碳酚醛-铝板中二维X射线热击波数值模拟

文章利用平面应变正交各向异性材料率相关性的弹塑性本构模型和各向同性材料理想弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照碳酚醛-铝板时诱导的热击波进行数值模拟,讨论了热击波的传播规律。结果表明,在1 keV的 X射线辐照下,X射线穿透极浅,材料表面发生气化现象,应力峰值较大;在3 keV的X射线辐照下,X射线穿透较深,热击波呈现双波结构,材料的层裂更明显。     

电子束辐照下铝合金靶中热击波传播规律研究

文章研究了电子束辐照下铝合金靶中热击波的传播与衰减规律。首先给出了基于半径回归法的铝合金本构模型,并给出了将其应用于数值模拟的计算流程。然后,利用该模型以及自主编写的计算软件DRAM1D,模拟了脉冲电子束辐照铝合金的热击波效应。将计算结果与采用理想弹塑性本构模型得到的结果以及实验结果进行了比较,结果表明,相比于理想弹塑性本构模型,基于半径回归法的铝合金本构模型所得到的热击波衰减相对较快,与电子束辐照铝合金的实验结果符合较好,更适合于描述铝合金靶材中的热击波传播。     

SiCp/Al复合材料的Fe11+离子辐照实验研究

为了解辐照对航天电子元器件封装基板复合材料SiC_p/Al的影响,利用3 MeV Fe11+束流进行了不同注量下的辐照实验。辐照完成后,利用X射线衍射（XRD）仪和纳米压痕仪对材料进行表征分析。XRD分析表明,Fe11+离子入射后材料辐照层应力发生了变化。结合对应的理论模型,对铝基体的位错密度进行计算,发现辐照后铝基体的位错密度增加,SiC颗粒产生非晶化。纳米压痕测试表明,随着离子注量增加,材料辐照硬化程度增加。综上,辐照硬化可能是由于铝合金基体的应力变化导致产生局部高密度位错区,而这些区域阻碍了后续位错的运动,进而导致位错聚集,最终使得材料硬度增加。     

等离子体鞘层加速模拟质子辐照连续谱 数值仿真研究

质子辐照是导致空间飞行器热控涂层性能衰退的重要原因。目前地面多采用单一能量的粒子替代空间能量连续分布的粒子来开展质子辐照模拟试验。文章提出了在一个脉冲宽度内获得连续能量质子谱的方法,即脉冲偏压等离子体鞘层加速方法。文章利用细胞粒子（particle-in-cell,PIC）模型对在3种脉冲偏压三角波作用下等离子体鞘层加速质子以获得连续能量质子谱的动力学过程进行了数值仿真研究,分析了3种脉冲三角波形对鞘层扩展、离子加速及能量分布的影响。结果表明,电势空间分布和离子运动状态紧密联系,鞘层内离子密度变化受到脉冲波形和离子热扩散运动的综合影响,通过调整脉冲偏压三角波形,能够获得不同的能量-剂量分布,从而为下一步工作打下基础。     

强激光辐照引起的气化反冲与冲击波传播

材料在强脉冲激光辐照下,表面将出现气化反冲,从而在内部形成冲击波。文章介绍了确定靶面压力的常用定标关系,计算了铝靶和涤纶靶在激光辐照下的表面压力和冲量耦合系数;文中还对激光冲击波的传播进行了数值模拟,得到了激光冲击波的传播图像及其与激光脉宽的关系。     

空间电子辐照下星用热缩套管力学性能退化试验研究

为掌握星用热缩套管的力学性能在空间带电粒子辐射环境中的退化情况,分别利用1 Me V高能电子和45 ke V低能电子模拟地球同步轨道带电粒子辐射环境,研究热缩套管在这2种不同能量电子辐照下断裂伸长率和抗拉强度性能退化情况。试验结果表明,辐照后热缩套管颜色由透明变为黄色,力学性能均出现显著退化现象,且高能电子辐照后退化较低能电子辐照后更为严重。文章通过能量沉积分析、辐解气体分析、表面形貌分析和X射线光电子能谱分析等多种手段,对试验结果做出了合理解释。本研究对开展结构材料力学性能退化地面模拟试验中的能量粒子选择有指导意义。     

