卫星用高能激光防护技术发展现状

高能激光技术不断发展,逐渐成为卫星在轨安全的威胁。介绍了高能连续激光和脉冲激光武器对卫星损伤机制的研究进展。针对卫星太阳电池阵、相机、星敏感器等光学系统以及热控多层、复合材料推进剂储箱等非光学关键结构防护特点,总结分析了线性光学防护薄膜、非线性光学防护薄膜、相变材料、机械快门、高损伤阈值薄膜和防护罩等各种高能激光防护技术的主要原理、发展现状和技术特点。

第二宇宙速度再入高焓烧蚀试验

针对国内无法进行高焓气动热地面试验的难题,中国航天空气动力技术研究院研究团队利用磁等离子动力加热器、高频感应加热器和电弧加热器相结合的试验技术,实现了第二宇宙速度再入气动热环境的复现。试验技术在采用ϕ60 mm-SR90 mm等热流驻点模型时,可实现气流焓值范围8~87 MJ/kg,热流密度范围500~6800 kW/m2,驻点压力范围1~66 kPa,获得了4种典型防热材料烧蚀性能随高焓流场参数的变化规律,印证了碳硅复合热解防热材料的高焓烧蚀机理。在气流总焓一定的情况下,防热材料的烧蚀率随热流密度的增大而增大;在热流密度一定的情况下,防热材料的烧蚀率随总焓的增大而减小。该试验技术已经服务于探月后续项目,同时可应用于高温非平衡效应研究中,更可为将来的载人登月和深空探测提供设备基础和技术储备。

超声波检测方法在内嵌合金短切纤维模压复合材料中应用

内嵌合金外压纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)工艺用于航空航天飞行载体翼型结构成型时,复合材料与合金脱粘缺陷及其内部分层缺陷严重影响飞行载体安全性能。本文通过对复合材料内嵌合金试验件在不同条件下超声C-scan检测和超声A-scan检测试验结果对比,确定了超声穿透式C-scan检测方法和缺陷类型辨识方法。试验结果表明,本文检测方法对4mm×4mm以上缺陷可以准确检测,对脱粘缺陷和分层缺陷可以准确辨识。

层削法测试金属板材残余应力的计算公式

根据材料力学中矩形截面梁的挠度变形方程,推导了一种新的层削法测试矩形截面长条试样残余应力的计算公式,用此公式计算了厚度为165 mm的7050-T7451铝合金轧制板材的残余应力,将该公式计算的残余应力与现有标准公式计算的残余应力进行了比较。结果表明:当铣削层数不超过9时,采用该公式计算的残余应力与现有标准公式计算结果的相对误差不超过6%,说明该公式准确,可以用于计算金属板材残余应力。

航空材料疲劳失效的机理与预防策略研究

本文深入研究航空材料疲劳失效的机理与预防策略,首先介绍了疲劳失效的基本概念,包括疲劳载荷、循环次数以及裂纹的形成和扩展。通过探讨材料微观结构与疲劳特性的关系,揭示了晶体缺陷、材料韧性和强度对疲劳寿命的影响,进一步详细讨论了裂纹的形成机理以及裂纹扩展的路径与速率。在疲劳失效评估方法方面,概括了传统的S-N曲线法和极限应力法,同时介绍了先进的损伤累积理论以及微观结构建模与数值模拟的技术。随后阐述了多层面的预防策略,包括材料改良与优化、表面处理与涂层技术以及结构设计与优化。最后,本文探讨了当前面临的挑战,如复杂多变的工况和新材料应用的不确定性,并提出了未来研究方向,包括先进技术在疲劳失效预防中的应用和跨学科研究的前景。

闪光法测量C/C复合材料导热系数影响因素研究

C/C复合材料已在航空航天领域及原子能领域得到了广泛的应用,其工作温度可达1000℃以上。为对C/C复合材料导热系数进行测定,使用闪光法测定了C/C复合材料25℃至1000℃的热扩散系数和比热容,并对石墨喷敷、样品厚度、参比样品和修正模型的影响进行了研究。研究结果表明,为提高C/C复合材料热扩散系数测试准确度,样品应不喷敷石墨,测试结果使用渗射模型修正;为提高C/C复合材料比热容测试准确度,样品应均匀喷敷石墨,并使用石墨标准样品作为参比样品,测试结果使用Cowan模型修正。

基于局部自适应代理模型的复合材料结构可靠性评估

为了评估复合材料复杂结构的可靠性,开展基于局部自适应代理模型的可靠性评估方法研究.针对复合材料翼盒结构,建立基于局部自适应算法的应力响应面代理模型和基于Weibull分布的强度分布模型,并基于蒙特卡洛法与Hashin准则计算翼盒结构的可靠性;同时开展复合材料翼盒结构的准静态拉伸试验,获得失效位置、失效形式及力-位移曲线,并以二项分布估计试验结果的置信度.结果表明:翼盒结构的失效位置位于上端拐角处,失效形式为基体剪切断裂与纤维拔出,材料参数中剪切模量对失效位置应力响应影响最大,结构需要优化设计减小拐角处剪切应力;基于局部自适应代理模型的可靠性评估数值分析结果与试验结果相对误差为5.295%,准确地评估了结构的可靠性.

