民用飞机油箱口盖抗低能量发动机碎片冲击适航验证技术研究

目的依据适航条款CCAR25.963-e-1的要求,对民用飞机油箱口盖抗低能量发动机碎片冲击能力的适航符合性进行研究。方法根据适航验证工作需要,制定了飞机油箱口盖抗低能量发动机碎片冲击的适航符合性验证流程,明确了适航取证需要考虑的油箱口盖范围和撞击角度,建立了发动机碎片有限元模型,开展了油箱口盖抗发动机碎片冲击的仿真分析与试验室试验。结果仿真结果与试验结果对比分析后,二者基本一致,仿真分析基本能预测试验结果。结论该仿真分析方法可供飞机口盖抗碎片冲击设计使用,该油箱口盖抗低能量碎片冲击适航符合性验证流程可供相似飞机适航取证参考使用。

裂变碎片火箭发动机的蒙特卡罗模拟研究

2005年,美国Grassmere动力公司提出了一新型的空间推进概念——基于尘埃等离子体的裂变碎片火箭发动机(FFRE),NASA的NIAC项目2011年支持了这一概念的研究。其设计将裂变反应堆置于磁镜装置中,堆芯为磁约束的含铀尘埃等离子体,尘埃颗粒为半径100nm,高速裂变碎片从堆芯中逃逸,反冲产生推力,比冲理论上可达几百万s。本文将详细讨论FFRE中的物理过程,基于蒙特卡罗方法的MCNP和SRIM程序,模拟计算反应堆临界质量和裂变碎片的输运过程;基于热峰模型,计算尘埃颗粒温度的变化。反应堆设计的优化结果是使用氧化铍作反射层,氧化锎尘埃等离子体作核燃料,受磁场约束,碎片逃逸率可超过60%。

碎片清理发动机概念探索

提出空间碎片发动机的新概念和一种空间碎片清理的新方式.空间碎片发动机立足于空间碎片清理工作,将捕获到的空间碎片通过机械方式分解后,使用球磨等物理方式将碎片粉碎到一定细度,并通过电子束充电使粉末带电.带电粉末在静电粉末加速器中加速后高速喷出,为空间碎片清理航天器进一步变轨提供动力.这些带电粉末将在太阳风及地球磁场的作用下飘离地球周围.一方面,该碎片发动机清理了地球周围的空间碎片,为人类可持续利用空间环境提供保障,另一方面,为航天器获得动力提供足够工质,延长了清理器在轨寿命和飞行距离,提高了单次发射的工作效能.此外,由于航天器不需要携带大量燃料,可持续的推进剂供应,也将为小行星探测和行星际航行提供更好的思路.

空间碎片能量转化利用技术

针对目前的空间碎片问题,提出了空间碎片发动机概念,立足于使用捕获到的空间碎片,转化为发动机可用的推进剂。在完成碎片清理目标的同时,获得可持续的动力来源,延长清理器的工作寿命。针对空间碎片制粉的方法进行了研究,提出了使用球磨仪对金属样本进行研磨。使用转刀式粉碎机对非金属材料进行粉碎。通过实验发现,多数粉末粒径达到微米量级。针对空间碎片粉末推进方式进行了研究,提出了使用静电加速推进方式对粉末进行加速。空间碎片发动机虽然起源于空间碎片清理任务,但是可持续的推进剂供应,也将为小行星探测等任务提供更好的思路。

空间碎片再利用新型推进技术研究

空间碎片可作为新型推进的工质来源,空间碎片实现再利用对延长航天器的在轨寿命具有重要意义。本文分别对空间碎片粉末化处理技术和空间碎片加速技术进行研究,设计了基于超声振动雾化技术的粉末化模块和基于微阴极电弧技术的空间碎片发动机模块,完成了空间碎片推进模块的方案设计,未来可实现在轨能源转化,达到延长航天器使用寿命的目的。