飞行加速度条件下绝热层烧蚀实验研究

为了深入研究固体火箭发动机在飞行过程中前封头内绝热层碳化烧蚀率增大的机理和规律，国内外学者设计和研制了多种实验装置。本文在概述各种实验装置的基础上，进行比较分析，认为用烧蚀发动机在旋转实验台模拟飞行加速度开展绝热层烧蚀实验研究是一种经济实用的方法。     

小不对称再入体滚转气动力测量技术

为了解决小不对称再入体滚转气动力测量问题 ,北京空气动力研究所研制开发了以空气轴承为核心的滚转气动力测量技术 ,利用空气轴承自身旋转阻尼非常小的特点 ,使模型做自由滚转运动 ,一个特殊设计的非接触的光学测量系统测出模型的转角随时间的历程 ,用参数拟合的方法得到滚转力矩的大小和方向。为验证该项实验技术的正确性与可靠性 ,在5 0 0高超声速风洞中对 4个模型进行了吹风实验 ,吹风马赫数为 5 ,测量滚转力矩系数Cl0 和滚转阻力矩系数Clp。实验结果表明 ,该文方法数据合理 ,并较其它方法更具有鲁棒性。     

高效放电加工技术研究现状

电火花加工技术经过多年的发展,已经成为一门成熟且不可或缺的加工方法,新工艺、新方法和新装备层出不穷,如何提高加工效率一直是人们所关注的焦点。电火花加工过程中,为防止对工件产生损伤,要避免电弧放电,通过各种工艺手段提高加工效率的效果不明显。通过有效控制电弧通断,利用电弧弧柱极高的能量去除材料,可以极大地提高放电加工效率,是近年来研究高效放电加工的一个新方向。另外,放电烧蚀加工利用电火花放电作为诱导能量,控制金属基体与通入的氧气燃烧产生化学能用于蚀除工件,该能量远远大于脉冲电源的能量,是高效放电加工的另外一个新方向。放电烧蚀加工辅以其他方法形成复合加工,对已烧蚀表面进行优化处理,可以实现高加工效率的同时获得良好的表面质量。综述了电火花加工、电弧加工和放电烧蚀加工技术在高效加工方面的研究现状。     

TiC和ZrC颗粒增强钨基复合材料的烧蚀研究

用氧乙炔焰喷吹法对 Ti C和 Zr C增强钨基复合材料 ( Ti Cp/W和 Zr Cp/W两系列 )烧蚀性能进行了研究。结果表明 ,复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率由高到低的排列顺序为 :W>30 Ti Cp/W>4 0 Ti Cp/W>30 Zr Cp/W>4 0 Zr Cp/W( 30 Ti Cp/W表示含 Ti Cp 的体积分数为 30 % ,下同 )。对复合材料在烧蚀初期剧烈的升温过程进行了在线监测。 30 Ti Cp/W和 4 0 Ti Cp/W在烧蚀初期剧烈的升温过程中未能经受住约 2 0 0 0℃ /s升温热震而开裂 ,而 30 Zr Cp/W和 4 0 Zr Cp 能经受约 2 0 0 0℃ /s升温热震。在钨中加入 Ti C和 Zr C颗粒能明显提高钨的抗烧蚀性能 ,而且 Zr C颗粒比 Ti C颗粒更能提高 W的抗烧蚀性能。碳化物含量越高 ,材料的抗烧蚀性能越好。复合材料烧蚀机理是 W、Ti C和 Zr C的氧化烧蚀     

Al2O3型碳/陶功能梯度材料烧蚀试验研究

Al2O3型影陶功能梯度材料作为一种新型喷管热防护材料，其具有导热系数较低及良好的隔热性能。在氧乙炔烧蚀试验条件下该材料有很好的耐烧蚀性，但由于发动机内的工作环境更为恶劣，为了更好地反映材料在固体火箭发动机中的烧蚀情况，该研究工作采用了试验发动机进行烧蚀试验。结果表明，试验发动机中获得的烧蚀率数据高于氧乙炔试验数据。文中在试验基础上分析了Al2O3型影陶功能梯度材料在发动机工作条件下的烧蚀性能及导热性能。     

