航天用FR4 材料的本征电导率测试

介质材料电导率是影响卫星充电过程的重要材料参数,它决定着航天器上电荷的分布状态以及电流平 衡建立的快慢。常规的电导率测量方法完全不考虑空间真实带电环境,其测试结果用于卫星带电防护设计将会产生 较大的误差。本文建立了用传统三电极法和电荷衰减法测试介质材料本征电导率的测试系统,对卫星常用的FR4 材 料进行了测试,测试结果与国外的结果相近。     

非接触式低无源互调温箱穿仓接口技术

高低温循环状态下的无源互调（passive intermodulation, PIM）检测是全面评估航天微波产品PIM性能的必要手段，传统的温箱穿仓波导连接方式在温循PIM检测中时常出现因应力、温变等因素导致检测系统残余PIM恶化的问题，严重影响检测灵敏度和检测效率。针对此，提出一种非接触式低PIM温箱穿仓接口技术。在温箱穿仓部位利用非接触电磁屏蔽原理构建非接触式端口，避免了不良电接触，以实现温箱内外快速稳定的低PIM电连接。理论分析了其中非接触结构的PIM抑制特性，针对Ku频段应用设计研制了温箱穿仓接口并开展了实验验证，实测在长时间温循状态下系统3阶残余PIM＜-140dBm@2×100W，获得了稳定的低残余PIM特性，大幅提升了PIM检测性能和检测效率，可广泛推广于各类PIM检测系统应用中。     

基于液体金属的接触PIM抑制方法和实验验证

接触非线性是射频设备和电路中产生无源互调（passive intermodulation，PIM）信号的重要原因之一。基于对接触结点射频等效电路的分析，提出了一种基于共晶镓铟合金（eutectic gallium-indium，EGaIn）的PIM抑制方法。EGaIn不同于传统的焊锡，它可以在室温下实现接触结位置上的稳定、可重构连接。首先分析了射频（radio frequency，RF）下的金属接触结的电路模型。其次设计并实现了两个包含不同金属接触结构且工作在2.6GHz的平面倒F天线（planar inverted F antenna，PIFA）。最后比较了EGaIn焊接前后PIFA的互调水平，其中对PIM指标的最大抑制程度为35dB。验证了EGaIn可以在室温下对PIFA的接触结点进行可重构焊接，这为电连接中的非线性抑制提供了一种参考方法。     

考虑温度影响的干摩擦接触分子动力学研究

基于多尺度方法对干摩擦行为进行预测已成为当前研究热点。对于航空发动机等高温机械系统，温度对干摩擦行为影响至关重要。针对高温影响下微动界面摩擦行为开展分子动力学建模与分析，研究不同温度下微凸体的切向碰撞过程；考虑温度的升高使摩擦界面微凸体黏着作用增强，提出不同于赫兹接触理论预测的真实面积计算方法；基于所建的分子动力学模型和G-W接触模型，研究不同温度下接触面的摩擦系数，与实验测量的摩擦系数结果吻合，验证所提方法的正确性。对于在高温环境下接触、摩擦及微动等界面力学问题的研究提供了可借鉴的方法，同时为高温旋转机械动力学多尺度方法提供了可参考的解决手段。     

界面连接多盘转子旋转惯性模型及动力响应特性

针对工作在超临界状态下带有界面连接的多盘转子系统，采用惯性主轴偏斜描述质量分布，考虑各轮盘旋转惯性载荷随转速和弯曲变形变化的特征，建立了高速多盘转子力学模型。在定量描述加工/装配误差和连接结构接触状态影响下各级轮盘质量分布的基础上，探究了转子动力响应及支点动载荷幅值和相位随转速的变化规律。理论模型及仿真结果表明：在超临界状态下，转子旋转惯性力矩会使支点动载荷幅值随转速继续增大；而高转速状态下，连接结构接触状态的变化可能使多盘转子的质量分布发生改变，转子惯性主轴趋近旋转中心线，转子所受的旋转惯性载荷减小，体现出振动突降的响应特征。     

磁流体角速度传感器的固液接触电阻特性研究

针对基于磁流体动力学(MHD)的角速度传感器中源级输出电阻波动的抑制问题，主要分析了MHD角速度传感器金属电极与镓合金的接触电阻特性，以及随着应力改变和接触面粗糙度的变化规律。通过理论推导建立了传感器中固-液接触电阻的理论模型，并据此使用COMSOL仿真了不同接触应力下接触电阻的变化情况；使用接触角测量仪分析了电极粗糙度对接触电阻的影响，电极材料为铝或铁时，粗糙度由1.6增加到3.2时，接触角增加4°~10°。仿真表明，MHD角速度传感器的接触电阻随着接触应力的增加而减小，在1kPa应力变化范围内，固-液接触电阻急剧变化。接触角测试表明，随着粗糙度的增加，接触角增加，浸润性变差。     

一种用于信号传输的新型非接触耦合装置

针对非接触通信系统中的传统耦合装置所用铁磁材料存在感量宽温易变性、大量级振动应用和旋转端面安装受限性等问题，设计一种新型耦合装置，采用了印制铜线组或是多组导线绕制成型螺旋盘状的方式替代传统铁磁材料形成通信介质，从而实现了原、副边间的高质量通信，保证了其工程实用性。结合实例安装和多温度试验验证，该装置展示了安装方式灵活和宽温适应性强等特点。     

考虑界面损伤的立式贮存药柱结构完整性研究

为了进一步结合实际分析固体火箭发动机药柱在立式贮存条件下的结构完整性，考虑推进剂/衬层界面损伤模式在复杂应力条件下具有多样性。以某型固体火箭发动机为例，与常规将衬层设置为粘接单元相比，模型在推进剂与绝热层之间设置粘接接触。对固体火箭发动机在立式贮存环境时经历固化降温、充气内压和重力载荷联合作用下有无界面损伤时的发动机进行仿真分析。结果表明:界面损伤的存在导致推进剂/绝热层界面这个薄弱环节更危险；该型固体火箭发动机药柱在充气内压增大过程中在人工脱粘层根部部位应力呈先增大后减小趋势；在充气内压达到0.085MPa之前，推进剂与绝热层之间考虑界面损伤时，推进剂在垂直于轴向的靠近人工脱粘层根部部分更容易损伤，之后则推进剂垂直于轴向的初始点更容易损伤。该结论可以为固体火箭发动机结构完整性精确仿真提供一定的指导。     

基于齿顶结构设计的面齿轮接触性能优化

针对面齿轮传动系统存在边缘接触的问题，通过对面齿轮齿顶进行倒圆和削顶优化设计，改善面齿轮传动系统的接触 性能。利用有限元软件建立了含齿顶倒圆和削顶的面齿轮仿真分析模型，对传动系统进行准静态接触分析，研究了齿顶倒圆和削 顶对面齿轮传动系统啮合力、接触区域以及齿面最大接触应力的影响规律。结果表明：齿顶倒圆可以明显地改善面齿轮系统的边 缘接触并降低接触应力，但倒圆半径的增大会降低面齿轮的重合度，降低系统的承载能力，研究对象中面齿轮齿顶进行0.20倍模 数的倒圆较为合适。齿顶削顶可以降低面齿轮系统质量，但较大的削顶角度会恶化面齿轮接触性能，使齿轮副产生应力集中，从 而使齿轮接触应力增大，研究对象中面齿轮削顶角度为97.5°时较为合适。