离子推力器三栅极系统的3维PIC仿真

为优化离子推力器中栅极系统设计,采用三维粒子云网格(PIC)仿真方法对三栅极系统等离子体输运过程进行了仿真,并与两栅极仿真结果进行对比,分析了三栅极特有的减速栅对栅极系统内束流分布、电子返流阀值、截止电流和交叉电流阀值、离子通过率和发散角损失等参数的影响。研究结果表明减速栅的主要作用包括:对离子通过率无影响,对截止电流影响不明显,但可大幅减弱甚至消除交叉电流限制问题;对加速栅腐蚀有明显的抑制作用,工作区间内的加速栅电流降低50%;增强了下游区域的径向电场,部分离子会偏离主束流区域,导致发散角损失增大;可改善加速栅孔附近电势分布,对电子返流阀值影响明显,对于1~4 A的束电流,仅需-60^-50 V的负偏压便可实现对电子返流的抑制。

航空航天智能材料与智能结构研究进展

智能材料作为新兴多功能材料,能够实现结构功能化、功能多样化。智能结构是在结构中集成智能材料作为传感器和驱动器,使结构除了具有承载、传力、连接等功能外,还具有自感知、自诊断、自驱动、自修复等能力,以更好地适应外界环境的变化,可显著提升航空航天架构的性能。目前智能材料与智能结构已成为航空航天架构减重增效研究的重点。根据国内外智能材料和结构的研究进展,综述了压电材料、铁磁材料、形状记忆材料、智能复合材料等智能材料的发展;讨论了智能结构的研究及应用前景,包括自诊断智能结构、自修复智能结构和减振降噪智能结构;最后,指出了智能材料与结构当前面临的一些挑战性问题,展望了其在航空航天领域的应用前景。

基于超声导波的航空航天结构损伤诊断成像技术研究进展

超声导波损伤诊断成像技术是近年来无损检测/结构健康监测领域的研究热点,它能够直观反映航空航天结构上的损伤位置及严重程度。概述了超声导波诊断成像技术的一般流程,介绍了8种具有代表性成像算法的研究现状,包括相控阵成像、空间-波数滤波器成像、逆时偏移成像、时间反转成像、延迟叠加成像、基于模型成像、层析成像和概率成像,对比了这些成像算法的应用范围和优缺点,最后结合实际工业应用需求讨论了超声导波诊断成像技术面临的挑战和发展方向。

基于超声导波的返回舱热防护结构烧蚀层厚度监测方法

为实时监测航天器返回舱烧蚀层厚度,文章基于超声导波在双层板结构中的传播特性研究发现导波波速与烧蚀层厚度相关,故提出依据导波波速变化对结构烧蚀层厚度损失进行表征的方法,以及根据导波频散曲线和厚度敏感曲线选择适当的监测模态和频率的方法,可以实现烧蚀层厚度的高效率、高精度实时在线监测。有限元仿真和实验结果均验证了该烧蚀层厚度监测方法的有效性。

基于自适应时间反转聚焦的加筋复材板冲击定位

复合材料结构在航空航天、海洋工程和轨道交通等领域中占有重要地位。但由于复合材料在抗冲击性能方面存在缺陷,实时在线的冲击监测技术越来越受到关注。本文提出了基于自适应时间反转聚焦的加筋复材板冲击定位方法。首先,利用结构表面布置的压电传感器网络接收冲击响应信号;然后,利用连续小波变换提取冲击响应信号的窄带Lamb波信号,使用窄带Lamb波信号的包络特征,根据时间反转聚焦原理,构建以冲击位置坐标和窄带Lamb波群速度为变量的虚拟时间反转成像函数;最后,迭代计算不同群速度下对应的虚拟时间反转成像结果,根据不同群速度对应的图像最大像素曲线获得自适应时间反转聚焦图像,从而实现冲击定位。利用尺寸为800 mm×400 mm(长×宽)的加筋编织复材板进行落球冲击实验,验证该方法的有效性。结果表明该方法可以准确的识别冲击位置,且在引入噪声、传感器数量减少和变温情况下仍然具有较好的精度。

碳纤维复合材料损伤的超声检测与成像方法研究进展

碳纤维复合材料具有密度小、弹性高和韧性好等特点,被广泛应用于航空航天和汽车工业等领域。由于碳纤维复合材料制作工艺的复杂性和不稳定性及服役期间易受环境的影响,易产生分层、孔隙、纤维褶皱等各种类型的损伤。介绍了基于体波或导波的C扫描、相控阵、空气耦合、激光超声、光纤超声检测技术的原理、特点及用于碳纤维复合材料损伤检测的研究现状。综述了最具有代表性的损伤诊断成像算法,包括全聚焦成像、三维可视化成像、层析成像、逆时偏移成像和概率成像方法,这些成像方法能够有效地实现碳纤维复合材料各种类型的损伤形貌图像。从建立复杂构件的碳纤维复合材料层合板的阵列声场模型、优化损伤成像算法、构建智能/高效/实时化的结构健康监测成像系统、建立损伤定量评估标准、结合机器学习和数字孪生技术实施损伤诊断评估和寿命预测等方面进行了展望。

基于压电传感器的树脂基复合材料固化过程监测

复合材料固化成型工艺是影响树脂基复合材料结构性能的关键之一,因此需要针对其固化过程进行有效在线监测。本文基于压电传感器提出一种超声导波技术和机电阻抗技术相结合的树脂基复合材料固化过程监测方法,研究了超声导波能量与固化时间的关系及机电阻抗共振峰随固化时间的变化规律。研究表明,固化过程中树脂基复合材料结构的超声导波信号幅值和机电阻抗信号共振峰频率均出现先减小后增大并逐渐平稳的趋势,可以体现树脂基复合材料固化过程中的一系列变化。以监测单向碳纤维(T300)/热固性环氧树脂预浸料固化为例,验证压电传感器对复合材料固化的监测方法。T300/热固性环氧树脂复合材料在真空袋压、固化温度为120℃条件下,20 min为凝胶时间点,65 min为固化完成时间点。本研究基于压电固化过程在线监测方法为树脂基复合材料成型工艺的设计和优化提供了基础数据和技术支撑。