The Grain Impact Analyser and Dust Accumulator (GIADA) Experiment for the Rosetta Mission: Design, Performances and First Results

The Grain Impact Analyser and Dust Accumulator (GIADA) onboard the ROSETTA mission to comet 67P/Churyumov–Gerasimenko is devoted to study the cometary dust environment. Thanks to the rendezvous configuration of the mission, GIADA will be plunged in the dust environment of the coma and will be able to explore dust flux evolution and grain dynamic properties with position and time. This will represent a unique opportunity to perform measurements on key parameters that no ground-based observation or fly-by mission is able to obtain and that no tail or coma model elaborated so far has been able to properly simulate. The coma and nucleus properties shall be, then, clarified with consequent improvement of models describing inner and outer coma evolution, but also of models about nucleus emission during different phases of its evolution. GIADA shall be capable to measure mass/size of single particles larger than about 15 μm together with momentum in the range 6.5 × 10⁻¹⁰ ÷ 4.0 × 10⁻⁴ kg m s⁻¹ for velocities up to about 300 m s⁻¹. For micron/submicron particles the cumulative mass shall be detected with sensitivity 10⁻¹⁰ g. These performances are suitable to provide a statistically relevant set of data about dust physical and dynamic properties in the dust environment expected for the target comet 67P/Churyumov–Gerasimenko. Pre-flight measurements and post-launch checkouts demonstrate that GIADA is behaving as expected according to the design specifications. The International GIADA Consortium (I, E, UK, F, D, USA).     

钛合金加强框真空电子束焊接应用研究

钛合金加强框是飞机结构的重要构件,其在框段组合时机械连接与潜弧焊焊接方式均存在不足。真空电子束焊接(EBW)是实现钛合金框段组合的新型制造方式,具有显著优势。采用"积木式方法"展开系列试验研究:首先针对不同热处理制度下的TC4-DT焊接试样进行拉伸试验,通过标的参数对比获取合理的焊后热处理制度;然后通过系列焊接标准试样拉伸试验、断裂韧度试验及裂纹扩展率试验,获取基础性试验数据,并对焊接性能进行判断;最后经过短梁试验、部件试验以及机上应用,完成TC4-DT钛合金加强框EBW工程应用。结果表明:TC4-DT钛合金加强框EBW接头力学性能良好,较机械连接质量收益明显。     

基于传热反问题方法的N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室热流测量研究

测量液体火箭发动机的热载荷是获取燃烧室内部信息的重要方法。为了获取N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室内壁的热载荷,建立了液体火箭发动机的热流计算的反问题方法,该方法基于对燃烧室壁面温度场的直接求解,通过对轴向多个位置测量温度的反演计算得到燃烧室内壁热流和温度。研究表明:应用文中建立的传热反问题方法能够较为准确地获得热流随时间及空间的分布;热电偶的位置对计算准确性有明显的影响,与理论深度偏差在0.2mm以内的随机深度偏差可导致超过4%热流反演误差;N_2O/C_2H_4预混推进剂燃烧室热流及温度沿轴向逐渐降低,表明燃烧室内的反应释热过程主要在燃烧室头部附近发生。     

热等静压工艺制备的Ti-6Al-4V薄壁筒的切削加工

为了能够提高钛合金薄壁筒的加工效率,利用热等静压工艺制备了两个具有不同结构的Ti-6Al-4V薄壁筒,研究了夹具、填充泥浆和筒结构对Ti-6Al-4V薄壁筒的外圆表面粗糙度和精度的影响。结果显示,Ti-6Al-4V热等静压薄壁筒经过切削加工能够达到精度要求,填充泥浆降低了弹性回弹,提高了薄壁筒外圆精度;筒结构的内圆环和粗大端能够提高刚度,有效降低了外圆表面粗糙度值;夹具尺寸误差对圆度和同轴度影响较大,较大的尺寸误差显著降低了筒的外圆精度。     

TC4钛合金超声喷丸强化残余应力数值模拟分析

为了探究 TC4 钛合金超声喷丸过程中喷丸参数对残余应力的影响规律,基于 ABAQUS 建立了 TC4 钛合金超声喷丸强化的 3 维有限元模型,分别从超声喷丸模型中振动头振幅、弹丸数量和弹丸直径的变化对 TC4 钛合金表层及亚表层残余应力分布的影响进行了分析。结果表明:随着振动头振幅和弹丸直径的增加,试件表面及亚表面每层残余压应力分布范围及残余压应力值均增大,残余压应力层深度增加;随着弹丸数量的增加,仅能提高每层残余压应力的值,对残余压应力层深度影响较小。     