空间辐射对增韧环氧石墨复合材料尺寸稳定性的影响

本文讨论了模拟空间辐射环境对用弹性体增韧环氧石墨复合材料尺寸稳定性的影响。描述了该材料受辐照后(剂量相当于在地球同步轨道上6个月到30年受到的辐照剂量)的响应特性。其结果显示,辐照与环氧基体的相互作用使得复合材料在相当低的总剂量(10~7rads)下即发生脆化。在热交变期间,材料脆化导致热膨胀性能的变化并产生大量的层合板微裂纹。这些性能的变化,限制了这些材料在某些空间飞行器上的使用寿命。     

聚酰亚胺薄膜在γ射线辐照下的力学性能退化研究

聚酰亚胺(PI)薄膜在空间高能粒子辐射环境下会发生力学性能退化。文章利用钴源辐照试验装置和热重分析、XPS分析等对均苯型PI薄膜在γ射线辐照下的力学性能退化及其规律进行研究,发现在γ射线辐照下,PI薄膜有明显的总剂量效应和剂量率效应。     

一种等离子体鞘层加速的质子辐照新方法

文章提出一种利用等离子体鞘层加速模拟质子辐照的新方法。在真空室中通过射频-电感耦合的方法产生氢等离子体,将脉冲负高压施加在热控涂层样品上,利用氢等离子体鞘层加速技术实现样品的质子辐照,并研究了质子辐照对聚酰亚胺（Kapton）薄膜光学透过率、表面形貌以及表层化学结构的影响。结果表明:质子辐照后,样品的透过率下降,脉冲电压值越高和辐照时间越长,则透过率下降越多;AFM结果显示,样品表面“手指状”突起随着脉冲电压的增加呈现先增加后变化较小的趋势;XPS分析表明,辐照后样品的化学结构发生了变化,包括C—N键、C—O键以及C＝O键的断裂,以及一些新键的形成。     

深空条件下航天器内的辐射环境研究

深空存在具有各种能量分布的粒子,这些能量分布范围很宽的粒子构成了深空环境下航天器外部的空间辐射环境。深空条件下的高能粒子会穿透航天器舱壁材料,通过射线与物质材料的相互作用,在航天器内产生二次粒子,形成由初级粒子、次级粒子叠加的混合辐射场的辐射环境。文章分析研究了高能α粒子及Fe离子在屏蔽材料中的输运过程,得到了在这些介质中的射程与能量关系及产生的二次粒子产额,为控制航天器内的辐射环境提供支撑。     

带电粒子在材料中的剂量深度分布计算

航天器在轨道运行期间,会受到各种带电粒子的作用,其能量沉积在表面材料中,对表面材料的性能有较大的损伤。文章介绍了剂量深度计算程序,利用SRIM及ITS软件的计算结果,计算出了带电粒子在材料中的剂量深度分布,并对空间轨道实际环境下材料中的剂量深度分布进行了计算。利用这一程序,在“东四”热控涂层试验中进行了剂量深度分布拟合,计算了多种能量电子拟合试验下荆量深度分布与空间实际环境的比较,得出了相关的试验参数。     

On the evolution of weak discontinuities in radiative magnetogasdynamics

A method of wavefront analysis is used to analyze the formation of shock waves in a two-dimensional steady supersonic flow past plane and axisymmetric bodies in radiative magnetogasdynamics. The gas is assumed to be perfectly conducting and to be permeated by a magnetic field orthogonal to the trajectories of the gas particles. The medium is taken to be sufficiently hot for the effects of thermal radiation to be significant, which is treated by the optically thin approximation to the radiative transfer equation. Transport equations, which lead to the determination of the distance at which the first characteristic could intersect with a successive one and also to conditions, which insure that no shock will ever evolve on the wave front, are derived. The effect of upstream flow Mach number and the magnetic field strength on the behavior of the wavefront are examined.     

