核热推进载人火星探测方案设计

针对载人火星探测任务,结合我国现有技术基础,提出我国载人火星探测方案,重点研究载人火星探测任务推进系统的设计。首先,综合考虑载人深空探测任务的约束,采用Pork-Chop图设计了适用于不同任务场景的转移轨迹;然后,参考我国空间站技术,基于核热推进系统设计了我国载人火星探测任务的飞船;最后,对核热推进系统的发动机台数和推力进行了优化,得到了适用于不同任务场景的最优推进系统组合方案。本文所研究内容为我国未来载人火星探测任务提供了有益参考。     

真空等离子沉积中真空电弧的产生及触发电路的设计

在真空等离子沉积中,首先要触发真空电弧,由于等离子沉积本身所具有的复杂性,要成功地触发真空电弧必须考虑很多因素,如：阴极的材料、电极的结构、阴阳两电极之间的间隙、电极的表面状态、触发方式等。文中对影响触发电弧的因素以及在设计触发电路时需要的因素作了一定的分析,并在此基础上,提出了一个实用可靠的触发电路。     

掺杂锆再结晶石墨微观结构及其性能的影响

用煅烧石油焦作填料、煤沥青作粘结剂、锆粉作添加剂,采用热压工艺制备了一系列不同质量配比的掺杂锆再结晶石墨。考察了不同质量配比的添加锆对再结晶石墨的热导率、电阻率和抗折强度的影响以及微观结构的变化。实验结果表明,与相同工艺条件下制备的纯石墨材料相比较,掺杂锆再结晶石墨的导热、导电以及力学性能均有较大的提高。当锆掺杂量为6wt%时,再结晶石墨电阻率有明显的降低;而当锆掺杂量超过6wt%时,对再结晶石墨的电阻率影响不大。室温下,RG-Zr-12再结晶石墨的层面方向热导率可达410W/(m·K)。微观结构分析表明,随着锆掺杂量的增加,石墨微晶的石墨化度以及微晶尺寸增大,晶面层间距降低。原料中掺杂锆量为12wt%时,再结晶石墨的石墨化度为97.7%,微晶参数La为475nm。XRD及SEM分析表明,锆元素在再结晶石墨中以碳化锆的形式存在。锆对再结晶石墨制备过程的催化作用可以用液相转化机理来解释。     

热障涂层热疲劳寿命预测方法研究

本文是热障涂层氧化和热疲劳寿命研究工作的第二部分,在前面已开展涂层氧化和热疲劳实验研究的基础上,针对等离子、EB-PVD两种类型的涂层,建立涂层的寿命预测模型。由于这部分工作在国内尚属首次,因此着眼点放在模型建立及校核的方法研究上。主要工作包括涂层热疲劳寿命模型研究、寿命模型参数的提取、寿命关键部位的有限元应力应变分析方法等方面。整个研究完整地给出涂层寿命分析的整个过程和方法。并通过两类涂层的热疲劳寿命试验结果,验证和校核寿命模型的预测能力和可行性。      

EB-PVD热障涂层对激光打孔孔径及热循环后孔径变化影响的研究

 在试样上用激光打了不同孔径、不同方向的冷却孔,采用电子束物理气相沉积( EB-PVD) 的方法在已打孔的试样上涂覆MCrAlY粘接层和ZrO₂陶瓷层,观察和计算其孔径大小变化;然后对试样进行了热循环处理,以比较热循环前后的孔径变化。初步实验结果表明:激光打孔的入射角,对孔径变化影响不大;原始孔径增大,施以涂层后其相对变化就较小,采用EB-PVD 的方法在已打孔的试样上涂覆ZrO₂陶瓷层后其孔径比原始孔径至少减少了15 %;在热循环试验前后,绝大部分孔径变化较小,而其总趋势是由大变小,孔径减少约5 %左右。     

涡轮发动机高温隔热涂层内的传热研究

高温环境中的金属部件, 通常采用表面涂层技术以降低金属材料的温度和热力梯度。氧化锆、陶瓷等涂层材料对热辐射是半透明的, 因此, 高温下涡轮发动机的热分析需要考虑涂层内辐射换热的影响。本文考虑了各种界面辐射特性: 不透明界面和半透明界面, 镜反射和漫反射。采用光线踪迹 /节点分析法计算了吸收、各向同性散射性介质内的辐射传递系数。结合控制容积法数值模拟了涡轮叶片和燃烧室衬垫涂层内的辐射与导热瞬态耦合换热。      

真空热爆加压法制备高颗粒含量TiCp/2024复合材料

采用真空热爆加压法（简称ＶＴＥＰ）工艺制备了高粒子含量ＴｉＣｐ／２０２４复合材料。通过数据采集器记录了不同铝含量时热爆反应的时间－－温度曲线;通过ＸＲＤ分析了ＴｉＣｐ／２０２４复合材料的相组成;用ＳＥＭ和ＴＥＭ观察了ＴｉＣｐ／２０２４复合材料的显微组织、微观结构和断口形貌。结果表明：ＶＴＥＰ工艺可以获得颗粒细小圆整、分布均匀、致密的高颗粒含量ＴｉＣｐ／２０２４复合材料。     

高温气流中材料表面催化特性研究

分析了在高温气流中材料表面催化复合反应的基本过程及它和各种因素的关系，同时阐述了用于研究材料表面催化特性的实验设备－高频感应等离子体内风洞。文中给出了在高频感应等离子体风洞中测得的三种材料的催化复合系数γ及催化复合反应速率常数kw，并对催化材料的选择等有关问题进行了讨论。     

气体模型对高超声速再入钝体气动参数计算影响的研究

本文采用完全气体模型、振动激发气体模型、平衡气体模型、一温度非平衡气体模型、两温度非平衡气体模型和三温度非平衡气体模型进行了钝体高超声速绕流流场的数值计算。分析了各种气体模型对激波脱体距离、壁面热流、温度分布和密度分布等的影响。结果表明：采用两温度（或三温度）非平衡气体模型计算的激波脱体距离更接近实验情况；采用平衡气体模型计算的壁面热流量高，一温度非平衡气体模型完全非催化的壁面热流最低，而完全气体模型的壁面热流在两者之间。最后给出了各种气体模型的密度等值线比较图。     

低膨胀高温合金膨胀系数的物理表征

测定了低膨胀高温合金的膨胀系数和饱和磁化强度随温度变化的曲线,并将实验结果与普通的高温合金及低膨胀合金进行了比较。提高低膨胀高温合金的低膨胀特性及使用的最高温度,应通过各种手段使合金具有一定的饱和磁化强度,但并非越高越好,同时应尽量减缓其随温度升高而降低的速度,并提高合金的居里点温度。导致合金低膨胀的原因之一是在正常的热膨胀过程中叠加了磁性行为的变化,从而引起负膨胀