星座与人生

这一期我们来谈一谈宝瓶座(水瓶座)。宝瓶座位于摩羯座的东北方,是一小串丫字型宽阔的、模糊不清的星座,必须在无光害的地方才能看得到。在这个星座中,诞生了无数科学家,我们今天只挑几位来和大家见面。     

国外深空探测推进技术发展及启示

推进系统为探测器的飞行提供所需的控制力和控制力矩,一定程度上决定了探测器的规模、最远飞行距离,乃至任务的成败,是探测器的重要分系统之一。为满足不同的深空探测任务需求,国外发展了多种形式的推进技术,但总体上仍以化学推进为主,部分采用了电推进系统,并在发展高性能低温推进技术等。对国外典型探测器推进系统进行了叙述,分析了其技术特点和发展趋势,并分别针对无人探测和载人探测应用探讨了对我国开展深空探测推进技术研究的启示。     

树脂传递模塑(RTM)工艺树脂微观流动行为数值分析

根据树脂在纤维预制体内部的流动特点,在Darcy定律基础上建立了RTM工艺树脂微观浸润过程数学模型,并对浸润过程进行了数值模拟。借助无量纲分析,研究了RTM工艺微观浸润过程的影响因素。结果表明,随着浸润过程的进行,纤维束内压力逐渐降低;降低树脂粘度和纤维含量,能够提高纤维预制体的浸润速度。浸润过程实验证实了RTM工艺数值模拟的有效性。     

不同截面炭纤维表面特性及其对复合材料界面粘接性能的影响

使用SEM、AFM、比表面积与孔体积测试分析仪(BET)和XPS对国产腰形截面炭纤维、圆形截面高强炭纤维和国外圆形截面T300炭纤维表面特性进行物理与化学表征与分析,并对炭纤维/环氧复合材料界面粘接性能进行了研究。表面形貌分析表明,腰形截面炭纤维比表面积大于圆形截面炭纤维,但其表面沟槽较圆形截面炭纤维浅。XPS分析表明,腰形截面炭纤维的表面活性略高于国产圆形截面炭纤维,但明显低于T300;界面剪切强度与层间剪切强度测试结果表明,腰形截面炭纤维/环氧复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均接近于T300/环氧复合材料,高于国产圆形截面炭纤维/环氧复合材料。     

溶胶-凝胶Al2O3涂层石英纤维增强甲基硅树脂基复合材料的制备

采用溶胶-凝胶法在石英纤维的表面涂敷Al2O3涂层,用AFM对涂敷后纤维的表面形貌进行了研究,并通过束丝拉伸强度的测试优化了Al2O3涂层热处理工艺条件,着重分析了Al2O3涂层对石英纤维增强甲基硅树脂复合材料界面性能的影响。结果表明,Al2O3涂层在500℃下可有效隔绝石英纤维与树脂基体之间的反应,改善复合材料的界面强度,提高复合材料的层间剪切性能。经400、600℃热处理后的Al2O3涂敷石英纤维增强复合材料的层间剪切强度分别为8.2、5.4 MPa,分别是未涂敷复合材料的3.4倍和2.3倍。     

对极小型磁控管微波腔塞曼频移的分析

用Ansoft HFSS仿真软件建立了极小型氢频标磁控管微波腔模型结构,对仿真设计的微波腔塞曼频移进行了分析。当磁场引起的频移小于1.42×10-5Hz,塞曼跃迁线宽Δυz小于0.21Hz时,可得磁控管微波腔塞曼相对频移在10-14数量级。当该微波腔取Tb=T2'=0.72s,磁场的不均匀频移参量Em=-1.6×10-5rad时,磁场的不均匀相对频移在10-14数量级。     

新型磷酸锌铝胶凝材料的制备研究

研究了新型磷酸锌铝胶凝材料的制备工艺。通过测试吸潮率、灼烧失重率、复合材料弯曲强度等,确定该种材料适宜的制备工艺为Zn/Al摩尔比1/5,反应温度120℃,反应时间2 h。根据Flory理论,确定该胶凝材料凝胶反应活化能为E=0.02411 kJ/mol,通过X射线衍射分析,研究了磷酸锌铝材料升温热转变机理,这将为进一步以该材料为基体制备高性能纤维增强复合材料提供参考依据。     

超薄钛内衬复合材料高压气瓶力学特性分析

以卫星用超薄钛内衬T1000碳纤维增强复合材料高压气瓶为研究对象,基于各向同性材料弹塑性理论及复合材料层合板理论,建立三维有限元分析模型。通过对比分析金属内衬和复合材料层在不同内压下的位移、应力和应变分布规律,得到了这种气瓶在各承压工况下的力学特性,最后通过压力试验结果验证了有限元模型的准确性。研究结果表明:当内压超过气瓶的工作压力时,复合材料气瓶主要发生轴向变形,且内衬既有弹性变形又有塑性变形,复合材料层始终处于弹性变形。此外,气瓶爆破失效薄弱点在筒体与封头的过渡区域,在不均匀应变的作用下易沿环向发生撕裂而爆破。本文的研究成果可为超薄内衬复合材料高压气瓶的设计、试验等提供参考依据。     

轻型球面反射镜面形检测支撑设计仿真分析

文章针对轻量化程度较高的SiC空间反射镜,探讨了其在重力环境下反射镜面形检测所需要的卸载支撑方法。为了使重力对反射镜面形精度的影响降低到可接受范围内,在光轴竖直时,将支撑结构对反射镜的作用简化为卸载力,优化力的数量、位置及大小,使反射镜面形精度达到近似零重力情形,并分析了反射镜水平倾斜0.5°、1°时,反射镜面形对位置误差的敏感程度;光轴水平时,在对反射镜设计支撑结构的同时,加入3点、6点辅助卸载力来降低残余重力影响,使反射镜面形接近无重力情形。通过Patran/Nastran软件建立反射镜模型并进行仿真计算,输出反射面各结点坐标值及变化量,用Matlab程序计算出反射镜面形精度,结果表明优化后的设计结果满足指标要求。     

超声速喷管中激波分离诱发流场对称破缺的机理及其控制

为减缓或消除侧向力,开展了流动分离诱导流场对称破缺的机理研究。采用有限体积二阶迎风插值格式及k -ε湍流模型,数值模拟了某型超声速喷管的地面试车过程。详细分析了喷管内部的流场结构,着重讨论了喷管壁面附近出现的激波分离模式由自由激波分离到受限激波分离的转换过程。为了降低低空高背压条件下过膨胀喷管的侧向力,着重研究了喷管不同长径比、扩张比条件下的流场特性和流动分离模式。结果表明:在激波模式转换过程中能够诱发出极大的侧向力,改变喷管构型可以改善流场结构。适当缩短长径比和扩张比可以有效降低侧向力。长径比为105时将产生4 000 N以上的侧向力,而当长径比为095和115时,侧向力不超过20 N;当扩张比为539时,侧向力峰值达到4 000 N以上,而缩小扩张比到45时,侧向力明显下降。