空间引力波探测航天器关键技术分析

引力波信号极其微弱,给空间探测任务带来了极大的技术挑战,对航天器提出了更高的系统指标,目前的航天器已有技术在很多方面无法满足空间引力波探测。文章在对国内外空间引力波探测航天器介绍的基础上,对航天器无拖曳与姿态控制、连续可调微推进、超稳定温度控制等关键技术进行分析,并对中国天琴一号卫星在轨完成的关键技术及实现情况进行介绍。最后,提出了空间引力波探测航天器在位移模式无拖曳控制、微牛级连续可调微推进等关键技术上的发展建议。     

DLC涂层硬质合金微钻的制备及其切削性能

在硬质合金微型刀具加工高硅铝合金等难加工材料时,通过采用改进的热丝CVD装置开展了DLC涂层硬质合金微钻制备工艺优化,得到了最优沉积工艺,并配合高速加工高硅铝合金(Si15%)材料微小孔钻削性能对比试验,分析了刀具的磨损机理.结果表明:两步预处理方法适合复杂形状硬质合金衬底的预处理方法.钻削高硅铝合金时,DLC涂层具有低摩擦系数和高耐磨损特性,同等切削条件下,涂层微钻的切削寿命比未涂层硬质合金微钻提高了10倍.     

面向航空航天的金属多孔夹层结构钎焊研究现状及发展趋势

金属多孔夹层结构具有质轻,比强度、比刚度高,耐高温、耐腐蚀,消音、隔热等优异性能,在航空航天领域高端装备的应用受到越来越多的关注。钎焊法是实现金属多孔夹层结构芯体与面板连接的首选方法。然而夹芯与面板大面积钎焊过程中易产生钎料对薄壁母材溶蚀、焊合率低、焊接变形大、界面易形成连续脆性反应产物等缺陷,因此金属多孔夹层大面积钎焊仍有较大难度,迫切需要开展金属多孔夹层钎焊基础研究。国内外学者针对连接界面微区反应产物的种类和分布调控、薄壁母材的溶解预测、薄壁夹芯的焊接热变形控制等难题,研究了钎焊界面组织调控新方法、钎焊工艺–钎角形态–接头组织–接头力学性能的整体对应关系,阐明接头的组织演化规律,优化接头的力学性能,具有重要的科学意义及工程应用价值。本文从金属多孔夹层结构钎焊接头界面微区调控、基于力学性能优化的钎焊接头微观形态设计、钎焊过程对结构力学性能的影响及焊后强化方法和液态钎料对母材的溶解预测模型等国内外研究进展进行综述。     

微小型无人机飞控导航微系统设计与实现

随着技术的发展,微小型无人机智能化水平逐步提高,这对机载设备的小型化、轻量化提出了更高的要求。提出了一种基于系统级封装(System in Package, SiP)与封装体叠层(Package on Package, PoP)技术的微小型无人机飞控导航微系统设计方法,通过以晶圆级处理、芯片堆叠、倒装焊等为核心技术的SiP集成方式以及以穿塑孔(Through Molding Via, TMV)方式为核心的PoP集成方式,将飞行控制器中的核心硬件部分缩小为原尺寸的20%,大幅减小了系统的尺寸、质量与集成复杂度。产品实现与飞行试验表明,该微系统不仅可以满足微小型无人机飞行控制的需求,还能够降低硬件系统的设计难度,提高飞行控制器的可靠性与无人机的安全性。     

国外微放电设计与测试标准研究进展

微放电是航天器大功率微波部件不可避免的问题,为了满足航天器有效载荷发展任务需求,近年来航天器微波部件制造工艺、技术水平都得到大幅度提升,相应的验证测试也变得更为细致严谨,美国政府及航天工业联合建立了微放电检测标准,欧洲空间标准化组织修订其微放电检测标准,我国也建立了相关微放电检测标准。文章介绍了国外微放电设计与测试标准研究进展,主要介绍了与我国检测标准不同的部分,包括美国微放电检测标准中的最低微放电准则、微波部件分类及分析方法,欧洲微放电检测标准中的微波部件分类与微放电考核方法、多载波微放电测试方法,以期为国内微放电检测研究提供参考。     

