碳／碳复合材料薄壁结构在热声载荷作用下的动态响应

高速飞行器中大量使用复合材料薄壁结构,高温和强噪声联合作用的工作环境使复合材料薄壁结构表现出强非线性振动响应特性和复杂的运动形式。以四边固支碳／碳（C／C）复合材料薄壁结构为研究对象,采用有限元法计算了其在不同温度和声压级（SPL）组合下的振动响应。得到了典型的振动响应运动形式,包括屈曲前的随机振动、屈曲后的跳变运动和围绕一个平衡位置的随机振动。结合振动响应的概率密度、功率谱密度,随着温度和声压级的变化,对振动响应的非线性特性进行了分析。结果表明,热载荷和声载荷对响应非线性特性的影响方式不同,强噪声载荷引起的问歇跳变降低了结构的刚度。     

基于流固热耦合的非金属迷宫密封泄漏特性与公式构造

建立了考虑齿变形的非金属迷宫密封泄漏特性流固热耦合数值求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了聚醚醚酮（PEEK）、填充30%碳纤维增强聚醚醚酮（PEEK-CA30）和铝合金三种材料迷宫密封在不同压比、温度下的流场特性、结构力学特性与泄漏特性,并基于Vermes公式构造了考虑齿变形的非金属迷宫密封泄漏量理论公式。研究结果表明:建立的迷宫密封流固热耦合模型可以准确计算非金属密封齿的变形量和变形后的泄漏量。在研究的三种材料中,采用PEEK-CA30材料密封齿的变形量相对较小,占密封齿径向长度的0.35%~0.67%,其密封性能较好,相比于未考虑齿变形密封的泄漏量增加1.2%~6.8%。当温度高于500 K,压比大于3时,采用铝合金材料密封齿的最大等效应力达到材料的屈服极限而引起密封件失效。所构造的泄漏量理论公式能够准确预测考虑齿变形的非金属迷宫密封泄漏量,为非金属迷宫密封泄漏特性分析提供理论依据。      

温度对压电陶瓷传感器信号传输的影响研究

近年来,飞机结构健康监测技术得到了快速的发展,并在航空航天等领域得到了广泛的应用,特别是在碳纤维复合材料结构的状态监控与损伤诊断方面更是明确了功能材料与智能结构的发展趋势。首先分析了航空领域典型的结构健康监测技术,包括模态法、机电阻抗法、超声法、声发射法、Lamb波法,并对其中的Lamb波法进行深入讨论。而后,开展了基于Lamb波技术的温度对压电陶瓷传感器信号传输影响的实验研究。该研究考虑了实验装置及传感器在高温环境下的特性,特制了用于测试压电陶瓷传感器信号传输特性的高温实验装置,将压电陶瓷传感器通过机械方式安装于实验装置上,开展环境实验。分别对五档不同温度下的实验结果进行分析,研究结果表明:温度对压电陶瓷传感器信号传输具有一定影响,并给出了信号受温度影响的变化规律。     

烧蚀后的C-SiC隔离段内流场精细测量试验

为了获得极度粗糙内壁面对激波串流动特性的影响规律,通过基于纳米粒子示踪的平面激光散射技术和高频动态压力测量技术测量了Ma2来流下烧蚀后的C-SiC隔离段中激波串流场结构,获得了激波串初始激波形态、激波后附面层发展形态以及激波串动态特性。结果表明,烧蚀后的C-SiC隔离段中激波串结构与光滑不锈钢隔离段相似。但是极度粗糙的内壁面深刻影响了近壁区流动,附面层增厚效应非常明显。前者激波串内的附面层比后者厚约50%,前者激波分叉点比后者更接近唇口约30%。极度粗糙的内壁面也提高了附面层的分形维数,加剧了拟序结构的破碎程度。烧蚀后的C-SiC隔离段中附面层的分形维数在1.548～1.649,比光滑不锈钢隔离段高6.7%～8.9%。烧蚀后的C-SiC隔离段极度粗糙内壁面对激波串振荡频率几乎没有影响。激波串前传过程中的振荡频率约20Hz。     

