Viscoelastic behaviour of pumpkin balloons

The lobes of the NASA ULDB pumpkin-shaped super-pressure balloons are made of a thin polymeric film that shows considerable time-dependent behaviour. A nonlinear viscoelastic model based on experimental measurements has been recently established for this film. This paper presents a simulation of the viscoelastic behaviour of ULDB balloons with the finite element software ABAQUS. First, the standard viscoelastic modelling capabilities available in ABAQUS are examined, but are found of limited accuracy even for the case of simple uniaxial creep tests on ULDB films. Then, a nonlinear viscoelastic constitutive model is implemented by means of a user-defined subroutine. This approach is verified by means of biaxial creep experiments on pressurized cylinders and is found to be accurate provided that the film anisotropy is also included in the model. A preliminary set of predictions for a single lobe of a ULDB is presented at the end of the paper. It indicates that time-dependent effects in a balloon structure can lead to significant stress redistribution and large increases in the transverse strains in the lobes.     

水平表面气流剪切作用下的水膜厚度

飞机结冰表面上的液态水受气流吹拂作用会发生向后溢流,从而影响结冰区域范围及防冰系统设计;为了获得水膜流动规律,对水平平板表面上气流剪切驱动的水膜流动进行了实验测量和建模分析。通过水膜流动风洞试验台产生高速气流驱动水膜的流动,使用色散共焦位移计测量同一位置的水膜在不同时刻的厚度变化,结果表明气-液界面由底层薄水膜和多种尺度的波动组成,具有变化速度快随机性强的特点。通过水膜厚度随气流速度及水膜雷诺数的变化规律,发现平均水膜厚度与两者均呈现出单调非线性的依赖关系。基于薄水膜流动理论和平均水膜厚度实验结果,提出了高速气流剪切作用下的气-液波动界面剪切因子计算式,适用于风速17.8~52.2m/s,水膜雷诺数26~128之间的平板水膜流动计算。     

扩展型面排孔气膜冷却的实验研究

本文设计了三种型面的气膜孔扩展结构，研究了气膜冷却效率、壁面换热系数及流量系数随吹风比的变化规律。研究结果表明，与典型的圆柱形气膜孔相比，有后向扩展型面的气膜孔具有相对较高的冷却效率和换热系数，流量系数略有降低。扩展型面的流向扩展角α对冷却效率和换热系数的影响大于侧向扩展角 的影响。侧向扩展角 只在特定吹风比下才对提高气膜的侧向覆盖率、进而提高气膜冷却效率起作用，它使得位于二次流出流下游的低压区域范围增大，流量系数减小。     

超音速射流气膜冷却效果的试验研究

以二维平板模型高速导弹头罩上的探测窗口，用电加温产生的热气流模拟导弹飞行时的气动加热，对采用气膜邓控制导弹探测窗口温度的效果及规律进行了研究。着重探讨了气膜冷却临界长度ＬＣ与气膜冷却有效度η随射流缝高Ｓ，喷射率λ及主射流夹角α等参数的变化规律，并总结出一个相关参数及一些经验公式。研究结果与国外有关文献基本一致。     

金属多层膜超晶格结构研究

用高分辨的三晶体x—射线衍射仪测量了Zr、Cu金属交替的多层膜的x—射线小角反射谱。用扩展了的Born—wolf光学模型对Zr、Cu多层膜的x—射线小角反射数据进行了定量分析。结果表明，该金属多层膜在其生长方向具有超晶格结构。在两层金属膜之间的界面上，由于内扩散，形成了界面交混层，它使x—射线小角反射所产生的高阶Bragg峰的强度减弱。由于两种金属膜的晶格不匹配，使高阶Bragg峰加宽。界面的粗糙度可用来模拟x—射线小角反射曲线的阻尼振荡效应。     

熔体混熔制备Si相增强Al-8wt．％Si合金

采用熔体混熔方法结合挤压铸造制备了Al—8wt．％Si合金。利用SEM、DSC、TEM和力学性能测试等分析手段研究了合金的组织及性能。结果显示,通过将高温的A1-30％Si合金熔体和低温的工业纯铝金属液混和,凝固形成的亚共晶成份Al.08wt．％Si合金中含有3％左右的细小初生si相。与传统熔体变质处理后制备Al．8wt．％Si合金的相比,经初生Si相增强的Al—Si合金拉伸强度达到185MPa,抗弯强度达到437MPa,分别提高15％和19％,同时延伸率增加近1倍达到6．7％。     

地球同步卫星BSR硅太阳电池阵输出功率衰减规律分析

长期受粒子辐照、紫外辐照等因素的影响,地球同步卫星的太阳电池阵输出功率会出现较为明显的衰减。这里选取某地球同步卫星使用的背表面反射(BSR)硅太阳电池阵为研究对象,采用光强因子和温度因子修正太阳电池阵的输出功率,使用局部加权回归散点平滑法(LOWESS)分析了其在设计寿命期间的输出功率衰减规律;同时基于LOWESS建立了预测模型,用于硅太阳电池阵超寿运行期间的功率预测。实测数据表明:本文构建的预测模型可以满足超寿地球同步卫星在轨管理使用需求。     

气膜孔内局部堵塞对气膜冷却特性的影响

在吹风比为0.3~1.5,堵塞比为0.1~0.5范围内,对平板上单排倾斜气膜孔内局部堵塞所引起的冷气射流流动和冷却特性变化进行了数值研究,分析了堵塞比、堵塞位置和吹风比对绝热气膜冷却效率的影响.在研究参数范围内的研究结果表明:气膜孔出口端前缘的局部堵塞有利于抑制肾形涡,对气膜孔下游的绝热气膜冷却效率有改善作用,并且随着堵塞比和吹风比的增加,对冷却效果的改善越为明显.而在气膜孔出口端尾缘或侧边的堵塞则在较大的堵塞比下削弱气膜冷却效果.相对于气膜孔出气端的局部堵塞,在气膜孔进气端和中部的堵塞对绝热气膜冷却效率的影响要微弱得多.     

肋角度对气膜冷却特性的影响

在光滑二次流通道的基础上,分析对比了两种带肋通道(135°肋和45°肋)对气膜冷却特性的影响.采用瞬态液晶测试技术获得了气膜孔下游表面传热系数比与气膜冷却效率分布.使用Fluent软件RANS数值方法对相应结构进行了数值模拟,并使用了realizable k-ε湍流模型.光滑二次流通道模型中,气膜孔内流线呈螺旋状分布,导致较大的孔内速度分离与流动损失.冷气射流分成两部分,其中一股形成一对偏斜的对转涡.135°肋结构中,二次流通道上部分的旋转涡为顺时针方向,使得气流易于流入气膜孔,气膜孔内流线呈直线分布.45°肋结构中,二次流通道上部分旋转涡为逆时针方向,增强了气膜孔内旋转涡.45°肋结构中冷气流入气膜孔之后的流动结构与光滑二次流通道结构相似.135°肋结构气膜冷却效率最大而表面传热系数比最低.     

硅微陀螺平板结构的压膜阻尼研究

压膜阻尼对硅微陀螺的精度具有重要影响。平板结构是硅微陀螺中一种典型结构,本文通过对雷诺方程的推导,得出平板在正弦规律小振幅刚性运动时的阻尼力解析式,并给出低频时阻尼系数的近似算法。利用Matlab和CoventorWare软件对运动平板的阻尼进行仿真计算,得出运动平板的阻尼系数和刚度系数,并分析平板参数对阻尼系数及刚度系数的影响。建立不同类型的带孔平板模型,通过比较可以看出,当阻尼孔按一定方式排列时,可以降低结构的阻尼。