一种星载巴特勒矩阵微放电特性的分析与验证

作为星载雷达发射微波功率合成的关键部件,巴特勒矩阵的微放电性能直接决定了雷达载荷的功率容量。因此,有必要对其微放电特性进行分析与验证。针对该需求,提出了一种用于大功率动态合成网络的星载巴特勒矩阵,并对其在真空条件下的微放电特性进行了分析与验证。第一,提出了一款用于星载雷达的大功率巴特勒矩阵,对其功率合成性能进行了分析。第二,为了对巴特勒矩阵微放电性能进行详细研究,对提出的巴特勒矩阵进行了微放电功率阈值仿真和自由电子分布分析。第三,为了验证分析结果的正确性,对该巴特勒矩阵进行了峰值功率14kW的真空微放电试验,验证了其在大功率真空环境下的微波传输功率容量。提出的巴特勒矩阵性能优良,为未来的星载雷达大功率微波部件提供了理论方法和关键技术支持。     

影响星载微波部件微放电阈值的Furman模型研究

星载微波部件的微放电效应是影响航天器微波传输系统独特的瓶颈问题之一。以星载微波部件微放电阈值仿真中广泛使用的Furman模型为研究对象,以平行平板传输线为例,研究并获得了Furman模型中本征二次电子、弹性散射电子、非弹性散射电子3类电子的模型参量对微放电阈值的影响规律,并通过对总二次电子发射系数的影响合理解释了微放电阈值的变化规律,为星载微波部件微放电阈值的精确仿真提供了规律指导。     

ZnO纳米棒阵列/QCM超疏水空间污染气敏传感器性能研究

空间环境污染监测中,石英晶体微天平（QCM）传感器可通过增加比表面积增强对有机污染分子的吸附能力,通过表面超疏水化减小水分子的影响,从而提高传感器的探测精度。文章采用水热法在QCM表面制备 ZnO纳米棒阵列膜,并对其形貌和物化性能进行实验测试。研究结果表明：ZnO纳米棒的顶端呈六边形,属于六方纤锌矿结构;ZnO纳米棒沿(002)晶面择优生长,具有较低的表面自由能;纳米棒之间存在空隙,表面接触角可达150°,表现出超疏水性能;ZnO纳米棒阵列增加了有机分子的吸附位点,使石英晶振吸附有机分子的能力更强;同时,ZnO纳米棒阵列具有一定的光催化性能,140 min内光催化降解罗丹明B的效率约为35.5%。以上研究工作可为空间环境有机分子污染监测提供技术参考。     

风扇/压气机周向模态识别中传感器角度偏差的影响

基于任意角度压缩感知(CS)方法分析了传感器安装角度偏差对风扇/压气机周向模态识别重构的影响,设计了一套自适应角度优化程序修正重构误差。利用数值试验探究了传感器角度偏差和数量对周向模态重构结果的影响,研究表明:当角度偏差等级为2.5%时,平均重构误差达到10%以上,若保证重构误差基本不变,将传感器数量从7个增加至25个,仅可以将角度偏差等级放宽至4%。而采用小生境微种群遗传算法进行自适应角度优化,在20 dB信噪比下,通过自适应角度优化可将角度偏差等级从2.5%放宽至10%,降低了传感器安装的精度要求。成功优化了一款冷却风扇在前三阶叶片通过频率下的主要周向声模态重构幅值。自适应角度优化算法有效提升了基于压缩感知的风扇/压气机周向模态重构可靠性。     

流动聚焦微通道中滴流模式下非牛顿液滴生成的实验研究

液滴微流控是微流控领域重要分支,其所涉及的生物流体往往具有非牛顿性质。为深入理解非牛顿性质对液滴生成的影响,配置4种不同流变特性的流体,系统研究流动聚焦微通道中滴流模式下的非牛顿液滴生成。结果表明：与牛顿液滴相比,非牛顿液滴生成表现出更显著的“连珠现象”;不同非牛顿性质对液滴生成的影响截然不同,剪切稀化和弹性效应对液滴尺寸和生成频率的作用相反。液柱颈缩动力学结果显示：单一的剪切稀化效应使得非牛顿液滴液柱颈缩过程与牛顿液滴相似,均只有流动驱动阶段;单一的弹性效应则使得非牛顿液滴液柱颈缩后期出现不同于牛顿流体的毛细驱动阶段;而剪切稀化和弹性效应的共同作用会导致液柱颈缩过程中更显著的毛细驱动阶段和液柱断裂后更显著的“连珠现象”。