国外微放电设计与测试标准研究进展

微放电是航天器大功率微波部件不可避免的问题,为了满足航天器有效载荷发展任务需求,近年来航天器微波部件制造工艺、技术水平都得到大幅度提升,相应的验证测试也变得更为细致严谨,美国政府及航天工业联合建立了微放电检测标准,欧洲空间标准化组织修订其微放电检测标准,我国也建立了相关微放电检测标准。文章介绍了国外微放电设计与测试标准研究进展,主要介绍了与我国检测标准不同的部分,包括美国微放电检测标准中的最低微放电准则、微波部件分类及分析方法,欧洲微放电检测标准中的微波部件分类与微放电考核方法、多载波微放电测试方法,以期为国内微放电检测研究提供参考。     

小鹰-500飞机疲劳试验载荷谱的编制方法

针对小鹰500飞机的设计和使用特点，选用了FAA推荐的通用飞机实测载荷谱数据，按照民机的TWIST编谱原则编制出用重心过载表示的“飞-续-飞”随机疲劳试验载荷谱，用于小鹰-500飞机机翼疲劳试验，并参照国外文献中有关尾翼载荷谱的保守处理方法，采用了从重心载荷谱计算出配套平衡的平尾机动载荷，将其幅值放大1.2倍和频次放大3倍的做法，编制出了平尾疲劳试验载荷谱。     

基于修正差分进化算法确定周期内多载波微放电等效功率

微放电是空间微波部件设计所必须考虑的失效效应之一,随着空间宽带多载波模式的广泛采用,多载波条件下微波部件微放电问题引起广泛关注。针对周期内多载波微放电等效功率计算所采用传统经验公式的不足,提出了一种基于修正差分进化算法的确定周期内多载波微放电等效功率的全局优化方法。该方法通过对多载波合成信号功率特性进行分析,推导获得了 20个电子渡越时间内信号能量的表达式,采用二次插值法进行局部搜索,采用修正差分进化算法进行全局优化,从而高效、准确获得全局最优解。以幅度相等、频率间隔相等的多载波信号为例,进行了等效功率的确定,与经验公式的预测结果相当,验证了所提出方法的有效性;同时,对幅度不同、频率间隔不等的多载波信号进行了处理,获得了能够指导微波部件微放电设计的最坏状态及其等效功率。所提出方法不仅适用于幅度不同、频率间隔不等的多载波信号情况,并且能够提供微放电最坏状态时的相位分布,为多载波微放电实验验证提供相位输入。所提出方法相比传统的基于经验公式的方法具有明显优势,为空间宽带多载波工作微波部件微放电设计提供有效依据,在卫星转发器多载波微放电分析及设计中具有价值。     

机身典型蒙皮纵向对接结构广布损伤剩余强度试验研究

针对民机机身典型蒙皮对接结构，进行了广布损伤剩余强度试验，通过该试验为广布损伤剩余强度准则的确定提供试验依据。     

微放电效应研究进展

微放电效应是空间大功率微波部件的特殊效应之一。文章简要介绍了微放电效应的概念,重点阐述了微放电效应在理论分析及数值模拟、多载波微放电、抑制方法和实验测试等4个方面的研究进展,最后指出了微放电未来发展的趋势。     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高,高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势,特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求,对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析,在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明,激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征,其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低,性能分散性小,综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比,激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%,结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂,其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

大功率微波部件多载波无源互调分析与实验验证

无源互调是通信系统不可避免的问题，随着卫星载荷技术向更高功率、宽频段、高灵敏度接收方向发展，无源互调对通信系统造成的影响更加严重。常用的双载波分析评价无源互调已经不能适用于现代复杂载荷通信系统，提出确定多载波无源互调分布类型分析与计算方法，采用非线性模型计算多载波无源互调功率电平。通过对TNC双阴连接器的分析计算可得到接收频带内产生3个互调频率点，对比非线性模型计算的互调功率电平与多载波实验测量的互调功率电平，3个互调频率点最大误差小于5dB。分析方法有助于大功率微波部件多载波无源互调分析，可为多载波无源互调测量提供参考和依据。     

广布损伤的试验研究与有限元分析

 通过对无钉载3排平行孔平板和无钉载3排交错孔平板从无裂纹开始的疲劳试验,发现应力大小对是否出现广布损伤(MSD)有重要影响,首裂孔和断裂排位不总是一一对应。在试验中观察到了MSD的竞争现象,证实了群发小裂纹也是MSD中一种重要的破坏形式。采用FRANC2D/L建立了对生裂纹、非对生裂纹和单裂纹3种开裂模式的有限元模型。计算结果表明:短裂纹扩展过程中,裂纹间干涉效应不明显,3种模式的应力强度因子增长趋势相近;而对于长裂纹,试验和有限元计算都证明了裂纹间的干涉显著地加快了裂纹的扩展。     

空间微波部件内二次电子累积及其与传输特性的关系

针对微放电过程中的电子累积效应,探索二次电子累积对微波部件传输特性的影响,提出二次电子累积“等效介质”的理论模型,通过将电子累积等效为“特殊介质”,从介质的角度探索电子累积对传输特性的影响,推导得到不同电子累积密度所形成不同“等效介质”的相对介电常数。仿真和计算结果表明,微放电过程中,电子累积密度从0增长至10¹⁶/m³数量级时,传输特性基本不发生变化; 但是当电子累积密度达到10¹⁷/m³数量级时,阻抗变换器的通带内回波损耗恶化了15dB;随着电子累积密度继续增大,“等效介质”对电磁波的反射迅速增强,微波部件的传输特性急剧恶化;在电子累积密度达到4×10¹⁷/m³时,电磁波在阻抗变换器中的传输处于完全截止状态。为了进一步探讨导致传输特性恶化的深层原因,发现在电子累积密度达到4×10¹⁷/m³时,在2.5~5GHz的频率范围内,电子累积形成“等效介质”的相对介电常数呈现为负值,电磁波传输截止,“等效介质”表现出单负介电常数超材料的特性,即导致阻抗变换器传输特性恶化的原因是单负介质材料的形成。研究有益于更深入地认识微放电形成过程中的深层物理机理及其对宏观电性能的影响,为寻求更加有效的抑制方法提供理论依据。     

真空温变环境下大功率测试系统的功率标校研究

真空环境下的大功率试验验证对空间大功率微波器件的安全稳定运行至关重要。文章针对大功率试验中的功率标校问题，从真空罐外的常压链路和真空罐内的真空链路两部分，分别分析了大功率热效应和温度变化对功率检测标校值的影响，并以2GHz同轴系统为例进行了试验研究。研究表明：常压链路加载大功率信号30分钟内，其标校值偏差为0.12dB~0.15dB；在-40℃~ 110℃温度范围内，真空链路标校值偏差为0.13dB。这两部分偏差会导致微波器件的功率加载不充分。文章得出的结论将为真空温变环境下的大功率试验提供重要参考。