甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷对有机硅树脂耐热性能影响

采用甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷(M ethacryl-POSS)提高有机硅树脂的耐热性能。合成了甲基苯基硅树脂和M ethacryl-POSS接枝改性的甲基苯基硅树脂,采用傅立叶变换红外光谱表征了M ethacryl-POSS接枝反应前后甲基苯基硅树脂的结构变化;并通过TG和烧蚀实验比较了接枝反应前后甲基苯基硅树脂的热性能变化,采用DTG对比研究了M ethacr-yl-POSS对甲基苯基硅树脂耐热性影响机理。结果表明,经M ethacryl-POSS接枝改性后,甲基苯基硅树脂的耐热性能提高,在空气中的热降解程度降低。     

一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器设计及验证

针对月球轨道复杂的热环境,设计一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器,通过利用相变材料熔化蓄热、凝固放热的特性,实现对航天器在不同外界热环境条件下散热能力的调节。基于一系列简化假设,开展相变换热器仿真分析,计算给定入口温度条件下相变换热器的换热性能和熔化与凝固特性,并且详细分析相变腔体内相变材料的熔化过程。通过搭建相变换热器性能试验台开展试验研究,得到相变换热器运行的温度结果,验证了相变换热器设计的合理性。文章提出的耦合相变换热器的流体回路方案可作为载人航天器月球轨道飞行的有效热控手段。     

纳米二维黑磷的PTFE薄膜涂层的制备及其摩擦性能研究

采用旋涂法在7050铝合金表面制备了内含0、1.3%、3.8%纳米二维黑磷的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜涂层。选择载荷为1N(接触压力为501MPa)、2Hz频率和5.3mm滑动行程条件下(平均线速度为21.2mm/s),使用球-盘摩擦仪进行摩擦磨损试验。利用环境扫描电镜(ESEM)和三维白光显微镜分别对涂层磨痕形貌和磨损率进行表征。黑磷含量为1.3%和3.8%的PTFE涂层的摩擦系数(COF)分别降低了23%(COF:0.079)和27%(COF:0.074),其磨损率分别从2.554×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)降至0.758×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)(降低70.3%)和0.156×10~(-4) mm~3 N~(-1) m~(-1)(降低93.8%)。结果表明,纳米黑磷材料与PTFE的复合膜不仅具有较好的润滑作用,而且能有效提高PTFE的耐磨性。     

速度信息缺失的平动点轨道交会预设性能控制

以平动点轨道的交会对接为研究背景,基于高阶积分链微分器和预设性能控制理论提出了一种仅需相对位置信息的平动点轨道近程交会控制律。首先利用高阶积分链微分器估计两航天器的相对速度状态,并设计预设性能控制器使得两航天器的相对运动状态在预设的边界内渐近收敛到期望状态。然后利用李雅普诺夫函数证明相对运动状态存在扰动时控制器的稳定性。该方法为闭环控制,且与模型无关,容易在线操作。仿真结果表明,在平动点轨道航天器存在未知扰动以及导航制导等不确定的情况下,利用所提交会控制律能够实现追踪航天器与目标航天器交会任务的高精度实时控制,具有较强鲁棒性。     

基于2.5维小型化设计的UHF频段高性能超材料吸波体

提出一种基于2.5维小型化设计的高性能超材料吸波体,其吸波频带覆盖全球范围内超高频射频识别(Ultrahigh-frequency radio frequeny identification,UHF-RFID)系统工作频段。该吸波体结构借助多个金属化过孔增加回路电长度进行小型化并拓展吸波带宽,通过单独调节上下表面衰减电阻阻值缩小此过程中介质板厚度带来的极化差异。单元尺寸被缩小至13.6 mm×13.6 mm,约为中心频率波长的1/60。仿真和实验结果表明,该2.5维小型化高性能超材料吸波体在840～960 MHz的频带范围内平均吸收率超过99%,相比已公开文献,95%吸波带宽提高45%以上,可用于改善受限空间中RFID系统的可靠性。     

