星际航天服新型防热材料研究

本研究的对象是柔性纤维骨架的气凝胶复合材料，研究目的是开发未来月球火星航天服的防热材料。在高、低真空状态下，骨架纤维硅气凝胶复合材料（FSACF）的高柔性和良好的防热属性使之成为未来航天服最有可能使用的候选防热材料。本文首先介绍了保持热性能的情况下这些气凝胶复合材料的耐久性（机械循环测试）研究。研究显示，在25万次机械弯曲循环测试之后，其中一些气凝胶材料保持了大部分防热性能。本文也调查了将这些柔性气凝胶复合材料整合入目前航天服部件中的问题。对不同类型气凝胶航天服部件方案进行热传导性评估，以确定在月球和火星环境下，可能具有最佳总热性能的防热敷层概念。还讨论了应用这些气凝胶材料，减轻硅材料受灰尘污染问题的潜在解决方案。     

“赫尔墨斯”计划的实施情况

详细介绍欧空局“赫尔墨斯”航天飞机新方案的特点、与原方案的不同之处及新方案的实施情况.选择防热系统是“赫尔墨斯”设计者面临的最复杂的问题之一.将“赫尔墨斯”防热系统同美国航天飞机的防热系统作了比较.目前有两种防热系统方案:带外防效层的非热强结构;能耐高温的热强结构.未来航天飞机的防效结构将大量采用碳基复合材料和陶瓷复合材料.     

航天飞行器热防护系统的一体化设计

航天飞行器进入大气层时经受强烈的气动加热,需借助于热防护系统以保护其免受气动热的伤害;飞行器机翼前缘和鼻罩是最高温区,该处的温差相当大,热防护措施尤其重要。作为热防护系统一方面要抵抗强热的冲击,另一方面要最大限度地减少气动热传入结构的内壁,这就对防热系统所用材料提出不同的要求。抗热冲击要求材料质密而隔热但又要求质轻,这就是矛盾所在。随着复合材料的发展,这对矛盾可以通过利用不同材料特性把防热系统分层来解决,从而导致一体化设计的概念和方法。本文利用热传导理论对两层结构的防热系统进行一体化设计分析。     

使神号航天飞机的防热系统

法国使神号航天飞机的防热系统借鉴了美国航天飞机的经验,但又有自己的特点。本文概括介绍了使神号的气动加热与防热系统的优化设计,以及防热方案与防热材料选择的近况,并评价了各类防热方案,特别指明了陶瓷复合材料盖板+多层反射层防热系统和陶瓷复合材料热结构的优点,最后给出了使神号上可能采用的防热系统分布图。     

航空航天材料发展现状及前景

文章较系统地介绍了航空航天材料的特点、地位和作用,结合具体案例分析了铝合金、钛合金、先进复合材料等结构材料,以及以透波复合材料、吸波隐身复合材料为代表的航空功能材料和以防热耐烧蚀复合材料、梯度功能复合材料为代表的航天功能材料的性能和应用,指出航空航天材料的未来发展方向是高性能、多功能、复合化、智能化、整体化、多维化和低成本化。     

石墨/AlSi耗散防热材料喉衬烧蚀试验研究

为提高石墨的耐烧蚀性能,利用压力浸渗方法将AlSi合金渗入石墨孔隙中获得石墨/AlSi耗散防热复合材料。利用小型烧蚀实验发动机开展了不同推进剂和压强工况下石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬和C/C喉衬的对比烧蚀试验研究,总结了推进剂铝含量、燃烧室压强对相对烧蚀性能影响,并分析石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理。结果表明,石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬线烧蚀率低于相同状态下C/C材料喉衬的线烧蚀率,其中在铝质量含量5%、压强12.5 MPa工况中石墨/AlSi喉衬线烧蚀率降低92%。分析认为石墨/AlSi耗散防热复合材料的抗烧蚀机理主要为:石墨孔隙内的AlSi合金通过熔化和气化相变吸收热量,降低了石墨基体的热负载;AlSi合金的熔化后在表面形成的液态膜阻碍了燃气中氧化性成分向石墨基体中的扩散;合金气化产生的Al、Si蒸气在引射作用下注入边界层,与边界层中氧化组分发生反应,降低其中的氧化组分浓度;AlSi合金氧化后形成的Al_2O_3-SiO_2玻璃态熔融层减弱燃气对喉衬机械剥蚀作用。最终石墨/AlSi耗散防热复合材料喉衬表现出优异的抗烧蚀性能。     