扩散连接界面缺陷对Ti-6Al-4V合金力学性能的影响

研究了φ4mm与φ2mm的扩散连接界面缺陷对Ti-6Al-4V合金力学性能的影响。当拉伸载荷方向与缺陷平面平行时,材料的强度与塑性与无缺陷材料相当,这是由于此类缺陷对样品受力截面的面积几乎没有影响。含有φ4mm缺陷试样的拉压疲劳寿命展现出很大的分散性,界面缺陷并未成为裂纹萌生的唯一位置。从表面起裂的样品均处于高寿命区域,而绝大部分从缺陷处起裂的样品均落于低寿命区域。有限元分析表明,当缺陷位于中心位置时其引起的应力集中较小,应力分布梯度较小;缺陷位于边缘位置时,应力集中效应增大。     

任务期间考虑故障件报废无补给下的多级装备可用度评估

针对任务期间普遍存在的故障件报废问题,提出了一种适用于多等级多层级航空装备的可用度近似评估方法。首先通过忽略维修和运输时间将存在报废率的可修件等效为消耗件,然后分别通过后方保障中心对飞行基地备件量的分配以及下层级部件对上层级部件备件量的折算,将多等级多层级备件模型转化为单等级单层级模型,最后利用伽马分布的可加性得到整个保障系统的装备可用度。在实际算例中,通过与仿真结果的对比得出:当维修和运输时间较小或飞行基地备件配置充足时,本文提出的近似评估方法具有较高的精度。     

FOD缺口型损伤对TC4疲劳极限强度的影响

针对TC4钛合金风扇/压气机叶片前缘常遭受的外物损伤(FOD)缺口型损伤,进行了不同冲击角度下高速弹道冲击试验研究、损伤特征与应力集中分析,开展了冲击后不处理和冲击后去残余应力退火试样的高循环疲劳试验和疲劳极限强度预测。结果表明:随着冲击角度的增大入射侧损伤尺寸和应力集中系数基本保持不变,出射侧缺口损伤深度和损伤长度减小。损伤深度范围为0.6~1.5mm,应力集中系数范围为2.6~3.4。缺口型损伤试样的疲劳极限强度下降为光滑试样的27%~53%,与应力集中系数并不是呈反比关系。退火试样的高循环疲劳(HCF)性能或略微下降或基本不变,表明残余应力影响较小,残余应力对疲劳极限强度的影响程度不足光滑试样的10%。缺口型损伤试样的HCF性能与损伤底部半径的相关性不明显,随着最大损伤深度和损伤长度的增加而下降,表明制定维修手册时应着重考虑缺口型损伤的最大深度和损伤长度。Peterson经验公式对HCF性能的预测精度不理想,误差最大为45%,需要发展高精度的FOD缺口型损伤构件HCF性能预测方法。      

离子推力器多模式化研究

为了实现离子推力器多模式化,分析了离子推力器功率宽范围调节限制因素,提出了两种宽范围调节策略;针对我国小行星探测任务,完成了30cm多模式离子推力器研制、功率宽范围调节限制条件确定、以及两种调节策略下多模式工作点设计及对比研究。结果显示,通过降低放电室磁场强度可延伸离子推力器最小稳定工作功率,提高束流均匀性,实现离子推力器更宽功率范围多工作点设计;功率宽范围调节主要是屏栅电压和束电流的宽范围调节,二者通过栅极导流系数限制和交叉限制而约束;推力随功率增加呈线性增加关系,比冲随功率的增加总体上呈先快速增加后趋于稳定的趋势;30cm多模式离子推力器在0.25kW～5kW内稳定工作,推力10mN～186mN,比冲1522s～3586s。     

面向军用飞机任务能力的健康评估方法

军用飞机健康评估在工程实际中存在应用困难的问题。以军用飞机为研究对象,开展包括面向任务 的能力分析、基于故障劣化的功能分析以及参数化的健康评估等研究,得到基于任务分析的“飞机-任务功 能-影响参数暠两级映射作为健康评估的对象;综合利用劣化度、严酷度及极大熵改进区间层次分析法等多种 方法,得到飞机健康状态评估结果。结合具体实例及参数分析结果,表明该评估方法可信度高,具有较高的工 程实用价值。