大面源红外定标器热适配结构优化设计与验证

针对红外定标器在定标试验过程中因异质材料线膨胀系数不匹配导致结构热失配,造成低温状态下螺栓松动、降温速率慢、温度均匀性差,高温状态下玻璃钢隔热垫压溃等问题,开展大面源、宽温区、多材料体系红外定标器热适配结构优化设计与验证。从法向预紧力调控和面内翘曲变形控制两方面,筛选关键材料,调整装配参数,优化结构参数。采用仿真与试验相结合的手段,探究高低温状态下异质多层结构螺栓预紧力变化规律,验证红外定标器结构安全性和稳定性。最后通过升降温试验验证红外定标器关键技术指标。研究结果表明,选用聚四氟乙烯作为隔热材料,配合不锈钢螺栓,施加初始拧紧力矩介于10~18 N·m之间,调整安装孔孔径为25 mm以上,可有效控制预紧力变化,减小面内翘曲变形。全系统仿真结果表明在高低温状态下,连接安全有效的螺栓比例均达到了90%以上。热适配结构设计与优化可显著提高红外定标器降温速率,改善辐射面低温状态温度均匀性,结构安全性与稳定性满足设计要求。热适配结构优化设计方法可作为同类产品的参考。

复合材料与高温合金螺栓连接的热适配技术

为了改善高温环境下螺栓连接力学性能,避免热膨胀不匹配所导致的预紧力松弛,研究了高温合金螺栓连接的热适配技术.首先,推导了热适配螺栓的外形参数,指出高温合金热适配螺栓与复合材料的接触面应满足旋转对称的指数轮廓.然后,考虑到螺栓拧紧力矩试验通常在常温下进行,通过比较常、高温条件下的强度性能,推导出高温条件下螺栓预紧力矩的合理取值.最后,开展了普通螺栓与高温合金热适配螺栓典型连接单元的静力试验和振动试验.试验结果表明,热适配连接单元在高温下未发生预紧力矩松弛,而普通螺栓预紧力矩则明显下降,从而验证了所提热适配技术的有效性.

基于高导热碳纤维的HgCdTe大面阵探测器热适配结构在空间红外遥感相机中的应用

Hg Cd Te面阵探测器是空间红外遥感相机的关键部件,随着性能需求的不断提高,器件的规模尺寸不断扩大。Hg Cd Te面阵探测器在常温下与承载板进行装配,但在深冷状态下工作,需要耐受200 K左右的温度波动。由于探测器与承载板的线膨胀系数不匹配,温度波动会引起探测器翘曲变形,变形严重时,将导致探测器损伤。提出基于高导热碳纤维的Hg Cd Te大面阵探测器热适配结构,以碳纤维的轴向高热导率降低结构热阻,以碳纤维的极小抗弯截面模量实现热适配结构两端面间的刚度解耦。相对于探测器与承载板直粘,引入基于高导热碳纤维的热适配结构后,探测器与承载板间的热阻仅增加了约1%,而探测器热失配翘曲变形衰减了99.9%,解决了大面阵探测器与承载板间的热失配翘曲变形损伤问题。并对基于碳纤维的热适配结构制备工艺方案进行了简单介绍。

热适配螺栓连接及其配合界面位置影响分析

针对高温下传统高温合金螺栓连接复合材料结构时的热膨胀不适配问题,研究与设计一种热适配新型结构分体式金属螺栓,具备较好的高温防松效果。推导了高温剩余轴力与多种参数之间的理论公式,分析配合界面位置对高温防松效果的影响;建立有限元模型,模拟螺栓温升时的轴力变化情况;进行热适配螺栓与普通螺栓常/高温静力拉伸对比试验,结果表明该种热适配螺栓有较好的高温防松效果,印证配合界面位置对高温防松效果的影响方式。

结构热适配对压电传感器稳定性影响分析

压电传感器热稳定性的诸多研究均聚焦在压电材料本身,且主要针对材料的压电系数展开,围绕传感器整体结构及其热适配作用的研究甚少。文中以压电传感器整体结构作为研究对象,对目前普遍使用的轴向压缩型压电传感器提出热膨胀理论分析模型。针对某型压电传感器,采用静态与动态分析相结合的方式研究其高、低温环境(工况)下的性能稳定性。理论计算、静态分析、动态分析结果的一致性验证了文中采用的有限元分析方法的合理性。仿真分析结果表明:结构热适配作用是影响传感器性能稳定性的关键因素之一,忽略该影响因素的分析是不妥当的。

分离式热管用于空调热回收系统的研究探讨

介绍了分离式热管技术的传热原理与应用情况,根据分离式热管的传热特点,分别提出了运用分离式热管回收空调系统凝结水冷量和平衡大型建筑物冷热负荷的方法.指出了分离式热管用于回收凝结水冷量时应注意的问题,并对回收系统的经济性进行了分析;将分离式热管平衡建筑物冷热负荷的方法与适配式热回收热泵空调系统进行了比较,得出了分离式热管在回收空调凝结水冷量和平衡建筑冷热负荷中具有很大的开发应用价值的结论.

复合材料与高温合金螺栓连接结构高温振动防松试验研究

目的 针对温度补偿垫块和碟形垫片2种防松形式的复合材料与高温合金螺栓连接结构,进行高温振动环境下的防松试验研究。方法 推导连接结构预紧力与固有频率的关系,表明固有频率的变化可作为连接结构是否松动的判据。研究常温环境下螺栓预紧力对复合材料连接结构固有频率的影响,以及在常温、高温振动环境下温度补偿垫块和碟形垫片2种防松形式的热防松效果。结果 在常温振动环境下,2种防松形式的防松效果接近,在高温振动环境下,温度补偿垫块方案的防松效果优于碟形垫片方案。结论 复合材料与高温合金螺栓2种材料的热膨胀系数不一致引起的热适配问题是导致的螺栓松动的主要原因。