碳/碳材料体积烧蚀实验研究

通过实验手段研究了体积烧蚀在材料内部造成的微结构演变情况。给出了材料微结构沿烧蚀轴线方向的分布规律。研究了体积烧蚀对碳／碳材料烧蚀性能的影响。结果表明：服役条件下碳／碳材料发生体积烧蚀会使材料内部的密度、石墨化程度等发生变化，这些微结构变化对材料整体烧蚀性能的影响存在复杂的耦合效应。体积烧蚀对碳／碳材料整体烧蚀性能的影响并不总是消极的，在一定条件下反而有利于材料烧蚀性能的提高。通过本文的研究能够有效的提高碳／碳材料的烧蚀性能理论预测的精度。     

Mission feasibility analysis on deflecting Earth-crossing objects using a power limited laser ablating spacecraft

This paper analyzes several mission capabilities to deflect Earth-crossing objects (ECOs) using a conceptual future spacecraft with a power limited laser ablating tool. A constrained optimization problem is formulated based on nonlinear programming with a three-dimensional patched conic method. System dynamics are also established, considering the target ECO’s orbit as being continuously perturbed by limited laser power. The required optimal operating duration and operating angle history of the laser ablating tool are computed for various types of ECOs to avoid an Earth impact. The available final warning time is also determined with a given limited laser power. As a result, detailed laser operating behaviors are presented and discussed, which include characteristics of operating duration and angle variation histories in relation to the operation’s start time and target object’s properties. The calculated durations of the optimal laser operation are also compared to those estimated with first-order approximations previous studies. It is discovered that the duration of the laser operation estimated with first-order approximations could result in up to about 50% error if the operation is started at the final warning time. The laser operation should be started as early as possible because an early start requires a short operating duration with a small operating angle variation. The mission feasibility demonstrated in the present study will give various insights into preparing future deflection missions using power limited spacecraft with a laser ablation tool.     

基于TDLAS的电弧风洞流场Cu组分监测

电弧风洞是进行防热材料和防热结构考核与研究的必要设备，也是高超声速地面试验能力的重要组成部分，但电弧加热器的电极烧蚀会导致较为严重的流场污染，影响试验准确性。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），通过对20 MW级片式电弧加热器内部流场中Cu原子809.25 nm跃迁谱线进行实时测量，研究了电弧风洞流场中Cu污染情况和电极烧蚀情况。在获得Cu原子该谱线低能态数密度基础上，估算了运行功率分别在7.3、8.7、10.0和11.7 MW时流场中Cu组分（原子态和离子态）总数密度平均为10.6×10¹³、11.2×10¹³、11.7×10¹³和16.4×10¹³ cm^-3，同时得到平均电极烧蚀率约为1.65×10^-5 g/C。试验还发现，TDLAS信号在高温流场建立阶段起伏变化明显，并且在功率跃变时也会出现突然增强而后迅速回落的现象，表明电弧抖动会使电极烧蚀严重加剧。     

激光功率密度对纳秒激光烧蚀冲量耦合影响的数值模拟

为研究激光功率密度对纳秒激光烧蚀冲量耦合影响,建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型。以空间碎片常见材料Al为例,用建立的物理模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀产生的冲量随时间变化情况,数值结果和已有的实验数据符合较好。数值计算表明:辐照的激光功率密度越高,发生等离子体屏蔽时间越早,等离子体屏蔽越明显,能量利用率越低;随着激光功率密度的逐渐增大,获得的冲量逐渐趋于稳定,冲量耦合系数降低,数值计算结果与Phipps的最优能量耦合规律一致。      

Gr/Al防热材料的传热特性

通过对Gr/Al防热材料进行氧乙炔烧蚀实验,测定其在烧蚀过程中的升温特性曲线。发现在烧蚀过程中Gr/Al中Al的熔化和蒸发有效地减缓了材料的升温速率,起到很好的热防护作用,并根据Gr/Al的传热特性,建立了传热模型,理论计算与实验结果吻合较好。