Attitude control system design and on-orbit performance analysis of nano-satellite––‘‘Tian Tuo 1’’

‘‘Tian Tuo 1'(TT-1) nano-satellite is the first single-board nano-satellite that was successfully launched in China. The main objective of TT-1 is technology demonstration and scientific measurements. The satellite carries out the significant exploration of single-board architecture feasibility validation, and it is tailored to the low-cost philosophy by adopting numerous commercialoff-the-shelf(COTS) components. The satellite is featured with three-axis stabilization control capability. A pitch bias momentum wheel and three magnetic coils are adopted as control actuators.The sun sensors, magnetometers and a three-axis gyro are employed as the measurement sensors.The quaternion estimator(QUEST) and unscented Kalman filter(UKF) method are adopted for the nano-satellite attitude determination. On-orbit data received by ground station is conducted to analysis the performance of attitude determination and control system(ADCS). The results show that the design of ADCS for TT-1 is suitable, robust and feasible.     

多重纳米结构轻质高强铝基复合材料的制备和组织性能

为了研究多重纳米结构对块体材料强化和变形能力的影响机制,采用粉末冶金法制备了多重纳米结构的B4C颗粒增强铝基复合材料,并对复合材料的强化和形变破坏机制进行了定量和定性的讨论。由100%球磨复合粉末制备的块体复合材料的室温压缩强度为670MPa;当加入10vol%气雾化态的Al2024粉末后,复合材料的室温压缩强度升高到1.115GPa;之后随着气雾化态Al2024粉末含量的增加,复合材料的强度逐渐下降,但是没有产生明显的塑性变形;当气雾化态Al2024粉末的含量增加到50vol%时,复合材料的压缩强度下降到580MPa,断裂前变形率达到了10%。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的分析结果显示,亚微米级的B4C颗粒、位错以及纳米晶基体分别通过Orowan强化、位错强化和细晶强化机制对复合材料进行强化;粗晶Al2024区域与复合结构区域的比例显著影响复合材料的形变及破坏机制。     

随活塞同步振动下纳米流体的强化传热特性

内燃机工作过程中,燃烧产生的热能一部分传给燃烧室部件,传给燃烧室部件中的热能有一半以上传给活塞,由于内燃机热负荷不断提高,必须要对活塞进行有效冷却。当活塞功率密度超过0.3kW/cm2时,必须采用冷却油腔进行冷却。为揭示纳米流体在冷却油腔内的流动和传热特性,对不同种类纳米流体在定常和振动状态下直圆管中的物性、摩擦阻力和传热特性进行了实验研究。研究发现：未施加换热腔振动时,在纯净水中添加纳米颗粒后摩擦阻力系数在层流流域内略有上升,湍流范围内几乎没有变化,但是传热效果却大大增强,最优强化在层流-湍流转捩点附近出现且随着纳米体积浓度和导热系数的增大而增大。对换热腔施加随活塞同步振动后,传热强化与振动频率成正比、与雷诺数成反比;用纳米流体代替传统流体后传热效果大大增强,同时还发现纳米流体种类对强化效果影响显著。     

Co/NM/FM(NiFe and Co)纳米多层膜的层间耦合效应

巨磁电阻自旋阀多层膜作为磁敏传感器材料与磁随机存储器(MRAM)材料，具有高的可靠性与灵敏度，在航空航天等高科技领域有着极大的应用前景。研究多层膜各层间的耦合效应与各层厚度、磁学性能之间的内在关系，对提高自旋阀的巨磁电阻效应、磁灵敏性等具有重要的作用。本研究采用磁控溅射沉积制备了(Cu／Co、Cu／NiFe，Ta／NiFe双层膜与Co／Cu／Co、Co／Cu／NiFe、Co／Ta／NiFe)三明治结构薄膜。采用振动样品磁强计对薄膜磁性、四探针法对薄膜磁阻性能进行了测试研究，采用洛仑兹电子显微镜法观察了薄膜的磁畴结构。研究结果表明，层间耦合效应不仅与非磁性中间层的厚度相关，而且与中间层材料的特性相关。磁阻与磁畴观察均表明层间耦合效应随中间层厚度的增加而减小，而Cu作为中间层的多层膜的层间耦合大于Ta作为中间层的层间耦合。     