Growth and decay of weak discontinuities in radiative gasdynamics

Growth and decay properties of weak discontinuities headed by wave fronts of arbitrary shape in three dimensions are investigated in a thermally radiating inviscid gas flow. The effects of radiative transfer are treated by the use of a general differential approximation for a grey gas of arbitrary opacity including effects of radiative flux, pressure and energy density. The transport equations representing the rate of change of discontinuities in the normal derivatives of the flow variables are obtained, and it is found that the nonlinearity in the governing equations does not contribute anything to the radiation induced waves. In contrast to the radiation induced waves, the nonlinearity in the governing equations plays an important role in the interplay of damping and steepening tendencies of a modified gasdynamic wave. An explicit criterion for the growth and decay of a modified gasdynamic wave along bicharacteristics curve in the characteristic manifold of the governing differential equations is given and the special reference is made of diverging and converging waves. It is shown that there is a special case of a compressive converging wave for which the stabilizing influences of thermal radiation and the wave front curvature are not strong enough to overcome the tendency of the wave to grow into a shock.     

高超飞行器表面热效应地面模拟实验研究

文章深入分析高超飞行器与临近空间大气相互作用的基本物理过程,激波加热及粒子碰撞产生等离子体的物理机制,并利用磁热屏蔽效应在高超飞行器模拟器与高速定向流间建立磁化等离子体鞘层,大幅降低中性激波气体向飞行器的能流传递,从而为高超飞行器提供有效的热防护作用。通过两次比对实验验证了磁热屏蔽效应的有效性及工程实施的可行性,为今后研制高韧性、超轻质、可重复使用热防护复合材料提供了实验数据,奠定了技术基础。实验中利用层流等离子体源作为高能流密度热源是热防护实验装备上的创新,层流等离子体源能流截面大、能流密度高,可以针对高超飞行器表面热效应进行全尺寸的模拟实验。     

耐高温气凝胶隔热材料研究进展

气凝胶是一种由胶粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的固体纳米材料,具有超低密度、低热导、高比表面积和高孔隙率等优异性能。气凝胶材料的孔隙率在90%以上,且气凝胶材料内部的介孔结构使得气凝胶具有极佳的隔热性能。同时,气凝胶材料的低热导率和高耐温性可以让其在高温下仍能保持良好的三维纳米网络结构,不会发生高温烧结现象。因此,气凝胶材料在轻质耐高温防隔热材料领域得到了广泛关注。本文重点介绍了耐高温气凝胶隔热防护材料耐温性能研究及发展现状,且对耐高温气凝胶隔热防护材料的发展进行了展望。     

光子晶体热控结构防护性能研究

光子晶体在红外波段同时具有高反射率和高辐射率,可作为高超声速飞行器的防热材料。文章利用FLUENT软件和辐射模型中的离散坐标算法对有/无光子晶体防热层结构进行了气动加热数值模拟计算,得到了在不同热流密度条件下基体的温度分布;通过计算结果的对比发现,采用光子晶体防热层结构使基体温度下降约360～515 K,具有良好的热控性能。光子晶体是一种具有广阔应用前景的热防护材料,作为高超声速飞行器的防热层结构的可行性与有效性还有待深入研究。     

大型航天器再入陨落时太阳翼气动力/热模拟分析

采用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法对大型航天器离轨再入陨落过程中,其太阳翼帆板在稀薄过渡流域的气动力、气动热特性进行数值模拟,计算中采用流场直角与表面三角形非结构混合网格以及网格自适应技术处理这类复杂外形的流动模拟,考虑内能激发和化学反应来准确模拟气动加热,并基于MPI环境的并行算法解决计算量庞大的难题。通过计算分析太阳翼水平和垂直放置时在不同高度、不同攻角下的复杂流动特征,表明在90km以上高空,太阳翼垂直放置时,飞行器头部脱体激波与帆板脱体激波会产生更强烈、更复杂的激波/激波和激波/边界层的干扰,在气动力和气动热的双重作用下要比水平放置时的太阳翼更快地被撕裂并脱离目标航天器。