纤维增韧陶瓷基复合材料热端部件的热分析方法现状和展望

以陶瓷基复合材料（CMC）为代表的纤维增韧复合材料具有耐高温、高强度、低密度等特点,在航空燃气涡轮发动机、火箭发动机等动力装置中逐步得到工程应用。CMC材料因其自身特殊的结构特点,使得其导热系数呈现出明显的各向异性,进而导致传统基于均质金属材料的热分析方法将不再适用于CMC热端部件。总结了单向纤维、2/2.5维编织纤维、3维编织纤维等典型纤维增韧CMC材料导热系数预测方法的研究进展和CMC热端部件热分析方法的研究现状。综合来看,如何在热分析中高效引入CMC材料微观尺度信息,建立起精度高且工程可应用的CMC热端部件跨尺度热分析方法是目前亟需突破的技术难题。面向未来CMC热端部件的工程应用,基于三维微观结构特征重构的热分析模型是建立CMC热端部件高精度热分析方法的关键,同时热分析还需要同制造工艺、力学行为分析等进一步紧密结合。     

粉末热等静压成形TA7 ELI高承压泵壳体的性能和尺寸控制

基于粉末热等静压近净成形技术,在930℃/120 MPa/3 h的条件下开展了TA7 ELI（超低间隙）高承压泵壳体的成形研究,通过两批次粒度存在差异的粉末（粉末表面为胞晶形貌,D50为67μm、74μm）分析了制粉时的粒度波动对成形材料力学性能的影响,并结合有限元仿真手段开展了高承压泵壳体的粉末收缩规律研究。此外,根据高承压泵在液体火箭发动机中的实际服役情况,对近净成形的高承压泵毛坯进行解剖,分析了特征截面位置的显微组织及硬度分布情况。结果表明,粉末热等静压近净成形技术制备的TA7 ELI合金力学性能达到锻件水平,粉末粒度波动对合金力学性能无显著影响,高承压泵壳体的显微组织均匀,特征截面的硬度值波动小,壳体内部流道关键尺寸实测结果与模拟预测结果的最大偏差为5.37%。     

背面喷涂高辐射涂层的发动机防热材料电弧加热试验模拟方法

采用等离子电弧加热器双模型矩形湍流导管试验技术模拟了发动机内流热环境,对背面喷涂了

高辐射涂层的发动机防热材料进行了热防护性能考核。利用改进的试验件安装方法,在防热材料的背面提供

了开敞式的常温环境,使防热材料的高温背面能够对周围常温环境辐射散热,模拟了防热材料背面的换热环

境。采用K 型热电偶和单色红外测温仪测量了防热材料背面高辐射涂层的温度。根据以上两种不同测温方

式测量的温度曲线,得到了该背面喷涂的高辐射涂层材料的光谱发射率随温度的变化曲线。试验结果表明:背

面喷涂了高辐射涂层的材料背面温度比材料背面没有涂层的低了81. 1 K;当温度在1 103 ~1 153 K 时,该高辐

射涂层材料的光谱发射率着姿(姿=1. 6 滋m)为0. 89 ~0. 77,随温度升高,着姿呈下降趋势。

     

离心力场下多孔介质中热驱动换热的实验

以涡轮叶片新型超级冷却技术的研究为背景,在具有冷却通道的新型冷却结构中加入多孔介质,用实验的方法,模拟了离心力场下该新型冷却结构的热驱动换热现象,并与无多孔介质的情况进行了比较。实验结果表明:随着旋转速度、热流密度和冷气进口速度的增大,装有多孔介质的新型冷却结构的热驱动换热能力逐渐增强。同时实验研究发现,加入多孔介质后该新型冷却结构比未加多孔介质时具有更好的换热效果。      

试飞应变测试温度补偿研究

试飞测试中,通常采用加装电阻应变片的方式进行结构载荷测量。应变片的线缆阻值受温度的变化与被测材料的热扩展对应变测量结果影响较大,须选择合适的补偿方法对其进行消除。在开展试飞应变测试设计时,需综合被测环境等多项因素对应变片、测试线缆、温度补偿板、胶黏剂等进行合理选择。若考虑不充分,不但不能起到温度补偿的作用,还可能引入更大的误差。从实际应用的角度出发,结合试飞测试特点给出试飞应变测试过程中温度补偿的建议,同时选用一种胶黏剂对温补板安装的工艺进行实验,以说明温补板胶黏剂对应变测量的重要性。     

典型R-C系统主光学装置的热光学分析

文章采用热光学集成法对典型R-C成像系统某主光学装置进行热光学分析。     

温度变化对星载HgCdTe红外探测器性能影响分析

星载的HgCdTe红外探测器由于能探测导弹主动段尾焰而广泛应用于导弹预警和拦截,而星上红外探测器的工作性能直接影响着对导弹的识别和威胁判断.为了研究温度对星上红外探测器的性能影响,以HgCdTe探测器的温度噪声等效温差为性能参考、SBIRS近地轨道小卫星的宇宙环境为分析背景,结合目标的辐射能随距离变化分析和HgCdTe...     

高精度光学载荷安装平台热控设计及试验验证

某科学卫星的3台光学主载荷需实现对太阳共视,要求3台载荷的光轴平行度偏差小于30?,考虑到热弹变形的影响,光学载荷安装平台温度须控制在(22±5)℃。然而,载荷安装平台尺寸大（1.6 m×1.6 m×0.8 m）且处于舱外,外热流各方向相差大,温度均匀性控制难,故对该平台采取主动热控（PI闭环加热）和被动热控（多层隔热）相结合的热控措施。软件仿真显示,此热控方案下,载荷安装板及支撑杆温度可以控制在(22±3)℃;整星真空热试验显示,此热控方案下,载荷安装板温度可以控制在(22±2)℃,载荷支撑杆温度可以控制在(22±3)℃：以上均验证了热控方案可行、有效。     

基于金刚石氮–空位色心的微波磁场成像技术的可靠性研究

相对于单片微波集成电路（MMIC）芯片的设计与制造工艺发展,芯片的测试与失效分析研究进展缓慢。文章首先调研了基于金刚石氮–空位（NV）色心的高空间分辨率微波磁成像应用及通过磁成像技术反演电流分布的技术进展;继而进行了基于NV色心系综微波磁场成像技术的MMIC热态可靠性研究。结果表明：利用基于金刚石NV色心的微波磁场成像技术,对毫米波微波芯片表面的二维矢量场进行高空间分辨率、高灵敏度的快速成像与重构,可以采集芯片在正常和非正常工作状态下的磁场成像信息;进一步对微波芯片内部的信息进行反演重建,可以实现芯片内部故障点的精确定位诊断和潜在故障点排除。所做研究有望为芯片设计、生产、测试提供可靠性诊断。     

引力波探测中的超低频热噪声传递特性分析

建立了基于温度振幅谱密度的低频温度噪声传递模型,并通过实验验证了模型的准确性,通过该模型研究低频热流条件下,热源频谱特性以及热控材料的厚度对温度噪声传递的影响。研究结果表明：随噪声频率的增加,经过被动热控材料抑制的温度噪声逐渐降低,并最终基本保持不变,说明在文章提供的材料条件下,超过0.17 Hz时适合用被动热控材料进行温度噪声抑制,低于0.17 Hz时需要采用主动热控方法进行抑制;随被动热控材料厚度的增加,温度噪声的对数线性降低,对于超低频温度噪声需要采用更厚的热控材料,从节省空间资源的角度,超低频温度噪声更适合用主动热控方法进行抑制。