单晶铝纳米级硬度试验研究

使用纳米硬度计对单晶铝进行了纳米压痕试验，利用原子力显微镜对压痕形貌进行扫描并计算硬度值，重点观察和分析了纳米级条件下单晶铝的硬度性质，结果表明，当压痕深度小于2000nm时，单晶铝纳米硬度存在尺寸效应现象；从材料性质的角度分析了纳米硬度尺寸效应现象；探讨了纳米硬度和传统硬度本质上的区别，指出其根本原因在于不同尺度下人们对材料性质的关注点不同。     

纳米复合镀层工艺及性能研究

分析了含Al_2O_3、SiO_2和ZrO_2纳米粒子的镍基电刷镀复合镀层的组织、显微硬度、耐高温性能及耐磨性。结果表明,含有纳米粒子的复合镀层组织明显细化。随着纳米粒子含量的增加,复合镀层的硬度显著提高,高温硬度和耐磨性也有明显的增加。不同性质的纳米粒子的强化效果有所不同。     

关于粘土/高性能环氧纳米复合材料的形态及力学性能的研究

对粘土片层在纳米粘土／高性能环氧树脂体系中的分散状态及力学性能进行了研究。通过加入较少的粘土（含量≤5wt％）得到插层型纳米复合材料。纳米粘土的存在使环氧树脂的玻璃化转变温度有所降低。粘土质量含量为2％时，复合材料的冲击强度约上升10％，但超过2％后。冲击强度随之下降。材料的弯曲强度则随着粘土含量的升高而逐步降低。     

热处理对大气等离子喷涂纳米结构YSZ热障涂层晶粒长大的影响

采用大气等离子喷涂制备了纳米结构氧化钇稳定的氧化锆热障涂层。运用SEM ,TEM和XRD等方法研究了涂层和原料粉末的微观结构和相组成。结果表明 ,喷涂过程中平均晶粒大小由4 0nm变为 6 7nm ,涂层主要由亚稳四方相组成。涂层热处理结果显示 ,90 0℃以下晶粒长大速度缓慢 ,然而 1 0 0 0℃以上晶粒长大速度迅速增加 ,而且出现较多的单斜相     

纳米金属和复合金属粉对AP/HTPB推进剂热分解的影响

用热分析法(DTA)研究了纳米金属和复合金属粉(Cu,N i,A l,N iCu,N iCuB,N iB)对AP/HTPB推进剂热分解的影响。结果表明,纳米金属和复合金属粉对HTPB推进剂的热分解具有明显的催化作用。纳米铜粉使AP/HTPB推进剂的低温和高温热分解温度分别降低了51.6℃和33.6℃,DTA表观分解热增大为3.7kJ.g-1,催化效果十分显著。纳米铜粉和含铜的纳米复合金属粉(N iCu和N iCuB)的催化效果强于其他纳米金属粉。纳米金属粉主要通过催化AP/HTPB推进剂中AP的热分解,表现出对HTPB推进剂具有较好的催化效果。     

POSS改性传统聚合物的研究进展

综述了多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)改性传统聚合物的作用及其应用；介绍了POSS的纳米级笼形结构、良好的热力学和化学稳定性及耐热、阻燃等以及溶胶一凝胶法合成．POSS的优缺点。重点介绍了POSS改性传统聚合物的作用：如提高聚合物的使用温度，降低聚合物的介电常数，提高改性体系的力学性能和阻燃性能。并指出POSS改性传统聚合物在航空航天领域及塑料工业中的应用，对POSS改性传统聚合物的增强机理及POSS新的合成途径作了展望。