神舟飞船生长GaMnSb材料过程及性能分析

利用神舟3号飞船（SZ-3）上的多样品空间晶体炉制备出GaMnSb材料.所设计的石英安瓿使用氧化铝棉毡和特殊设计制造的氮化硼坩锅进行减震,经受住了严峻的力学环境的考验,完成了材料的空间生长实验,达到了空间生长材料的初步要求.对空间生长的GaMnSb晶体进行了X射线能谱分析和X射线衍射分析,发现空间生长的GaMnSb是多晶结构.对未获得GaMnSb单晶的原因进行了分析,发现空间晶体炉温度的波动和提供能量的不足是导致生成GaMnSb多晶结构的主要原因.由于在晶体生长的初始阶段晶体炉提供的能量不足,使GaSb单晶部分未能熔化,从而导致GaMnSb材料的生长在没有籽晶的情况下进行.     

航天之窗

我国近几年多次运用卫星搭载空间晶体炉在微重力条件下获得用于卫星通讯、微波通讯的优质砷化镓单晶。我国的空间晶体炉,具有功耗低、效率高、炉膛温度高的特点,以很低的成本获得了世界第一块空间生长的砷化镓。科学家还利用空间晶体悬浮重熔生长炉,首次在空间生长出半绝缘体砷化镓单晶。最近搭载的空间大直径晶体功率移动生长炉获得了世界上首次公开报道     

在空间微重力下生长碲镉汞晶体

本文叙述了我国首次在空间微重力下进行的碲镉汞(MCT)晶体生长试验及一些观测结果。生长是从熔体进行的。在空间90min的加热时间内,将MCT多晶试样熔化,然后随炉冷却,最后在地面上再结晶。于是,生长出约3cm长的晶体,其表面光滑.结构致密,无孔洞,由1～3个大晶粒组成,其中单晶占74%。X射线能量色散分析(EDS)表明,其径向组分均匀性优于±0.02,其中约1cm长的一段晶体的径向组分均匀性优于±0.01。电学特性与地面上生长的样品基本相同。     

钇、钡、铜氧化物超导体在微重力条件下的热处理试验研究

论述利用我国返回式卫星,在其搭载的晶体加工炉中,首次完成的钇、钡、铜氧化物超导体样品的空间热处理试验。     

空间材料实验炉的模拟热分析与地面试验分析

空间材料实验炉的温度分布对空间材料制备至关重要.通过对用于天宫二号空间实验室材料实验炉的物理模型进行合理简化,建立了三维传热数值计算模型,测量了实验炉材料的热物性参数,并根据地面试验工况进行模拟热分析计算,其结果能够很好地与地面试验结果吻合.采用模拟计算的方法分析样品物性参数对炉膛和样品中温度分布的影响,对实验炉的隔热部件进行优化设计,进而对炉体外表面温度进行了预测.数值仿真计算弥补了实验中测温点不足的问题,有助于进一步了解样品的温度分布,同时为实验炉隔热优化设计和安全运行提供了依据.     

温场可编程控制的小型空间晶体炉设计与测试

详细介绍了一台温场可编程控制的小型空间晶体炉。其工作原理是,在计算机控制下,炉膛温场发生有序地变化,完成晶体生长过程。由于没有机械运动部件,从而彻底消除了机械振动对微重力环境的干扰。此炉是为返回式卫星搭载试验而设计,配备以Ｉｎｔｅｌ８０ｃ３１为核心的计算机温度控制及数据采集系统。该系统采用数字ＰＩＤ方式独立调节加热器中７个结构相同的加热单元的温度,可以编程实现多种温场变化模式。     

空间环境对InSb晶体生长的影响

为了研究太空微重力环境对InSb 晶体生长的影响,在空间进行了InSb 晶体的重熔和再结晶实验。实验结果表明,空间可以生长出结构较完整、组份均匀的高质量单晶。另外还证明了利用多用途单晶生长炉内一侧余热进行单晶生长的可行性。     

天宫二号碲化锌晶体生长

在天宫二号飞船综合材料实验炉六工位采用碲熔剂法生长了碲化锌晶体,生长时最高温度为800℃,以0.5mm·h^-1的提拉速度向炉膛内部提拉生长晶体.飞行实验后,用相同实验参数在地面进行了对比实验.结果发现,空间样品尾部有一个非常大的橙色结晶区域（约10mm×6mm×2mm）,而地面生长样品中碲化锌晶体尺寸仅为约3mm×3mm×1mm,空间生长的碲化锌晶粒尺寸明显优于地面.空间微重力环境下,由于毛细作用,空间样品的塞子处有Te和ZnTe的外延膜生成.而地面生长的锭条在塞子处只有零星点状气相生产物.因此微重力条件有利于碲化锌晶体材料的生长.     

