可重复使用热防护材料研究进展

具有轻量化、耐高温、高抗损伤、重复使用、易于维护等性能的热防护材料是空天往返飞行器的关键材料,影响飞行器的先进性、可靠性、维护性和经济性。本文针对可重复使用飞行器机身大面积、头锥、翼前缘以及控制面等部位所需的热防护材料,综述了刚性隔热瓦、柔性隔热毡、抗氧化C/C、C/SiC、TUFROC等可重复使用热防护材料的发展历史、研究现状及在飞行器上的应用情况。总结了高温服役过程中典型热防护材料的损伤及性能衰减行为,并提出以材料损伤为基础,研究材料的可重复使用性能及寿命预测方法。最后,提出研制高性能可重复使用热防护材料、发展热防护材料可重复使用理论方法与标准、建立可重复使用热防护材料数据库是该领域今后需要重点关注的方向。

重复使用运载火箭液体动力技术发展

重复使用是未来运载火箭更新换代的技术发展趋势,是降低航天发射成本、实现规模化航天发射的有效途径。重点概述了国内外垂直起降重复使用运载火箭动力技术的发展现状,分析了垂直起降重复使用运载火箭发射和回收全任务剖面,总结了垂直起降重复使用运载火箭动力技术的特点,包括宽范围入口压力多次启动技术、大范围快速高精度推力调节技术、故障诊断及健康管理技术、状态检测与维修维护技术等。

液氧甲烷重复使用运载器关键技术发展研究

基于液氧甲烷发动机的重复使用运载器在重复使用和使用维护方面具有优良的性能,成本更低。世界各国正在加速开展相关研究及工程研制,典型代表包括火神运载火箭、朱雀二号运载火箭等。对基于液氧甲烷发动机的重复使用运载器的技术特点、面临的技术挑战进行分析,并基于此提出后续重点研究内容,包括重复使用总体设计与评估技术、上升再入返回着陆一体化制导导航与控制技术、大尺寸轻质结构与制造技术、重复使用液氧甲烷发动机技术、健康管理预测与重复使用运行维护技术、重复使用热防护技术等,为后续开展液氧甲烷重复使用运载器工程研制奠定基础。

2023年国外重复使用运载火箭发展综述

1概述近年来,美国太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰”(Falcon)系列火箭凭借复用能力,实现了高频次发射,极大提升了进入空间能力,支撑了“星链”(Starlink)低轨巨型星座的部署和应用,同时还有效降低了发射成本。当前,SpaceX公司正在发展完全重复使用的“星舰”(Starship)系统,百吨级的低成本、高频次发射能力或将进一步推动航天产业的颠覆性变革。

重复使用飞行器分布式连接结构振动及疲劳研究

准确计算重复使用飞行器与发动机之间分布式连接结构的振动特性及疲劳寿命是确保航天运输系统安全运行的前提和基础。以分布式连接结构为研究对象,用实验验证了有限元仿真方法的可行性,从时域和频域探究了分布式连接结构的振动特性,计算了不同工况下分布式连接结构的疲劳寿命。研究结果表明,连接结构滞回曲线的有限元结果与实验结果吻合较好;在不同激励频率的循环载荷作用下,连接螺栓发生应力增长或应力衰减,出现疲劳效应;分布式连接结构在第1、第5阶固有频率处激发较大的响应;降低激励幅度能够极大延长连接结构疲劳寿命,增大螺栓预紧力也能够延长疲劳寿命,但增大激励频率只能够稍微缩短时间寿命,周期寿命仍在同一量级上;引入热和蠕变影响之后,分布式连接结构最多只能承受5次热循环载荷。

