空间尘粒静电除尘模块设计与试验验证

针对航天员在轨出舱活动归舱时可能将空间环境中的污染物携带进入空间站内的风险,研究通过等离子体环境对空间尘粒荷电,并对被荷电尘粒进行静电场集尘（electrostatic field precipitation, EFP）。首先分析空间尘粒的静电荷电与静电吸附机理,进行前端尘粒荷电计算;然后引入多依奇（Deutsch）捕集效率模型,以影响EFP模块捕集效率的关键参数——风速、结构参数和激励电压为对象进行仿真研究,确定了EFP模块的参数设计;最后对按照设计参数加工的EFP模块进行试验验证,结果表明该模块的尘粒捕集效率可达85%以上,满足了对空间尘粒亚高效过滤清除的需求,可为空间尘粒清除装置的进一步开发提供参考。     

滤饼生长模拟及其分形特性

基于受限扩散凝聚模型(DLA),建立纤维过滤介质表面二维滤饼的生长模型。模拟中考虑了颗粒粒径分布对滤饼孔隙结构的影响。模拟结果表明,多分散颗粒形成滤饼的孔隙率小于单分散颗粒滤饼的孔隙率;由多分散颗粒形成滤饼的无因次厚度与无因次沉积颗粒数的关系仍满足线性,且σ越大滤饼的厚度随沉积颗粒数增加越快。应用分形理论对滤饼的形态结构作定量分析。结果指出,二维滤饼的分形维数与Pe数呈递增关系,纯扩散条件下形成滤饼的分形维数D=1.8400.024,纯惯性条件下形成滤饼的分形维数D=1.9950.005。     

粉尘颗粒在纤维介质表面沉积形成滤饼的计算机模拟

基于DLA模型,建立粉尘颗粒在纤维介质表面沉积形成滤饼的模拟模型.模拟中考虑了颗粒运动方式对滤饼孔隙率的影响.模拟结果表明,滤饼的形态结构与Pe数密切相关,Pe数越小,滤饼结构越松散、沉积颗粒的空间分布越不均匀.颗粒作惯性运动形成滤饼的孔隙率为0.720±0.024,不同Pe数下,滤饼厚度与沉积颗粒数均呈线性关系.     

吸气式电推进中的气体捕集系统的设计分析

针对吸气式电推进系统中的气体捕集系统,提出了一种能够准确计算气体捕集率的理论模型,并以此为基础开展了气体捕集系统的优化设计.首先,通过分析几类代表性气体捕集系统的捕集特点,提取了影响气体捕集率的关键参数.然后,通过分析进气道内气体分子的微观行为,推导得到了气体捕集率的理论公式,获得了无量纲管长、末端净透射率等关键参数对...     

纤维织物超高速碰撞热-力学模型与分析

考虑纤维织物碰撞过程中的生热、应变率强化及高温软化效应,引入Johnson-Cook模型及Gruneisen状态方程,建立纤维本构模型,基于FEM-SPH耦合算法,考虑纤维织物的纱线编织结构,建立了纤维织物超高速碰撞热-力学单胞模型.该模型可给出纤维织物超高速碰撞过程中的侵彻、破碎、应力、应变等力学信息,及纤维织物的生...     

一体化包覆药柱缠绕应力的数值计算

固体火箭推进剂应用广泛,基于一体化包覆纤维缠绕工艺,对药柱缠绕过程进行数值模拟应力计算.利用ABAQUS建立有限元模型进行数值计算,对药柱各节点应力进行分析.基于实际工况列出预紧力、药柱位移速度、药柱旋转速度、纤维带宽四个工艺参数,对缠绕过程进行动态仿真模拟,同时通过静态模拟多层缠绕工况.计算结果表明,单圈缠绕结束后药...     

数值模拟侧向超声速单喷流干扰流场特性

采用数值方法研究了平板上超/高超声速来流与超声速横向喷流相撞引起的复杂干扰流场特性。所建立的单介质冷喷流数值模拟方法,经过了表面多方位压力分布测量结果、纹影显示的激波结构以及表面油流图谱表现的表面分离范围的实验验证。根据数值模拟与实验对比的结果,合理地描述了喷流干扰流场压力分布以及表面、空间结构特性,并分析了压力比对流场结构和特性的影响。     

航天服材料的静电吸附效应地面试验研究

航天员在轨出舱作业时,其穿戴的航天服面临空间尘粒污染的静电吸附增强效应问题,空间尘粒污染会对航天员的健康及仪器设备的安全稳定运行造成威胁。文章分析了空间站–航天服静电起电模型,研究了污染物粒子带电机理及带电尘粒在电场作用下的静电吸附过程;在此基础上搭建空间站–航天服电场的静电吸附效应地面模拟装置,并开展了4种航天服表面典型材料对空间中尘埃粒子的静电吸附效应试验验证。通过对试验结果的分析,提出后续应在航天员出舱活动中设计静电消除装置、处理航天服主体材料表面保持航天服洁净等建议。     

大气环境电子束材料表面强化机理数值模拟

建立了大气环境电子束材料表面强化过程的多阶段数值模型,用于对电子束与材料表面层的相互作用过程和结构与相变过程进行研究。通过应用这一模型,使得对材料表面强化中电子束传输、温度演化和相变动力学等多参数研究成为可能,由此建立了电子束输入参数与结构相变结果之间的关系。     

PBO/SWNT复合纤维的合成与性能

利用原位聚合法成功制备了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)/单壁碳纳米管(SWNT)复合物,并用干喷湿纺法对聚合物进行了纺制.SWNT采用强氧化性酸处理,形成羧基化的单壁碳纳米管(SWNT-COOH).用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、强度测定、热重分析等分别对SWNT、PBO/SWNT复合纤维进行了表征.研究表明,碳纳米管经过酸处理后,表面含有较多的羟基和羧基官能团.PBO/SWNT复合纤维保持了PBO纤维的优异耐高温性能,纤维拉伸强度与同条件下PBO纤维相比提高了50%.