基于WDPR-8支撑与弯刀尾支撑的风洞对比试验研究

对国内近年设计的具有典型先进战斗机布局的动态试验标模，采用8绳牵引的绳牵引并联机器人（WDPR-8）支撑和传统弯刀尾支撑在FL-5风洞中进行对比吹风试验。根据风洞试验环境及仿真计算系统的刚度与工作空间，设计了满足要求的WDPR-8绳系结构和支撑机构，并建造了样机；在阻塞比及两心距足够小的前提下，保证了模型在两支撑系统中的通用性，以此设计内置六分量杆式天平的试验模型；利用绳拉力信号并联WDPR-8视觉采集系统与风洞VSS采集系统，实现气动力、机器视觉和绳拉力3个采集系统同步工作；在除支撑系统以外其他试验条件保持一致的条件下，进行重复性试验、纵向试验和横向试验。数据处理时，弯刀尾支撑进行了尾支架修正，WDPR-8支撑未修正。比较对照试验结果可得:两者在纵向试验的重复性试验所得升力系数最大均方差差别很小，2种支撑得到的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数的最大均方差不超过3.6%；横向试验在试验攻角范围内，2种支撑得到的侧向力系数对侧滑角的导数变化规律基本相同。用WDPR-8支撑进行的单自由度俯仰振荡试验得到的升力系数迟滞环曲线各环首尾连续，与静态升力系数曲线走势一致，且非定常迟滞环面积随减缩频率增大而增大，符合物理意义。试验研究结果反映出WDPR-8支撑的可行性及结果的有效性。      

空间站材料科学加工试验炉的选择

对国际空间站上各国准备选用的材料科学试验加工炉进行了介绍. 主要呈现以下特点: 高度集成化的材料制备、测试、分析和处理等综合实验能力; 更高的精度、稳定性以及更长的使用寿命; 模块化、标准化和组合式; 应用遥科学实验技术. 从1998 年开始, 为适应未来中国空间站试验的需求, 发展了几类遥科学的空间加工炉及在长时间无人条件下由机器人照料的任意次更换样品的遥操作原型炉. 提出在中国载人航天工程第三步, 即空间站阶段的前期关键技术预研中, 设计和研发功能专业化, 结构模块化和接口标准化的典型功能实验单元, 通过技术集成可以在短时间内高效可靠地完成空间实验设备的配置、集成化和空间应用.     

空间晶体生长炉综合控制方法

空间晶体生长炉控制对象复杂, 具有纯滞后、强耦合、非线性等不利于控制的特性. 为实现炉温的精确控制, 提出了一个空间晶体生长炉综合控制方法并通过软件来实现. 将相关系数法和增广递推最小二乘法相结合, 辨识系统模型, 使用Hooke-Jeeves模式搜索法进行PID参数的自整定, 采用PID加前馈控制的算法对系统进行仿真, 使用同样的算法和控制参数对空间晶体生长炉进行实时控制, 并在控制的过程中实时调整控制参数, 以达到最佳的控制结果. 实验结果表明, 当三个温区的温度均达到700ºC时, 温度稳定度小于±0.3ºC, 满足系统设计要求. 同时介绍了实现综合控制软件的基本原理、功能、特点及在实际中的应用. 实际工程的应用结果表明, 该软件可满足空间晶体生长炉对控制系统的要求.     

我国首次空间微重力下的材料加工试验

1987年8月5日至10日,我国首次利用返回卫星进行了空间微重力下的材料加工实验。本次试验共有12个项目,其中砷化镓单晶生长达到国际先进水平,Y-Ba-Cu高温超导材料试验则为世界首次,HgCdTe红外材料,Insb半导体材料和难混合全都取得了地面不能得到的结果。这次试验的多用途加工炉吸收了国外空间加工技术的特点,构思巧妙、效果明显.一炉多用开创空间搭载的新路子。     

抗振晶体振荡器的仿真设计CSCD

本文介绍了利用仿真软件进行抗振晶体振荡器设计的方法,通过建立晶体振荡器结构仿真模型,对其力学特性进行深入细致的分析,并在此基础上对比分析减振材料的剪切模量和被减振物质量对晶体振荡器抗振性能的影响,优化晶体振荡器减振结构。然后,根据仿真设计制做了抗振晶体振荡器,并进行了随机振动试验。结果表明,试验现象与仿真结果基本一致,验证了仿真分析的有效性,且振动下晶体振荡器相位噪声达到-145d Bc/Hz@1k Hz,极大地提高了晶体振荡器的抗振性能。     

质子交换炉温度场均匀性分析与优化

针对质子交换炉的温度场均匀性问题,结合质子交换炉的结构特点,基于FLUENT用户自定义函数（UDF）开发了质子交换炉炉温控制算法,并在此基础上提出了多种加热控温方案;利用FLUENT软件对不同方案下的质子交换炉温度场进行仿真,分析不同控温方式下炉内温度场均匀性与传感器位置布置、加热丝布置高度的关系,找到最佳方案。结果表明:采用三段控温、3个传感器位置分别布置在3段加热丝中间、加热丝布置高度4倍于均匀温区长度时炉内温度场均匀性最好,均匀温区内最大偏差为0.03℃;对于既定结构的立式炉体,增加加热丝布置高度、优化设计传感器布置方案和炉体控温方式可以提高温度场均匀性。该方法为同类电加热炉温度场均匀性的优化设计提供了思路。      

匀速升降温激励法温度传感器校准技术研究

为了对温度传感器进行便捷、快速、高效的温度校准,介绍了一种新的温度传感器校准技术,基于该校准技术方法设计了校准炉体,利用数值热分析优化了校准炉体的结构,并分析了校准炉体产生的不确定度分量对校准结果的影响。研究结果满足当前温度传感器校准需求。匀速升降温激励法快速校准技术在测量方法上具有新颖性和创新性,这项技术的成熟和实用普及为温度计量提供全新、高效地校准方法和技术途径。