CFRP层压板脱黏缺陷红外脉冲热波层析成像检测

为实现基于红外脉冲热波成像检测碳纤维增强塑料(CFRP)层压板脱黏缺陷的三维层析成像,完善外场定量检测保障体系,提高层压板在服役过程中的安全性和可靠性,开展了红外脉冲热波层析成像方法与检测技术研究。制备了一种人工脱粘缺陷试样,采用红外脉冲热波层析成像检测技术对脱粘缺陷进行检测,分析了脱粘区和非脱粘区的表面热信号瞬态响应过程及红外脉冲热波层析成像对脱粘缺陷的检测能力。通过脱粘区与非脱粘区基于对数多项式拟合的重构热信号差,计算得到热信号极值时间图像,分析了脱粘区极值时间变化规律及缺陷状态;采用核函数模糊C均值聚类对相同缺陷深度对应的极值时间数组进行二分类,由此计算数组平均值作为缺陷对应极值时间;将该时间与脱粘区极值时间数组建立统计关系来构造断层图像序列,并计算其对应的缺陷深度;在此基础上,利用等值面绘制方法实现层压板脱粘缺陷三维可视化。研究表明,红外脉冲热波层析成像能够定量检测CFRP层压板脱粘缺陷,准确可靠显示层压板内部缺陷的分布和形貌,检测缺陷深度与实际缺陷深度的最大相对偏差低于15%,对工程应用具有一定指导意义。

基于双目视觉的纬编双轴向壳体复合材料纱线取向检测方法

为保证复合材料构件的性能,实现对预制体成型后构件表面纤维取向的高效检测,本工作基于双目结构光检测技术,开发了一种低成本的复合材料构件表面纱线取向重构系统。首先,标定转台轴线在世界坐标系中的位置;其次,将制备好的样品放置在转台上采集其三维图形信息,提取每次采集结果中经向和纬向纱线的轮廓信息;然后,将处理后的局部数据进行合并,得到样品整体的图形信息及纱线的空间轨迹;最后,评价了系统的纱线轨迹识别覆盖率和图形数据精度,并分析了其误差来源。试验数据显示,重构得到的纱线轨迹覆盖率达到80%,图形数据的误差均不超过0.2%。研究结果表明:设计的双目结构光测量系统是有效可行的,可为产品质量控制和工艺路线设计提供支持。

航空用复合材料加筋板冲击后剩余剪切强度研究

为准确预测受冲击后复合材料结构的剩余强度,以航空用复合材料加筋壁板为研究对象,基于层内损伤和内聚力理论,建立了冲击-剪切全过程仿真分析模型,并通过开展冲击-剪切试验,进行了结果对比分析.结果表明:冲击-剪切全过程仿真分析模型中第一分析步可以较为精确地预测出冲击试验的凹坑深度、分层损伤面积以及损伤外观形貌;同时,第二/三分析步也可以较为精确地预测出冲击后剪切试验的破坏载荷、破坏模式.

零件荧光渗透检测典型显示实例分析

零件经荧光渗透检测时,表面常呈现各种形态的荧光显示。这些显示是由在役使用、加工成型及表面处理等多种因素形成的。为使零件在荧光渗透检测中结果可靠,该文对在役的零件受力及服役情况进行分析,并对零件的荧光显示特征总结,浅谈荧光渗透检测技术在零件检测上的应用,有利于产品荧光渗透检测技术的提升。在实际检测中,往往需要操作人员对荧光显示特征有清晰的认识和辨别的能力,因此操作人员对荧光显示的判断与分析在荧光渗透检测中起着至关重要的作用。

复合材料机翼载荷的地面标定方法

为测量复合材料机翼载荷,提升飞机机体结构的安全性,以复合材料机翼为研究对象,基于机翼载荷-电桥响应方程的基本原理,采用回归分析逐步后退法确定机翼载荷方程系数,给出了机翼载荷方程分析方法。结果表明,双梁载荷方程可以较为精确地计算双梁承受的实际载荷,载荷方程的计算最大误差均小于2.52%。复合材料机翼载荷方程可较为精确地计算复合材料机翼承受的实际载荷,载荷方程的计算最大误差均小于1.7%,验证了载荷方程标定方法的正确性。

复合材料加筋板冲击损伤后剪切强度试验研究

为研究含冲击损伤复合材料加筋壁板剪切强度,提升飞机机体结构的安全性,以复合材料加筋壁板为研究对象,基于二维Hashin失效准则建立冲击前后剪切仿真模型,分析对比冲击前后剪切试验。结果表明,冲击仿真模型可较为精确地预测冲击的凹坑深度和损伤分布,凹坑深度相对误差为0.7%,冲击损伤分布基本相同,损伤均无明显向外扩张,由冲击正面至背面逐渐减弱。冲击后剪切仿真模型可较为精确地预测冲击后剪切的破坏载荷和模式,破坏载荷相对误差为7.47%,冲击后剪切破坏模式与试验破坏模式基本相同。

