超高速碰撞

摘要： 高性能纤维织物承力层承担充气舱的内压载荷,并为充气舱提供空间碎片防护。充气舱内压载荷将导致纤维织物承力层产生预张力,并对纤维织物的空间碎片超高速碰撞特性产生显著影响,从而影响其空间碎片防护性能。为分析预张力对纤维织物超高速碰撞过程中热-力学特性的影响,采用Johnson-Cook强度模型和Mie-Grüneisen状态方程建立了纤维材料热-力耦合材料模型,利用有限元法-光滑粒子流体动力学耦合算法对纤维织物的纱线编织结构进行离散建模,并通过施加张力载荷实现纤维织物靶板的预拉伸,进而建立了预张力纤维织物超高速碰撞数值模型,分析并得到了预张力作用下纤维织物超高速碰撞热-力学特性及空间碎片防护性能。结果表明:在弹丸超高速碰撞下,随着预张力的提高,纤维织物穿孔面积增大,碎片云扩散角减小,弹丸动能吸收率降低,碰撞区域温度降低。预张力的存在显著降低了纤维织物的空间碎片防护性能。

摘要： 为提高航天器空间碎片防护结构的防护性能,减小其发射体积,提出了一种可折叠发射的屏间充气展开式多屏防护结构,通过充气展开支撑管在轨充气展开,成型为多屏大间距防护结构。分析了展开式多屏防护结构的空间碎片防护性能,得到了屏间距对多屏结构防护性能的影响规律。结果表明:在相同面密度下,展开式多屏防护结构的防护性能显著优于单屏防护结构,且其防护性能随屏间距的增大而提高。

摘要： 基于有限元-光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)自适应算法,采用有限元软件LS-DYNA对动能块超高速碰撞多层防护结构的毁伤特性进行了数值模拟,并结合量纲分析方法,分析了动能块的质量和撞击速度对多层防护结构穿孔特性的影响。结果表明:保持其他参数不变,在所研究的质量和撞击速度范围内,所有的动能块均可以穿透全部17层铝合金板,并在靶后形成碎片云,在撞击过程中动能块和铝合金板内部出现层裂现象;第1层铝合金板的穿孔直径随着动能块质量的增大近似呈幂函数增大,拟合误差在5%以内;第2层铝合金板的穿孔直径随着撞击速度的提升也呈幂函数增大,拟合误差在10%以内;碎片云的头部速度随着撞击速度的提升近似呈线性增大。研究结果可为后期分析靶后碎片云的质量与速度分布、建立冲击载荷模型奠定基础。

摘要： 为满足月面居住舱轻质、大容积、高防护性能的要求,提出并设计了一种具有多层夹芯多功能防护层的充气展开月面居住舱,研制了充气展开月面居住舱样机,分析了舱体的微流星体超高速碰撞防护及隔热性能,并测试了折叠与展开性能。结果表明:充气展开月面居住舱具有很好的微流星体防护和隔热性能、较高的折叠效率,可快速平稳地充气展开成型为大容积月面居住舱,为航天员提供安全舒适的月面工作和生活环境。

摘要： 为掌握航天器常用的结构材料蜂窝夹层板的超高速碰撞特性与进行结构优化设计,采用光滑质点流体动力学和有限元耦合算法进行数值模拟研究。基于最优拉丁超立方法进行试验设计获得了样本空间,通过仿真结果构建Kriging近似模型并进行验证,利用AMGA算法进行迭代计算得到Pareto解集的4个优解。结果表明:优化后的蜂窝夹层板结构可提高蜂窝夹层板的吸能能力,满足轻量化要求。

摘要： 基于弹丸在超高速撞击薄板时破碎形成碎片云的机理,Whipple防护结构能够对航天器所面临的空间碎片及微流星体等威胁形成有效防护.通过回顾Whipple防护结构的研究和发展历程,对多层板结构、填充式防护结构、夹芯板结构等进行对比,分析其力学效应和防护性能;总结可应用于含泡沫、蜂窝、梯度和编织等材料的防护结构超高速撞击的数值模拟方法及其改进方法;结合相关材料的超高速撞击试验及数值模拟结果,为防护结构未来的研究方向提出建议.

摘要： 超高速碰撞产生的电磁辐射是固体物质在强冲击作用下的重要物理响应,在深空探测、航天器对空间碎片的防护设计、武器毁伤评估应用广泛.本文中概述了超高速碰撞产生的电磁辐射现象,总结了不同碰撞条件下,超高速碰撞产生微波和闪光的时频特性;从超高速碰撞产生材料破碎和产生等离子体两个方面,分析了超高速碰撞产生微波的辐射模型;归纳了超高速碰撞下的发光机理,并阐述了超高速碰撞产生连续光谱和线谱的辐射模型,指出了超高速碰撞产生电磁辐射研究存在的不足与发展趋势.

摘要： 为了研究蜂窝铝单层盖板结构遭遇超高速碰撞后的破坏和吸能特性,采用光滑粒子流体动力学(SPH)法,应用Johnson-Cook本构模型、Tillotson状态方程,利用UIDL语言将APDL程序嵌入到ANSYS软件中进行结构的三维建模;开展了铝弹丸超高速碰撞相同盖板厚度的蜂窝铝单层盖板结构的数值模拟,研究不同碰撞速度、不同弹丸入射角度及蜂窝铝厚度下蜂窝铝的破坏和吸能特性.结果表明,蜂窝铝芯层越厚吸能效果愈好,碰撞角度对蜂窝铝吸能效果影响不大,破坏模式与吸能特性关系密切.

