深空环境下热防护材料的研究及应用进展

随着对太空探索的深入,空间飞行器所面临的环境也越趋恶劣:太空飞行过程中的高温羽流防护,高速返回再入过程中高温气动加热;长时间日光下飞行会使飞行器表面温度越来越高;一些星球上高温的大气环境导致人类现有制造飞行器的材料无法抵挡。本文搜集国内外先进热防护系统研究资料,了解重点发展方向,介绍了我国神舟飞船热防护材料以及已经开发出的新型轻质高效热防护材料,为我国今后用于恶劣环境下的飞行器材料提供一些信息和材料基础。     

激光扫描路径对直接金属激光烧结温度场的影响

利用有限元分析软件AN SY S,对激光烧结温度场进行了数值模拟,建立了激光烧结薄板的温度模型;运用APDL语言控制热源的热流密度、移动速度以及扫描轨迹;研究了激光行程对烧结温度场的影响,扫描端点温度场的不对称及较大的温度梯度造成了端点球化现象;激光扫描线间的耦合作用使端点球化现象随扫描线的增加而逐渐显著。根据该程序得出的模拟结果和实验结果基本一致。     

红外窗口材料的热辐射特性测量方法

飞行器在大气层内高超声速飞行时,高温窗口迅速成为气动热辐射效应的主要因素,气动热辐射效应会降低甚至破坏红外(IR)探测系统的性能.通过分析红外探测窗口热辐射传输特性,提出一种红外窗口材料的热辐射特性测量方法,并测量了应用于中波红外(MWIR)探测系统的某蓝宝石红外窗口材料在高温状态下的透过率和自身辐射等热辐射数据.结果表明:在100~350℃范围内,0.1mm厚蓝宝石材料薄层在中波红外3.7~4.8μm波段的热辐射特性与温度近似呈3次方关系,温度越高,蓝宝石透过率越小,自身辐射越大.强烈的自身辐射极易导致红外探测器局部饱和现象,对探测系统造成的影响比透过率引起的信噪比(SNR)下降要大得多.      

圆柱壳热应力的理论与实验研究

本文根据薄壳的经典理论,导出了在受有轴对称的多项式温度分布条件下,圆柱壳的位移、内力和热应力的理论公式。并以三次多项式温度分布为例,计算了三种边界条件(自由端、固支端、简支端)下,理论的和有限元的热应力曲线,对固支端进行了热应力实验,绘制了实验曲线。最后,对三种情况作了分析对比,结果表明,理论与有限元计算曲线相当吻合,计算与实验曲线分布趋势一致。     

多芯片组件（MCM）用金锡焊带材料电阻率及热导率温度特性研究

对牌号为Au₈₀Sn₂₀的金锡焊带材料在208~423 K的电阻率及热导率与温度的函数关系进行了研究,并对其在多芯片组件（MCM）中的传热效果进行了评估。分别对材料在208~423 K中5个温度点的电阻率及4个温度点的热导率进行了测试,基于理论模型建立电阻率/热导率随温度变化的函数关系,最终采用模拟热扩散数值方法评估材料在高温下的传热能力。结果表明,采用修正函数模型后,金锡焊带材料在208~423 K下热导率与电阻率的关系符合测试结果,随芯片表面温度的边界条件从208 K升高至423 K,采用变温热导率模型得到的热流密度模拟计算结果相比理想化恒定热导率模型的差异性逐渐升高至5.5%。综上,金锡焊带材料热导率与电阻率的关系符合Wiedemann-Franz法则修正后的Smith-Palmer方程,在该材料传热设计时应考虑其热导率温度效应。     

热试验中红外热像仪低温测量能力分析及试验验证

文章分析了红外热像仪在航天器热试验中对低温目标的测温能力不足问题,采用红外干扰消减以及分段辐射定标/分段线性函数拟合的方式,初步解决了红外热像仪在真空低温环境下对低温目标的测量受限的问题。文章的研究结果有助于改进红外热像仪在真空低温环境下的非接触温度测量工作。     

Nanofillers modification of Epocast 50-A1/946 epoxy for bonded joints

Epocast 50-A1/946 epoxy was primarily developed for joining and repairing of composite aircraft structural components. The objective of the present work is to modify the Epocast epoxy resin by different nanofillers infusion. The used nanofillers include multi-walled carbon nanotubes（MWCNTs）, SiC and Al2O3 nanoparticles. The nanofillers with different weight percentages are ultrasonically dispersed in the epoxy resin. The sonication time and amplitude for MWCNTs are reduced compared to Al2O3 and SiC nanoparticles to avoid the damage of MWCNTs during sonication processes. The fabricated neat epoxy and twelve nanocomposite panels were characterized via standard tension and in-plane shear tests. The experimental results show that the nanocomposites materials with 0.5wt% MWCNTs, 1.5wt% SiC and 1.5wt% Al2O3 nanoparticles have the highest improvement in the tensile properties compared to the other nanofiller loading percentages.The improvements in the shear properties of these nanocomposite materials were respectively equal to 5.5%, 4.9%, and 6.3% for shear strengths, and 10.3%, 16.0%, and 8.1% for shear moduli. The optimum nanofiller loading percentages will be used in the following papers concerning their effect on the bonded joints/repairs of carbon fiber reinforced composites.     

一种基于工程化气动加热算法的天线热防护设计

高超音速气动热仿真技术是提高天线热防护能力的重要支撑之一,为了进一步缩短研制周期和节约成本,本文提出了一种以冷壁热流和壁面恢复焓为输入条件,以MATLAB和CFD联合迭代快速求解高速气流中天线温度场的工程化算法。在利用气动热试验证明仿真结果与实验数据的高一致性后,以该仿真方法对一个高速气动加热时长为500 s的天线实施了防隔热优化设计,根据仿真评估出的导致核心器件温升的主、次要因素,针对性地提出改进措施,最终目标印制板由过往的320℃下降到了142℃,热控效果显著。     

吉时利2750在真空热试验测量系统中的应用

真空热试验测量系统是空间环境模拟设备的重要分系统.文章对真空热试验测量需求进行了简单介绍,对采用吉时利2750数字多用表实现的1000点测量系统进行了说明,主要包括:测量系统的结构设计和通讯方式选择、测量信号输入多路转换开关的选择、测量信号输入分线箱设计,提出了一种多主机并行的快速测量方法,并给出了测量参数.应用结果表明:该系统运行稳定可靠,测量数据准确无误.     

舱段结构热振耦合环境下仿真分析

针对武器装备对环境适应性要求不断提高的现状,以某舱段结构为研究对象,基于高加速应力筛选试验(HASS)条件,研究了结构在温变-振动耦合环境下的失效机理。首先,结合HASS试验剖面,确定了载荷条件,建立有限元模型;其次,采用ANSYS Workbench软件分析得到结构温度场分布及应力响应,确定了结构危险位置,并对其疲劳寿命进行计算分析,为舱段结构的失效分析及HASS试验剖面的合理制定提供依据和指导。