煤基与石油基航天煤油掺混理化性能

研究煤基航天煤油和石油基航天煤油不同比例掺混的理化性质变化规律。将煤基航天煤油按照0～100%的比例与石油基航天煤油掺混得到9个样品,对混合样品分别测定其密度、馏程、运动粘度、结晶点、闪点、实际胶质等核心指标,并研究掺混比例和指标点的关系,在此基础上探讨混合油品对GJB 8087—2013《液体火箭发动机用煤油安全应用准则》的适用性。结果表明,两种煤油可任意掺混,各种理化性能均满足使用要求,掺混后的煤油无激励源时不发生化学变化,且呈互溶状态,可长时间放置。两种煤油中链烷烃、环烷烃、芳烃均属于弱极性物质,根据相似相溶原理,相互溶解性好,以任意比例掺混后,长时间放置也不会存在分层等现象。研究结果可为液氧煤油发动机试车及靶场加注时两种煤油能否掺混提供依据,对降低用户油品替换成本具有参考价值。     

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中,天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术,特别是针对移除海量的、尺寸在1~10 cm的危险碎片而言,更是具有独特优势。然而,这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高,目前的硬件水平还达不到实用指标要求,制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍,本文另辟蹊径,利用小卫星概念,提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座,通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度,最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数,根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力,结果显示,10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜,能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而,针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域,设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案,通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座,降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求,为该技术的应用提供了新的思路和途径,所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。     

半直接配点法在航天器追逃问题求解中的应用

采用半直接配点法求解时间固定两航天器追逃问题,提出一种新的数值求解追逃双方最优控制策略的方式,避免了求解非线性两点边值问题。在两航天器均为连续小推力假设条件下,以终端距离为支付函数,给出了半直接配点法求解此追逃问题的过程。在此数值方法中,根据半直接转换将微分对策问题转化为一个最优控制问题,由Gauss-Lobbato配点法最终将此最优问题转化为非线性规划问题,继而通过序列二次规划方法求解。这种半直接配点法避免微分对策问题最优策略的必要条件(两点边值问题)求解,并且数值稳定性好。数值仿真给出了追逃双发的最优控制策略和相应的追逃轨迹。     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

Si3N4/TC4活性钎焊连接机理与性能

针对Si_3N_4/TC4复合结构钎焊连接问题,研究了钎料和母材中活性元素Ti对Si_3N_4/TC4接头润湿性、界面结合机制和力学性能的影响。进行了润湿、接头显微组织分析和剪切强度试验,结果表明:活性元素Ti对于钎料在陶瓷表面的润湿起主要作用,Ag-Cu钎料通过TC4母材中Ti元素的长程扩散进入Si_3N_4界面虽然实现润湿,但形成的反应产物并不明显,陶瓷/钎料界面成为断裂薄弱区域。Ag-Cu-Ti钎料中Ti元素在Si_3N_4一侧界面富集形成TiN+Ti_5Si_3反应层,对钎料在陶瓷界面润湿性和接头断裂脆性都具有改善作用,接头剪切强度达到267.3 MPa。     

近地轨道航天器快速交会技术分析

航天器交会对接是空间工程的一项关键技术,是各种复杂和大型航天任务的基础。随着空间技术的发展,传统2天交会模式任务周期长的问题逐渐凸显。文章结合俄罗斯近期进行的近地轨道快速交会对接任务,分析快速交会技术应用、弃用、重新启用的发展历程和原因,基于俄罗斯传统2天交会对接方案,研究了减少交会任务周期的方法和快速交会对接任务周期范围,分析快速交会对接相位特性和可行性并提出应急方案,最后分析俄罗斯快速交会模式演化并提出改进措施。文章分析成果可为我国快速交会对接方案设计提供参考依据。     

大型航天器桁架式主承力结构构型拓扑优化研究

针对桁架结构和拓扑优化的特点,提出了一种连续体-离散体两级拓扑优化策略。应用该策略对大型航天器桁架式主承力结构的构型进行了优化设计。首先,使用HyperWorks软件对桁架结构的设计空间进行了有限元建模,应用连续体结构拓扑优化方法,得出了五传力点和七传力点两种准桁架结构形式,并提炼出与之对应的桁架结构;然后,对所得桁架结构进行拓展,并应用桁架式结构拓扑设计优化系统(TODOSST)对拓展后的桁架基结构进行了离散体结构拓扑优化,得到了五传力点和七传力点两种桁架方案。经对比,七传力点桁架构型方案在基频拓展性、设备预留空间可用性等方面均有比较明显的优势,可作为后续设计的基础。文章应用连续体-离散体两级拓扑优化策略,得到了满足基本设计要求的桁架结构基本构型,可为详细结构设计提供参考;所用优化策略也可为同类桁架结构设计提供借鉴。     

一种提高红外透射光学系统热分析精度的方法

工程计算中通常将常温物体在红外谱段的辐射简化为灰体辐射,即物体的单色吸收比与波长无关。针对谱段选择性较强的红外透射式光学系统,这一假设会对热分析精度造成一定影响,甚至可能影响最终的成像品质。文章提出一种红外透镜材料光学辐射特性的等效计算方法,考虑材料对不同波长辐射选择性的吸收、反射与透过,并根据在轨地球红外辐射、地球反射太阳辐射、载荷内环境辐射特性,等效出用于热分析计算的透镜红外吸收比、反射比与透过比。应用该方法通过IDEAS-TMG软件对某空间红外载荷进行仿真验证,精确计算出红外透镜温度。     

7A09铝合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能

采用电子束焊方法对7A09铝合金进行焊接,分析不同焊接工艺对接头显微组织与力学性能的影响,获得了焊缝表面成形良好的焊接接头。为了进一步改善接头区域的显微组织,以提高接头的力学性能,对接头进行焊后热处理。接头微观分析显示,焊态下接头熔合区由柱状晶和等轴状枝晶组成,初生相在晶界处聚集,形成共晶组织。在焊接过程中添加圆形电子束扫描,可改善接头焊缝成形,细化焊缝晶粒。接头经过焊后热处理,晶界初生相减少,较多的强化相η′(MgZn2)等在接头焊缝区析出。力学性能测试表明,热处理后接头的拉伸强度达 400.6 MPa,为母材拉伸强度的80.8%。拉伸断口扫描观察显示,接头断口表面分布有许多大且深的韧窝,呈明显的韧性断裂特征。     

炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能

以炭布叠层穿刺结构作为预制体,通过热梯度化学气相沉积(TCVI)工艺,制备了C/C复合材料,并沿不同纤维增强方向加工出C/C复合材料螺栓。考虑到机械加工对C/C复合材料性能的损伤,提出了C/C复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的模具,对所制备连接件的力学性能进行了测试表征,并利用偏光显微镜(PLM)和扫描电子显微镜(SEM),对C/C复合材料螺栓的微观组织结构及断口形貌进行了分析。结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,沿平行于炭布X-Y面方向(xy向)加工的C/C复合材料连接件具有较高的力学性能,螺柱的抗拉强度和剪切强度分别为52.3 MPa和49.8 MPa,圆柱销剪切强度为52.2 MPa。