航空航天复合材料应用的最新进展

文章介绍了先进复合材料的最新进展情况,内容包括用于最新复合材料体系的各种增强纤维、树脂基体,及复合材料结构设计的一些新概念。重点介绍了低成本和高效的制造技术。复合材料重要结构件的制造技术在不断改进,制造出的部件不仅精度和强度更高,而且更显成本效益。文章还介绍了航空航天领域一些新研发的复合材料结构件。     

热防护中的粒状剥蚀问题研究

粒状剥蚀是机械剥蚀的主要形式之一,对纤维复合材料的热防护性能有重要影响。通过理论分析得到了烧蚀达到稳定状态时纤维形状的表达式,在此基础上建立了粒状剥蚀问题的力学分析模型。通过受力分析,采用莫尔破坏准则建立了判断纤维复合材料是否发生粒状剥蚀的条件。根据判别条件,材料纤维和基体的性能差异、外流场速度以及纤维尺寸都将显著地影响纤维复合材料的剥蚀性能。     

2D碳/碳复合材料CVI过程的数值模拟研究

本文根据３Ｄ碳／碳复合材料的结构特征及ＣＶＩ工艺的特点建立了孔隙模型和动力学模型，并利用该模型对其ＣＶＩ过程进行了模拟与分析。模拟结果与实验结果的对比表明该数学模型是合理的。     

温度对甲基硅树脂基复合材料介电性能及力学性能的影响

研究了不同温度下甲基硅树脂基复合材料拉伸强度及介电性能变化,利用IR和TG分别对甲基硅树脂的耐热性和高温下的化学结构变化进行了分析,通过SEM、EDS对复合材料烧蚀前后表面化学成分和结构进行了表征。结果表明,在室温～1 200℃,复合材料的介电常数(ε)和损耗角正切值(tanδ)随着温度升高都增加;随着温度升高,硅树脂热分解的程度增加,化学结构发生了变化,复合材料拉伸强度下降;随温度升高,硅树脂产生了影响介电性能的游离碳,从而影响了电磁波在复合材料中的传输。     

CuO/CNTs复合催化剂的制备及对FOX-12热分解的催化性能

以醋酸铜和碳纳米管为原料,采用溶胶浸渍法在常压低温(100℃)下制备出CuO/CNTs复合催化剂,采用XRD、TEM、ICP等对催化剂进行表征,并用DSC研究催化剂对FOX-12热分解特性的影响。TEM结果表明,纳米CuO以8~10 nm的椭球形粒子和宽度为5 nm、长度为50 nm的棒状粒子2种形态附着在碳纳米管表面。催化剂使FOX-12分解峰温降低、放热量增加、表观活化能降低,表现出良好的催化性能。当FOX-12与催化剂以质量比5:1混合时,FOX-12热分解峰温降低了20.3℃,ΔH增加了332 J/g。     

小型热真空试验设备网络化集群测控技术

随着航天器部组件试验任务的日益增多,在人员少的情况下,高效率地完成型号任务的需求十分迫切。文章介绍了小型热真空试验设备网络化集群测控的方法与技术,以某小型热真空试验设备群为例,针对其接口复杂、数据量大、地理位置分散且要求集中管理的特点,详细阐述了采用混合B/S模式与C/S模式的网络化测控技术来实现小型热真空试验设备群集群测控的功能。该技术已在小型热真空试验设备的集群控制中得到了成功的应用。     

气体流场对C／C复合材料CVI致密化效果的影响

以丙烯为碳源气体,研究平板针刺预制体在不同倾斜角放置和不同进气方式条件下化学气相渗透（ CVI）工艺制备C／C复合材料的致密化效果。采用工业CT、浸泡介质法和偏光显微镜对沉积样品的密度分布、开孔孔隙率和织构分别进行表征。沉积102 h后,倾斜17°、前进气条件下试件的密度最高,达到1．45 g／cm－3。结果表明,试样由底端到顶端的密度是有小幅递增的,开孔孔隙率是逐渐减小的。4块试件热解炭的织构以光滑层为主,试样消光角的测量结果表明直立状态和倾斜17°、后进气状态热解炭织构取向度从底部到顶端有增大的趋势,这种织构的增长趋势与锥形回转体扩张段的材料设计相符合。     

基于混杂非对称复合材料的自适应对日定向器

提出并设计了一种基于混杂非对称复合材料层合板的新型自适应对日定向器。该对日定向器采用混杂非对称复合材料层合板作为驱动元件,利用在轨光照条件的变化引起复合材料层合板温度变化,进而使其产生热变形并驱动太阳翼发生偏转。提出的自适应对日定向器结合传统的单自由度对日定向机构,能够实现太阳能帆板的双自由度对日定向。介绍了自适应对日定向器的基本原理,并结合地球静止轨道的光照条件进行了具体设计。利用能量变分原理建立了混杂非对称复合材料的热变形模型,分析其热变形特点,并利用有限元方法对定向器在地球静止轨道上的温度场特性、热变形及对日定向转动角度进行分析。有限元分析结果表明,通过合理设计,自适应对日定向器的转角能够随太阳光入射角变化呈线性变化,定向精度可达±1°。     

超高速撞击下PTFE/Al含能材料薄板的载荷特性分析

不同于传统惰性材料的空间碎片防护结构,含能材料防护结构在超高速撞击下的冲击起爆特性是其防护能力得以提高的根本原因。PTFE/Al含能材料防护结构的冲击起爆特性改变了弹丸强冲击载荷下的破碎机制,弹丸内部的冲击压力对于分析含能材料在超高速撞击下的防护机理具有重要意义。对超高速撞击试验中回收的PTFE/Al防护结构后板进行损伤特性分析,获得了对应速度条件下弹丸的破碎特性。基于一维冲击波理论,分析PTFE/Al靶板在超高速撞击条件下的冲击响应过程,结合考虑化学反应效率的热化学反应模型,获得了弹丸在碰撞与爆炸联合作用下的载荷特性,通过与试验结果对比验证,获得该材料完全反应的临界撞击速度约为1800 m/s,弹丸的临界破碎速度为2875 m/s,小于铝防护结构中对应的临界破碎速度。给出了弹丸在PTFE/Al、铝两种防护结构中产生相同冲击压力时对应的临界速度,分别为弹道段的800 m/s和破碎段的3580 m/s。     

纤维增韧陶瓷基复合材料的比例极限应力与残余热应力关系

从细观力学角度分析并建立了纤维增韧陶瓷基复合材料从制备温度冷却到室温过程中产生的残余热应力与复合材料的比例极限应力的关系模型。该模型表明,减少复合材料的残余热应力或提高复合材料的纤维与基体的模量比,均可提高复合材料的比例极限应力。通过单调拉伸实验测试了先驱体浸渍裂解法(PIP)制备的2D SiC/SiC复合材料的比例极限应力,并采用文中建立的比例极限应力与残余热应力关系模型,计算出复合材料SiC基体的残余热应力为-19.5 MPa。分析表明,该结果是合理的。此外,引用了公开文献报道的5种复合材料体系数据,用于验证文中所建立的比例极限应力与残余热应力关系模型的适应性和可靠性,计算结果与实验结果最大误差为18.6%,表明该模型具有较好的适应性和可靠性,可为纤维增韧陶瓷基复合材料的研究提供新思路。