重复使用火箭发动机推力室疲劳寿命研究进展

再生冷却推力室内壁的热-机械疲劳失效严重影响重复使用液体火箭发动机的可靠性和使用寿命,疲劳分析在内壁损伤机理研究、寿命预测和结构优化设计中具有重要作用。简要回顾了推力室再生冷却结构热-机械疲劳分析方法的发展历程,重点围绕材料本构关系、热-力响应计算和疲劳寿命模型,对比梳理已有方法,讨论其特点及应用。基于研究进展与工程需求,从全服役周期瞬态载荷环境、材料本构关系、热-机械损伤模型及验证、基体与涂/镀层耦合失效分析和基于有限数据的工程方法等方面给出了进一步研究的方向和建议。

可重复使用液体火箭发动机涡轮泵轴承设计及试验

可重复使用液体火箭发动机研制需求的出现,对涡轮泵结构可靠性设计提出了更高的要求。针对涡轮泵中轴承在低温、高速、重载、重复启停等恶劣工况下容易失效的问题,以某型可重复使用液氧/煤油火箭发动机涡轮泵为研究对象,从结构、材料、保持架等方面对涡轮泵轴承进行了设计和动力学计算分析。根据涡轮泵工作工况,设计了低温和常温轴承运转试验系统,进行了轴承重复启停运转试验,试验过程中对轴承温度和运转转速进行监测以便判断轴承状态,试验后检查轴承钢球和滚道均正常,并对轴承设计参数进行复测发现无较大偏差。试验结果表明,设计的涡轮泵轴承在设计转速下可以完成预定的重复启停运转,同时试后同批次轴承搭载发动机试车考核成功重复点火十余次。

可重复使用飞行器用低密度烧蚀防热涂层研究

通过简便、高效的方法合成了硅氮化合物,以此为固化剂,分别完成了轻量化组元和烧蚀维形组元研究,最终获得了热稳定性优异、高温下尺寸稳定性高、抗烧蚀性能好的可重复使用飞行器用低密度防热涂层。结果表明,该防热涂层经过有限次静态烧蚀,密度、质量保留率均趋于稳定,力学性能能够满足使用需求。涂层经过高达10次石英灯烧蚀考核,防隔热性能无下降;经过5次风洞烧蚀考核,防热涂层抗烧蚀、防隔热性能无下降,进一步证明该种防热涂层经过有限次重复使用,仍能够对飞行器起到良好的热防护作用。

可重复使用飞行器地面系统超融合设计及应用

针对可重复使用飞行器地面系统应用要求和现行方案存在的问题,改变各分系统独立设计思路,将地面系统作为一个整体,将其广义的各类计算机抽取出来,进行超融合设计,通过软件定义硬件和服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、显控桌面化,可实现根据各分系统任务需要,进行计算机资源的灵活分配和动态调度,以虚拟机、云桌面的形式供各分系统使用,简化了地面系统的配置和部署,实现了地面系统的通用化、简易化、便捷化、可配置化、高可用性;与各分系统独立设计方案应用对比和性能测试表明,地面系统超融合设计减少了IT设施32%,缩短了部署时间52%,降低了运维复杂度60%,可用性达到了99.9%以上,服务延迟率低于44%,并可实现灵活配置,能适应不同型号的可重复使用飞行器应用。

液体火箭发动机可重复使用性设计技术分析

为适应可重复使用液体火箭发动机设计研制的需要,以航天飞机、猎鹰9号火箭和X-37B的动力系统为对象,开展了可重复使用液体火箭发动机关键设计技术研究。文献调研与工程研制经验相结合,从运维体系建设、核心件功能设计、成本化设计与控制等方面,分析了发动机可重复使用性设计方法,提出了关键技术难题。研究结果表明:发动机的深度变推力技术、多次启动技术、喷管大角度调节技术,以及故障诊断与监测技术等,是火箭顺利回收的基本保障技术;液体火箭发动机有着显著的高、低温,强振动工况,极端环境材料性能数据建库技术、寿命设计与控制技术、全寿命周期运营体系设计技术等是迫切需要解决的关键技术难题;以发动机的性能、可靠性、维修性、安全性和保障性发展的发动机成本限额设计技术将会成为解决发动机可重复使用性的高新技术。

