航天器热防护材料的发展概述

文章简要介绍新型航天器的热防护材料的发展概况,重点介绍国内外碳/碳复合材料、超高温陶瓷材料、陶瓷基复合材料及新型隔热材料等热防护材料研究工作及其在飞行器上的应用,并对防隔热材料的发展趋势作简要评述.     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时,相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重,采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先,建立了合成声束三维声场分布模型,分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点,发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好,同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后,建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM,Total Focusing Method）,并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建,可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后,利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验,结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测,相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

国产高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板热循环适应性研究

国产CCM40J-6K高模碳纤维基板的空间高低温热循环耐受性是决定其是否可以大规模应用于空间太阳电池板的关键因素,必须解决交变热环境下的面板与电池电路的匹配性和长寿命问题。本文以国产CCM40J-6K高模碳纤维/环氧复合材料的太阳电池板为研究对象,开展了热循环环境适应性试验研究,分别从国产和进口碳纤维基板适应高低温交变能力对比、国产碳纤维基板铺设电池电路后适应热环境能力以及电池板在轨寿命等3个方面进行测试试验。结果表明：国产碳纤维CCM40J-6K所构成的电池板综合性能与进口M40JB-6K相当,CCM40J-6K基板与三结砷化镓电池片匹配性良好,国产碳纤维电池板经疲劳热循环后的开路电压和短路电流的变化率分别为0.55%和0.24%,太阳电池片和玻璃盖片外观完好无损,太阳电池电路与基板聚酰亚胺面保持绝缘,且碳纤维表面无脱粘现象。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳电池板研制。     

三维进气道湍流流场数值模拟

结合实验数据,采用有限容积法,对超音速S形进气道三维湍流流场进行了数值模拟,分析了0°攻角、10°攻角、10°侧滑角三种工况下机头激波对入口气流的影响、进气道入口激波分布和进气道出口压力分布情况.计算结果表明:0°攻角和10°攻角时,机头激波对入口气流影响不大,出口气流总压分布相对均匀,且高压区面积较大;而10°侧滑角时,受机头激波的影响,进气道前方出现小范围的低压区,且出口气流低压区较大.     

基于小裂纹理论的航空材料疲劳全寿命预测

综述了基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法。该方法把断裂力学的ΔK分析与裂纹闭合概念结合起来,应用于自然萌生的小裂纹和长裂纹的扩展,并全部基于对起源于材料初始缺陷的裂纹扩展分析预测疲劳全寿命。这一方法已被作者成功地应用于多种航空材料,包括:4种高强度铝合金、2种高强钢和2种钛合金,载荷类型涉及恒幅、Mini-Twist和直升机旋翼谱等。结果表明,预测的疲劳全寿命与实验结果吻合良好,从而为把基于断裂力学裂纹扩展的损伤容限方法向传统的疲劳领域(S-N曲线,安全寿命)延伸开辟了可行的途径。     

Comparative Study on Super Fine Mesophase Powder and MCMB Used to Manufacture High-Density Isotropic Carbon Bulks

Mesocarbon microbeads (MCMB) and super fine mesophase powder (SFMP) were prepared firstly from a coal tar pitch and then hot-condensed into high-density isotropic carbon (HDIC) bulks under 160 MPa and finally sintered at 1 000 ℃ . By analyzing the ther-mogravimetric behavior of the MCMB and SFMP powders, their volume shrinkage and weight loss during sintering and the bulk density and flexural strengths of their sintered bulks, it was found that the smaller sizes and the richer β-resin contents of SFMP have facilitated formation of sintered bulks with more compact isotropic structure and higher flexural strengths than MCMB. Because of the filling and bonding effects of SFMP on MCMB bulks, addition of SFMP, albeit a little, can greatly increase the flexural strengths of sintered bulks of MCMB. However, adding MCMB, even a slight amount, into SFMP can severely impair the flexural strength of sintered bulks. This might be attributed to both the crack initiation along the boundaries between MCMB and SFMP and the formation of layered texture of MCMB sphere.     

带芯子的碳—碳端头烧蚀外形计算

对电弧加热器试验条件下端头的烧蚀外形进行了数值仿真，考察了碳－碳端头烧蚀外形随来流条件的变化规律，重点研究了将碳－碳端头体轴附近材料换成由另一种烧蚀速度较快的材料制成的芯子后的匹配烧蚀问题，揭示芯子对烧蚀外形的影响规律。     

影响碳/碳复合材料常压碳化致密效果因素研究

研究了传统沥青浸渍、常压碳化工艺中影响沥青致密化效率的因素。结果表明：碳化压力、织物结构、材料尺寸、材料密度、碳化时间的长短等因素对致密化效果都有影响。通过改进工艺制度和工装，明显提高了沥青致密化效率，有的提高幅度在2倍以上。     

碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置,制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体,测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律,并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响.结果表明:热隔膜成型过程中,采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合,可保证预浸料温度的分布均匀性;成型温度过低时,预浸料粘性大、层间滑移能力差,导致预成型体拐角处出现纤维褶皱,并且内部孔隙偏多;预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近,则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷,因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内.     

基于时频域增强和全变差的群目标信号分离

针对低分辨雷达获取的群目标信号的弱时频正交性以及难以分离的问题,在进行时频域增强处理的基础上,提出了一种基于全变差(TV)的群目标信号分离方法。在旋转目标模型的基础上,首先通过分析群目标信号的稀疏性,指出了进行时频域增强处理的必要性。然后利用群目标中各子目标对应的微动周期的差异性,通过双向延迟处理,对多次观测得到的群目标信号进行时频域增强处理。最后根据群目标信号能量区域的分布特性,利用局部TV融合和主分量分析相结合的方法,实现了群目标信号的高保真分离。仿真结果表明,在采样率较低的情况下,文中方法有效地解决了群目标信号中弱信号分量的分离及提取问题,其融合分辨效果明显优于基于TV范数的融合方法。