀技术在C/E复合材料表面沉积了A l膜,研究了地面模拟原子氧环境对C/E复合材料表面镀A l前后的侵蚀、质损及A l膜的附着力、导电性的影响。通过XRD、SEM、FT-IR、万能拉伸测试仪、FZ-82数字式四探针测试仪等测试分析样品。结果表明:电弧离子镀A l膜微米级以上颗粒较多,但分布均匀,膜层致密,附着力达2 N/mm2以上;原子氧对C/E复合材料侵蚀明显,镀铝后具有明显的防护作用;原子氧侵蚀后的A l膜电阻率有所上升,但还是有较好的导电性;辐照后的A l膜附着力比辐照前反而增加,其机理尚待进一步研究。     

HTPB固体燃料冲压发动机流场仿真与燃速分析

基于守恒方程建立了固体燃料冲压发动机燃速仿真模型,采用二维轴对称模型和二方程化学反应模型开展了HTPB(端羟基聚丁二烯)固体燃料冲压发动机流场数值仿真,分析了不同空气来流条件对流场分布及燃速的影响.结果表明:火焰层在氧气和固体燃料壁面之间形成,随着来流空气流量和空气总温的增加,火焰层厚度变薄并向固体燃料壁面侧移动;随着发动机轴向位置的增加,燃速先迅速增加后缓慢增加,最后在补燃室附近快速减小,变化趋势与文献中试验结果吻合较好;固体燃料平均燃速随来流空气总温及发动内空气流率的增加而增大,并根据仿真结果拟合得到了燃速公式.      

灯丝放电磁场约束型原子氧效应地面模拟试验设备

介绍了用于原子氧剥蚀效应研究的灯丝放电磁场约束型地面模拟设备 ( IFM)的构成及工作原理,简单阐述了装置的运行测量结果,分析了等离子体参数随试验条件的变化趋势。并用 IFM设备对 Kapton空间用材料进行了地面模拟试验,试验结果与国外空间飞行暴露试验结果相似     

不同铝源对碳热还原法合成氮化铝粉末的影响

采用碳热还原法制备了氮化铝粉末，探讨了不同的起始原料、反应温度、不同添加剂对合成氮化铝粉末的影响。采用XRD、SEM、化学分析等手段对制备的氮化铝粉末进行分析。结果表明，采用活性碳和以Al(OH)3为铝源有助于抗热还原氮化反应，能提高产物的氮含量；采用CaF2具有良好的催化效果，而引入AlN晶种能有效地提高铝源的转化率。     

机载制氮系统中空纤维膜分离特性

采用微元方法建立了机载制氮系统中空纤维膜数学模型,并使用龙格-库塔法对其进行了数值计算,与实验数据进行对比后显示,误差不超过10%.然后分析了单位膜面积进料量、膜丝(membrane fiber)内外压比和氧氮渗透比其对产品气氧体积分数和制氮效率的影响.结果表明:增加单位膜面积进料量虽然可提高制氮效率的增加,但是会显著降低产品气中氮的体积分数,因此需要采用合适的流程设计以克服此缺点.压比和氧气渗透系数的增加均会使氧体积分数与制氮效率减小,但是提高渗透比对制氮效率影响不大,因此对于气体分离过程是有利的.通过计算模型及实验数据,分析了中空纤维膜分离理想度随压比和温度的变化关系,结果显示压力对理想度影响较大,随着压力增加,实际分离过程与理论值偏差趋大,而温度对理想度影响较小.      

连续旋转爆轰发动机参数特性的三维数值模拟

采用一步化学反应模型,基于任意坐标系下Euler控制方程,对连续旋转爆轰发动机(CRDE)进行了三维数值模拟研究, 详细分析了来流总压对CRDE参数特性的影响.研究发现:随着来流总压的增大,爆轰波峰值随之增大,但是燃烧室头部Laval型喷注段的壅塞比基本不变.不同来流总压下,可燃气体在燃烧室头部均以亚声速入射.随着来流总压的增大,燃烧室内流场的平均压强增大,但是其平均轴向流速基本不变.CRDE的流量、推力和比冲均随着来流总压的增加而变大;但是,不同来流总压下,CRDE的流量与Laval型喷注段最大流量之比不变,并且此比值约等Laval型喷注段的壅塞比.Laval型喷注段最大流量与来流总压成正比,因此以上分析从理论上进一步解释了CRDE的流量与来流总压成正比的原因.      

碳团簇复合吸波材料的结构设计与性能

通过物理和化学方法制得聚丙烯腈(PAN)基碳团簇复合吸波材料,利用SEM和XRD对其结构及形貌进行了表征,并以碳团簇复合吸波材料和碳团簇材料分别为吸收剂制备的吸波涂层进行了吸波性能测试。结果表明:以碳团簇复合吸波材料为吸收剂制备的吸波涂层带宽要优于以碳团簇材料为吸收剂制备的吸波涂层,该碳团簇复合吸波材料兼具电和磁损耗的能力。     

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。     

碳纤维表面处理及其对碳纤维／聚芳基乙炔复合材料力学性能的影响

聚芳基乙炔(PAA)是一种新型的热防护材料,但PAA为非极性树脂,作为基体材料使用时存在着化学结构惰性,不易润湿增强体———碳纤维(CF)的缺点。为此,本工作对CF采用表面氧化处理后接枝丙烯酸的改性方案,研究与非极性基体相匹配的界面特性。结果表明,阳极氧化处理增加了纤维表面的极性官能团,提高了与丙烯酸的接枝反应能力,从而在碳纤维表面引入了与PAA相似的双键结构,有利于改善CF/PAA复合材料的界面结合,使碳纤维 /PAA复合材料的力学性能大幅度提高。     

银膜的原子氧剥蚀效应及其防护的试验研究

 空间太阳电池板作为空间飞行器电源系统的重要组成部分,它的正常工作对飞行器的运行起着非常重要的作用,而作为互连片的银材料,可能会与空间环境中的原子氧发生反应,生成不导电的氧化物,从而影响空间太阳电池板的有效寿命。本文在原子氧效应地面模拟试验设备中,对银以及镀有不同防护层的银膜进行了原子氧效应地面模拟试验研究,对试验前后试样的外观、质量进行了比较,获得了银在设备中的反应特点,同时对不同防护镀层的有效性进行了验证,为银互连片在空间太阳电池板上的应用及其防护提供了设计依据。