重复使用火箭发动机涡轮泵载荷谱编制方法

重复使用火箭一子级发动机通过多次点火将火箭送入预定轨道后,返回并定点回收,多次启动-关机会产生损伤累积及疲劳问题,掌握液体发动机涡轮泵真实载荷谱,是可重复使用火箭发动机研制中一项重要工作。针对重复使用火箭一子级发动机涡轮泵提出了载荷谱编制方法。根据回收任务方案,确定任务全周期飞行剖面,建立火箭动力学方程,计算一子级各飞行剖面发动机推力调节范围及质量流量。基于推进剂组分、质量流量等参数推算涡轮泵转速及功率变化,编制转速谱和功率谱。通过对SpaceX公司猎鹰9一子级陆地回收任务CRS-11分析,编制该任务全周期载荷谱,得到一子级发动机推力谱、涡轮泵转速谱和功率谱,通过真实推力数据验证载荷谱编制方法。研究结果可为重复使用发动机研制提供支撑。

重复使用液体火箭发动机原位无损检测技术应用及展望

重复使用航天运载器是国家战略科技的前沿,研制可重复使用液体火箭发动机成为这一趋势下的迫切需求。火箭返回后发动机是全箭重点检测和维护对象,通过无损检测技术手段在发动机原位状态下获得结构健康状态信息,快速判断产品寿命是否满足再次使用要求,对提高液体火箭发动机重复使用可靠性至关重要。综述了当前应用于航空航天领域的无损检测技术,对其在液体火箭发动机中的适用性进行了评估和分析。结合液体火箭发动机特点和重复使用无损检测应用场景,超声检测、数字图像测量、羽流光谱和快响应动态传感器等技术亟需开展研究,同时应开发自动化、智能化专用检测设备,形成快速使用维护处理与检测系统,实现液体火箭发动机便携高效、缺陷可视化和定量化等检测能力。

美军重复使用运载火箭评估方法浅析

近年来,猎鹰-9(Falcon-9)和“猎鹰重型”(Falcon Heavy)火箭的一子级垂直起降复用技术渐趋成熟,成为美国防部(DoD)“国家安全航天发射”(NSSL)计划下的主力型号。NSSL是美重要军事载荷可靠进入空间的基本保障,为识别和降低发射任务风险,美军以一次性使用火箭为基础,建立了从设计到首飞再到重复使用全流程的火箭技术要求和规范,即重复使用运载火箭评估方法,确保发射活动的可靠性。重复使用运载火箭评估包括以“非周期性设计验证”(NRDV)为核心的任务保证,以及针对结构系统、复合材料、推进系统和电气系统等各分系统的可靠性检验。本文通过梳理NSSL任务保证要求,分析其重复使用运载火箭评估方法,以提供参考借鉴。

重复使用液氧贮箱设计、制造与试验研究

重复使用贮箱是重复使用运载器的关键部件,使用寿命长,受力复杂,构型独特,是重复使用运载器研制的难点,为找到一种科学合理的研制方法,本文对重复使用液氧贮箱的设计、制造与试验进行研究。在传统火箭贮箱研制的基础上,进行了创新研究,阐述了设计思想、设计理念和贮箱材料选择,发明了液氧贮箱的前支撑、消能器与箱内附件的连接结构;对箱底的成型工艺和箱体的焊接方法进行研究得出:整体旋压成型工艺优于传统的瓜瓣拼焊工艺,真空电子束焊接可以保证箱体质量和尺寸精度;关于试验的创新包括用试片级前支撑结构选型试验和强度极限试验取代全尺寸真实环境试验,进行箱外消能器测试而不是箱内测试,以及将光纤检测技术纳入传统的箱体静力试验。