复合材料表面涂层多级微脉管修复剂输送系统研究

为了实现复合材料表面涂层划痕的多点自修复,研究多级管径的修复剂输送系统。在涂层中分别布置了主管道、次级管道以及末端微纳/多孔结构,构成多级微脉管修复剂输送系统。研究发现三级微脉管输送系统输送修复剂的效果最好,修复剂扩散更为均匀,扩散速度更快;主级管道水平布置更为合理,管道不易堵塞,修复剂输送更流畅,而且将主级管道嵌入基体中,可以减少其对涂层性能的影响。对末级管道结构的进一步研究表明,导流网结构比多孔泡沫镍的输送效果更好。因此,使用将主管道水平嵌入基体,末端微纳结构使用导流网的三级微脉管系统有望应用于复合材料表面涂层划痕的自修复。     

航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲力学性能

航空复合材料加筋板由于具有良好的力学性能,广泛地应用于航空结构中。本工作研究了航空复合材料加筋板压缩屈曲及后屈曲力学性能,首先应用工程方法对复合材料加筋板进行压缩稳定性计算,得到加筋板的屈曲载荷和破坏载荷的预估值;其次,开展复合材料加筋板压缩稳定性实验,得到实验件的屈曲及破坏形式、实验件的载荷-应变及载荷-位移关系和实验件的屈曲载荷和破坏载荷。结果表明:采用工程方法得到的计算结果与实验结果较为吻合,屈曲载荷和破坏载荷的误差分别为6.12%和9.31%,合理应用工程方法可以为实验提供较好的指导;加筋板的破坏形式为壁板的分层、鼓包和撕裂、筋条的断裂以及筋条-壁板的脱粘;屈曲比为1.65的复合材料加筋板具有较强的后屈曲承载能力;工程中可充分应用加筋板的后屈曲承载能力提高结构的利用效率。     

多层隔热材料的性能研究

本文从多层隔热材料的实际应用条件出发,研究了它们在几种层密度下的隔热性能,特别包括了在层密度较高情况下的性能。为了改善多层隔热材料的隔热性能,采用了间隔几层隔离层的组合形式。压缩负荷对层密度、隔热性能的影响也进行了初步的研究。     

弹道式再入航天器的烧蚀防热结构设计

介绍弹道式再入航天器烧蚀防热结构设计,文中说明了方案、材料选择、设计和分析计算。最后评价了这种防热结构。     

碳/环氧复合材料三角形网格加筋圆锥壳体的总体稳定性

采用 Donnell 型扁壳理论,利用 Galerkin 法和广义平均筋条刚度法分析了在均布外压作用下碳/环氧复合材料三角形网格加筋圆锥壳体的总体稳定性,得到了临界载荷的解析表达式。数值结果表明,本文理论预示值与临界载荷的实验结果吻合较好。     

星载硬质吸波材料真空功率耐受性能验证

星载吸波材料是复杂空间环境条件下天线、微波部组件大功率使用中满足隔离度要求的核心部件。本文研究了星载吸波材料真空功率耐受性能和吸波材料原材料制备工艺关键要素之间的关系,文中首先介绍了星载吸波材料电磁波吸收机理,其电磁参数直接关系到电磁波吸收性能优异与否;接着给出了影响电磁参数稳定性的原材料制备关键要素,以及成型材料的机加工艺特点;随后构建了一套星载吸波材料功率耐受性能的验证平台,开展功率试验;对两种工艺固化方法制备的原材料,分别制作了波导型吸收负载试验件进行试验验证。结果表明：（1）未进行高温预处理的吸波材料,残存未固化的小分子,会导致在高温真空工况下可凝挥发物析出增多,与外导体镀银层发生氧化反应,进而使负载组件的驻波变化率较大;（2）经过高温预处理后的吸波材料,在高温下的真空质损和可凝挥发物均得到了有效控制,其电磁参数也趋于稳定,负载组件的驻波变化率试验前后差异不大。因此,吸波材料原材料工艺制备过程中高温预处理属于关键要素;该工艺固化方法的有效实施将有助于星载吸波材料的应用,提高航天器在轨服役可靠性和安全性。