应力状态对磁记忆信号的影响

通过对20#钢试件拉伸时表面磁场的在线测量和20#钢试件经过不同程度拉伸并卸载后的表面磁场的测量,研究应力状态对磁记忆信号的影响。20#钢进行拉伸试验时,在应力集中部位,当变形很小时磁场信号变化平缓;产生一定程度塑性变形后磁场信号变化相对剧烈;出现颈缩现象时磁场信号变化非常剧烈。经分析认为,磁记忆信号的变化与材料内部微观组织的状态有关,试件变形很小时,磁弹性效应对试件表面磁场的变化起主要作用;试件变形较大时,其表面磁场的变化主要受塑性变形区内位错聚集产生的微缺陷的影响。

灯丝放电磁场约束型原子氧效应地面模拟试验设备

介绍了用于原子氧剥蚀效应研究的灯丝放电磁场约束型地面模拟设备 ( IFM)的构成及工作原理 ,简单阐述了装置的运行测量结果 ,分析了等离子体参数随试验条件的变化趋势。并用 IFM设备对 Kapton空间用材料进行了地面模拟试验 。

FGH4096合金“项链”组织研究

利用SEM、EDAX和TEM分析研究了FGH4096粉末高温合金的"项链"组织,并对该组织的拉伸性能和细晶化作用进行探索。结果表明:在热模变形后对FGH4096合金进行标准热处理和直接时效热处理均能够得到"项链"组织,其中等轴细晶(约4μm)均匀镶嵌在非等轴粗晶(约10μm)周围,该组织具有好的力学性能;经过多方向锻造变形和标准热处理后,"项链"组织中的非等轴粗晶已被完全细化,晶粒度级别由ASTM5～6细化至ASTM12以上,表明"项链"组织能够为细晶组织提供细晶储备。

不同粒径SiC对氟醚橡胶性能的影响

研究了不同粒径SiC对氟醚硫化胶力学性能,导热性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明,随着SiC粒径的减小,橡胶100%定伸模量增大,拉伸强度提高;填充体积含量为15%的20nm SiC时橡胶的综合力学性能比较优异;大粒径SiC与基体间的界面热阻更小,比小粒径填料更能提高橡胶的导热性能;不同粒径的SiC以一定比例并用也可以提高橡胶的导热系数;SiC晶须能显著提高橡胶的摩擦磨损性能。

合金成分及熔炼工艺对多元铌基超高温合金组织的影响

采用真空自耗电弧熔炼和真空非自耗电弧熔炼2种工艺熔炼了4种不同成分的多元铌基超高温合金,研究了合金成分及熔炼工艺对组织的影响规律。结果表明:4种成分的合金均由初生Nb基固溶体枝晶或初生(Nb,x)5Si3(x代表Ti,Cr和Hf元素)块和板条以及Nbss/(Nb,x)5Si3共晶团组成。随着Si含量的升高,组织中Nbss/(Nb,x)5Si3共晶团的含量增多且初生相也从Nbss枝晶转变为(Nb,x)5Si3块或板条。铌硅化物相为γ-(Nb,x)5Si3及β-(Nb,x)5Si3。大块或板条状硅化物内有微裂纹出现。

LY12CZ铝合金在EXCO溶液中的腐蚀行为研究

研究了35℃条件下LY12CZ铝合金在质量分数为20%的EXCO溶液中的腐蚀行为.利用体视显微镜测量了试样的最大腐蚀深度.实验中发现平行试样之间的最大腐蚀深度具有分散性,经检验确定其分布规律符合正态分布.实验数据表明LY12CZ铝合金在质量分数为20%的EXCO溶液中的腐蚀过程可分为3个阶段:最初的14h内符合S型曲线规律,为点蚀的萌生及发展阶段;随后发展为剥蚀阶段,其中14～120h呈线性规律,120h后呈二项式规律发展至实验结束.

真空长寿命自润滑电刷-滑环材料的研究

根据人造卫星消旋天线用电刷－滑环系统的技术要求，用粉末冶金法研制出一种具有低摩擦、耐磨损、电性能优异的电刷材料，并以３种币银材料分别与之配副，在真空（７～８ｍＰａ）和室温至２００℃下，通过负荷、速度、电流和时间等对其摩擦磨损和电性能影响的考察，选择出最好的偶件材料是币银－３．试验表明，这２种材料配副时，３年的总磨损高度小于０．１ｍｍ，电噪音低于５ｍΩ，符合长寿命和高可靠性的要求，可以应用于人造卫星的太阳能帆板和消旋天线上．