贝里集团推出可重复使用的聚丙烯餐具

这款碗采用优质聚丙烯(PP)材料制造,可安全接触食品且易于回收,其坚固的结构使其可以在洗碗机里使用,便于清洁且符合高卫生标准。碗的外部采用哑光表面结构,可以抵抗划痕,而内部光滑卫生,能最大限度地减少细菌滋生的风险。此外,透明的盖子可以展示各种类型的食物,从餐点、新鲜沙拉到美味的小吃和甜点。碗和盖子都可以使用模内贴标技术,用于品牌宣传。餐碗和盖子还支持高效的运输、储存和方便现场操作,其内部堆叠结构和易于操作的设计使得服务员可以同时提供多份食物。此外,碗和盖子可以互换使用,盖子也可以作为盘子使用,提供了最大的灵活性。

垂直起降重复使用运载火箭总体设计优化方法研究

针对垂直起降重复使用运载火箭总体设计多约束耦合问题,通过分析箭体构型、动力类型方案及动力布局类型,提出了优选两级单芯级构型、液氧甲烷动力和液氧煤油动力以及优选中小发动机多机并联方案,并优选5、7、9机并联动力布局。采用齐奥科夫斯基公式,对垂直起降重复使用运载火箭的运载能力进行估算,并以一二级间比为优化变量,进行初步总体优化,得到在不同箭体直径、动力类型和动力布局下的基础运载能力,结合长细比分析得出两级单芯级、奇数台发动机并联的垂直起降重复使用运载火箭总体方案。

金属U-E密封结构重复使用性能数值分析

液体火箭发动机金属密封结构工作在严苛的力热耦合环境中,其循环应力-应变行为和棘轮应变累积效应会显著影响密封环的回弹能力和疲劳寿命。基于统一黏塑性理论对其循环使用过程进行数值研究,采用Chaboche非线性随动硬化和饱和型各向同性硬化模型共同描述密封环基体材料的循环力学行为,分析了密封环经历8次循环使用过程中主副密封唇宏观接触合力的演化规律和局部塑性应变累积部位的损伤进程。结果表明:副密封经历循环力热载荷作用后,由于叠加了显著的棘轮应变,残余塑性应变和累积塑性应变远高于主密封,导致其回弹能力衰减快于主密封且疲劳寿命短于主密封,在重复使用过程中不能发挥冗余设计作用。此外,提高的介质压力和预紧力不足均会导致塑性应变的加速累积,进而影响密封环的循环压缩回弹性能和疲劳寿命,应在装配过程中注意控制预紧力。

推动塑料重复使用:政策梳理与国际公约展望

在过去50年间,全球塑料消耗量增长了20多倍。据估计,如果不采取行动,到2034年,全球的塑料消耗量将再翻一番。中国已于2019年成为全球塑料产量最大的国家,塑料消费量更是与日俱增。一次性塑料包装在全周期内,从生产到回收,都在以不同形式对环境产生各种负面效应,特别是在生产和回收阶段,它们会排放大量的碳,加剧气候变化。

国内商业航天对航班化重复使用运载火箭的探索实践

为实现航天运输系统航班化的终极发展目标,从复用频次与飞行后维护检修角度调研了行业现状,提炼了面向航班化重复使用运载火箭技术的重点发展方向。首次对外公开介绍了星际荣耀垂直起降验证飞行器在复飞准备阶段的探索实践,国内商业航天所采用的重复使用液体火箭方案及快速复用能力得到验证。

可重复使用医疗器械的清洗消毒

可重复使用医疗器械的清洗消毒至关重要,是去除医疗器械表面的污垢、血液、组织残留物、有害微生物等,保障医疗器械的洁净度,降低交叉感染风险,确保医疗器械安全使用的有效途径。总结了微生物和有机物在可重复使用医疗器械表面附着的特点及清洗消毒的难点,介绍了可重复使用医疗器械清洗消毒的常规过程以及技术方法,以及清洗消毒产品和质量监测现状。最后,分析讨论了可重复使用医疗器械清洗消毒的发展趋势。