航天器结构用材料应用现状与未来需求

航天器结构是所有航天器的重要组成部分和基础,影响航天器结构性能的最主要的因素是结构用材料。文章着重对航天器结构中广泛使用的复合材料、金属材料、防热材料的应用现状进行了分析,同时提出了未来发展需求。     

航天飞机防热系统材料进展

一、防热系统材料方案选择 载人航天器防热系统设计与材料问题是公认的实现载人航天的一个关键技术问题。世界各国很重视载人航天器的防热系统材料研究。特别是航天飞机要求多次重复使用(美国和前苏联是设计使用100次),而且是载人飞行,因此要求安全可靠的、耐高温的、轻质的热防护材料。 1973年美国在进行航天飞机轨道器设计时,决定采用防热和结构分开的设计方案,即除鼻锥帽和机翼前缘采用热结构外,机身、机翼的其他部位采用冷结构加防热层的方案。如蒙皮结构采用常规航空铝合金来承载,它的外面采用轻质陶瓷瓦起防热隔     

钼酚醛复合材料的性能研究

本文介绍了经改性的钼酚醛树脂与高硅氧纤维和碳纤维复合后的新型耐烧蚀复合材料,这种材料具有较好的热稳定性、热物理性能、力学性能、机械性能以及烧蚀性能,其抗冲刷能力也较强,且成型工艺简便、成本低,可作为固体火箭发动机的烧蚀防热材料.     

21世纪初中国应用卫星发展趋势

一、引言航天技术是人类探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术，是本世纪科学技术的重大成就之一，对人类发展的各个领域已经并正在起着巨大的促进作用，已经成为一个国家科学技术、国民经济和国防现代化水平的重要标志之一。特别是应用卫星，在国家经济...     

载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验

讨论了研制中国载人飞船舷窗防热和密封结构的几个技术难题:1)保证舷窗在返回的高温环境中防热与密封可靠;2)保证窗玻璃材料与周围防热材料烧蚀同步,避免出现局部干扰热流;3)进行多种异质材料,包括透明材料组成的复杂结构温度场的分析计算;4)通过地面模拟试验准确地预测实际飞行条件下舷窗的防热与密封性能。文章阐述了解决这些难点的主要方法和结果。神舟一号至神舟六号的飞行成功表明,舷窗结构的防热和密封性能良好,同时,也给舷窗防热与密封设计技术做了多次飞行验证。     

防热复合材料的烧蚀机理与模型研究

烧蚀材料在高温环境中因物理、化学和力学因素造成质量损失，影响其性能。建立相应的热化学和热力学烧蚀模型，分析其传热特性和力学性能的演化规律，建立材料的热毁损判据，是复合材料防热结构设计所面临的重要问题。本文综述了近年来文献中对炭基复合材料烧蚀机理的研究，并对几种烧蚀模型进行了评价。     

金属基复合材料工艺

金属基复合材料是适应航天技术发展的需要而发展起来的一种新材料。复合材料的显著特性是材料性能的可设计性及材料制造与构件制造的统一性。金属基复合材料是按其组分、形态可分为纤维增强、粒子增强、弥散强化、包层金属板等。其成型工艺包括液态法及固态法。中间产品预复合丝的制造方法有电镀法、化学镀、化学气相沉积与振动强化浸渗法等。预复合带的制造有胶接无纬带、喷溅带、离子喷溅带、双箔无纬带等工艺。非连续纤维增强金属的成型包括挤压铸造、机械搅拌一半固态铸造和粉末冶金等。定向凝固共晶复合材料又称自生长材料,通过控制冷凝方向可使共晶或接近共晶的合金中生长出沿冷凝方向整齐排列的纤维或片层.综上所述,金属基复合材料的成型工艺已成为航天工艺先进水平的重要标志。     

浅评美国烧蚀测量技术

烧蚀是导弹与宇航工程界引人注目并得到重视的科目,是发展新型再入飞行器所需要解决的主要技术关键。烧蚀测量是导弹或其它再入飞行器在飞行试验时防热材料烧蚀量的测量技术,是研究烧蚀理论、烧蚀材料以及防热设计过程中的一个重要实验手段。     