复合材料C型柱轴压失效分析的层合壳建模方法

由于易于设计、制造以及承载效率高,C型柱作为一种典型的垂向支撑结构,大量应用于大型运输类飞机货舱地板下部。以复合材料C型柱结构为对象,并结合复合材料C型柱轴向压缩试验,旨在发展其在轴向压缩载荷下失效分析的有限元方法。首先,对材料模型的应力-应变曲线进行参数化研究,明确Lavadèze材料单层模型、Puck IFF基体失效准则和Yamada Sun纤维失效准则中参数的物理意义并给出取值建议。其次,建立"层合壳"模型,模拟轴向压缩载荷下破坏失效的力学行为,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明,该建模方法能够较好地模拟渐进压缩破坏过程,平均压缩载荷、比吸能的预测值与试验结果具有较好的一致性。     

返回舱/空间探测器热防护结构发展现状与趋势

针对中国天地往返和深空探测领域对热防护结构的需求,综述了国内外返回舱和空间探测器热防护材料/结构的发展现状,着重介绍了包括蜂窝增强热防护材料、纤维增强热防护材料、组合式热防护结构以及展开式热防护结构等在内的代表性热防护材料/结构的设计理念和性能特征。在系统总结热防护结构发展趋势的基础上,分析了返回舱和空间探测器热防护结构发展中存在的关键问题,可以看出：纤维增强热防护材料在热防护结构重量方面表现出了突出优势,材料拼接设计成为结构发展的重要阻碍;组合式热防护结构设计在现有材料发展水平的基础上,将成为提高热防护结构效率的有力途径;展开式热防护结构有望使航天器有效载荷重量显著提升,但受限于柔性热防护材料性能和结构工艺,仍有待发展。更加频繁的天地往返运输和深空探测项目的开展必将对热防护结构发展产生巨大的推动作用。     

嫦娥四号着陆器月夜热电联供系统设计与验证

为了实现嫦娥四号着陆器在月球表面长期生存并完成月夜阶段温度采集任务,研制了一套高效的月夜热电联供系统。该系统主要由同位素温差电池(RTG)和两相流体回路组成。RTG发电废热在其端面集中排散,两相流体回路通过平板式蒸发器与RTG安装连接,收集热量传输到舱内。通过地面试验对系统功能进行了初步验证,试验中两相流体回路启动、断开正常,运行稳定。在轨飞行结果表明,该系统工作正常,实现了93%以上同位素核热源的热量用于温差发电器产生电能,并且收集了67%的发电废热用于舱内平台设备控温。     

一种用于纳米颗粒场致发射推力器的自中和技术

纳米颗粒场致发射推力器(NFET)是一种用于微小卫星的固体工质静电推力器,为促进NFET的工程研制,提出一种新的自中和技术——反向充电中和策略。为研究这种自中和技术的设计方法,建立相应的数值模型以模拟该中和技术下羽流输运过程,并且,在真空舱中开展NFET的羽流测量试验来验证中和模型的正确性。以比色温度计和"打靶法"装置来分别测量羽流温度分布和推力,通过试验与仿真结果的对比,羽流温度变化的试验结果与仿真结果在定性规律上一致,推力的计算误差在9%～10%。在验证模型正确性的基础上,利用该数值模型对关键设计参数进行数值分析。结果表明:引出极与发射极的内径比变化会导致外加电场对剩余电荷颗粒作负功,引起推力下降,该物理参数在0.94附近时,推力达到极大值;而随着颗粒直径的增加,羽流中和区域整体向下游推移,推力升高。本文结论可为NFET的反向充电中和策略提供设计参考。     

碳纳米管薄膜电热特性及其除冰性能

采用碳纳米管薄膜(CNTF)作为电加热元件,研究碳纳米管薄膜对玻璃纤维增强树脂基复合材料结构表面的除冰性能,同时研究其电热性能。SEM14μm左右。XRD表明CNTF样品为微晶结构,结晶度差且含有少量杂质。空气环境通电,升温速率和最高恒定温度随输入电压增大而迅速提高。输入电压为5 V温度95℃。在四次电热循环后,其表面电阻略有升高,均值从2.795Ω到3.870Ω。在9 V输入电压下,CNTF被迅速烧断,CNTF样品电流承载极限在1.8 A左右。利用其焦耳热性能进行除冰,质量为20 g冰块在树脂基玻璃纤维复合材料样品的表面脱落时间为240 s。表明CNTF在飞机除冰领域具有潜在应用价值。