热防护材料烧蚀性能测试方法研究

高超声速导弹在大气层中飞行时气动加热严重,防热系统必不可少,而烧蚀型防热是目前应用最广泛的一种防热形式。现阶段利用风洞烧蚀法考核防热材料最为有效,但成本高昂、周期较长,不宜用作材料筛选阶段的考核手段。结合静态高温炉烧蚀法和等离子热流烧蚀法,设计出一种简便易行、热流条件易于调整的热防护材料烧蚀性能测试方法,并利用该方法开展了对几种热防护材料烧蚀性能的考核。实验结果表明,该方法能够模拟热防护材料在服役环境下的冲蚀行为,利用该方法可初步进行热防护材料的配方筛选和防热性能研究。     

国外先进复合材料发展及其在卫星结构中应用

本文叙述了先进复合材料在卫星结构上的应用与地位,通过对卫星结构使用材料综合分析,指出发展先进复合材料的重要性,特别指出碳/环氧复合材料将成为卫星结构中应用的主要材料。 本文还简述了我国卫星结构中应用复合材料概况,并结合我国国情对发展复合材料过程中,急需解决的问题提出一些看法和建议。     

火星探测器表面材料催化特性数值模拟研究

针对火星探测器高超声速进入过程中的表面材料催化作用及其对气动热环境影响这一问题,建立了变壁面温度的火星大气表面材料催化作用模型,并基于火星大气物理化学模型和求解三维热化学非平衡N-S方程的数值方法,对典型火星探测器防热大底进行了数值模拟,获得了不同催化特性下的高超声速非平衡流场和气动热数据,分析了表面材料催化特性对气动热环境影响的规律性。研究结果表明：表面催化特性对壁面附近组分分布影响很大,催化反应进程主要受O原子浓度限制;有限催化热流随催化效率增大而增大,完全催化峰值热流比催化效率为1的有限催化峰值热流高25%~64%;表面温度随催化特性的变化规律与热流变化规律类似。有限催化模型能根据表面材料的催化特性精细化预测表面热流和温度,为防热设计提供更精确合理的参考标准。     

灵敏材料的发展

灵敏材料已成为今天发展中的先进复合材料的一个热门种类.它的基本概念很简单,就是在复合材料各层间嵌入传感器,利用传感器提供信息,监测固化程度,预警即将发生的零件失效,或者测量零部件在使用期间的应变.采用这一概念,我们就可以得到一种自动调节的灵敏零件,例如,改变形状以改变不同机动飞行期间升力的机翼.福斯特-米勒公司是发展监测固化期复合材料的纤维光学系统的首批公司之一,一旦把这种纤维嵌入复     

用于共注射RTM工艺的环氧树脂和酚醛树脂的工艺特性

研究了用于共注射RTM工艺制备承载/隔热/防热一体化复合材料的酚醛树脂和环氧树脂的工艺特性.以苯并噁嗪为防热层的酚醛树脂基体,研究得到了满足共注射工艺条件的环氧树脂体系并确定了共注射的工艺窗口.研究结果表明,以E-44为基体树脂、以GA327改性芳胺为固化剂所构成的环氧树脂体系可作为承载层的基体树脂和苯并噁嗪树脂进行共注射,其共注射的工艺窗口温度为85～90 ℃,在此温度范围内,环氧树脂体系和低粘度保持时间大于20 min,满足了共注射RTM成型一体化复合材料的基本工艺要求.     

防热大底外形对火星探测器气动特性的影响分析

采用基于等效比热比的数值模拟方法,研究球锥和球头两种类型的火星进入探测器防热大底形状。对于每种外形分析关键几何参数对探测器基本气动性能的影响,并比较两类防热大底形状气动特性的差异。与球头形状的防热大底布局相比,球锥形状的防热大底布局一般阻力更大,对流加热量也更大,气动稳定性裕度更小。研究结果表明,从气动性能的角度来讲,70°半锥角的球锥防热大底布局对于火星进入探测器的设计而言并非最优的选择,适当设计的球头防热大底布局能够具有更好的性能。