摘要： 为掌握航天器常用的结构材料蜂窝夹层板的超高速碰撞特性与进行结构优化设计,采用光滑质点流体动力学和有限元耦合算法进行数值模拟研究.基于最优拉丁超立方法进行试验设计获得了样本空间,通过仿真结果构建Kriging近似模型并进行验证,利用AMGA算法进行迭代计算得到Pareto解集的4个优解.结果表明:优化后的蜂窝夹层板结构可提高蜂窝夹层板的吸能能力,满足轻量化要求.

摘要： 超高速碰撞是指这样一类碰撞:碰撞所产生的冲击压强远远大于(弹靶)材料的强度。在超高速碰撞的最初阶段,材料的性态类似于可压缩流体,遵从流体力学定律。小天体对地球的撞击、空间碎片对航天器的撞击、动能武器对目标的撞击是典型的超高速碰撞现象。

摘要： 基于开源分子动力学程序LAMMPS,对球形铝弹丸超高速碰撞半无限厚铝靶板进行模拟,获得了正碰撞和斜碰撞的物理过程以及等离子体特征参数随碰撞条件的变化规律.碰撞初期,靶板表面受到强冲击压缩发生电离,等离子体电离度和电荷量迅速增大,经过短暂的平衡状态后,电离度和电荷量迅速衰减,最终趋于稳定.等离子体电离度和电荷量沿45°碰撞方向最大,正碰撞时最小,电离度和电荷量随碰撞角度的变化规律可以拟合为A=A0+a/[b2+(θ-45)2](式中,θ为碰撞角度,A0、a、b为拟合常数);等离子体电离度和电荷量随碰撞速度的变化规律可以拟合为B=B0[1-exp(-(vp-a)/b)](式中,vp为碰撞速度,B0、a、b为拟合常数).

摘要： 超高速碰撞动量传递特性研究对于评估未来人类行星撞击偏离策略的效果非常关键.为了获得超高速碰撞过程的动量传递规律,中国空气动力研究与发展中心开展了基于弹道摆方法的超高速碰撞动量增强系数测量实验技术研究.本文介绍了基于弹道摆的测量系统组成与测量动量传递系数的实验方法,弹道摆采用吊绳悬挂结构,通过高速摄影与图像识别方法获得碰撞后靶材的运动姿态,再根据动量传递测量模型计算得到碰撞增强系数;在气动中心超高速碰撞靶开展了不同速度下铝弹丸对铝蜂窝和花岗岩材料半无限靶的超高速碰撞实验,实验最高碰撞速度高达8.7km/s;通过实验数据分析,验证了弹道摆系统实验测量方法的可靠性,研究分析了铝球对铝蜂窝及花岗岩超高速撞击下动量传递特性随速度的变化规律.

摘要： 超高速碰撞是一种复杂的强相互作用,其研究对象应该包括碰撞速度达几千米每秒甚至更高以上的所有碰撞问题,碰撞物体可以是从微观到宏观的所有自然或人造物体.基于该理解,按照碰撞体的大小分析梳理了超高速碰撞研究的主要问题,分为航天器类超高速碰撞、宇宙天体超高速碰撞和微观粒子超高速碰撞三种类型,讨论了每类碰撞的特征和现实存在.目前常用的关于刚体或变形体的经典力学只适用于研究超高速碰撞中的部分问题,更宽泛的研究还需要借助相对论、量子力学、大统一理论等现代物理学原理.探讨了研究超高速碰撞问题的3种基本方法,分析了各种方法的优缺点和适用对象.研究结果可支持超高速碰撞研究的范畴界定和科学发展.

摘要： 本文旨在通过理论研究,得到适用于分析超高速碰撞问题和结构高应变率大变形问题的Hamilton无网格方法.结合Hamilton动力学理论和Hamilton动力学方法,建立粒子系统的动力学方程,最终得到Hamilton无网格分析方法.通过编程实现经典了一维wall-shock问题和激波管问题的仿真计算,对比验证了所建立方法和程序的正确性和适用性.通过两个典型问题的计算,可以看出本文的方法可以很好的计算超高速冲击问题中系统的动量、密度、温度、比熵和压强五个状态量的变化,结果与解析解和其他数值方法的解对比也十分吻合.进而可以认为,本文中的Hamilton无网格方法适用于超高速碰撞问题的仿真计算和数值模拟,具有相当的准确性和适用性.同时该方法基于能量,具备其特定的优势.

摘要： 化学反应导致物质组元变化以及系统能量变化,从而作为流体动力学模拟中的基本单元(网格或粒子等)的压力、比内能以及组元份额等均发生变化.本文基于SPH方法建立了一种含化学反应的流体动力学算法,在此基础上研究了聚酰亚胺材料的热分解化学反应对超高速碰撞碎片云热力学状态的影响.当考虑聚酰亚胺靶材的热分解特性时，由于超高速碰撞的高温高压效应，碎片云中的靶材将发生热分解，分解量既与碰撞速度密切相关，也与靶板中所处位置相关:当碰撞速度为3km/s时，靶体不同位置的分解量是不同的，前面的分解份额大约45%，中间位置的分解份额约20%，靶体3/4位置的分解份额仅3%左右。分解量之所以与位置相关，是因为不同位置上的冲击压力和冲击温度不同，前面位置的压力大、温度高，反应速率常数大，热分解速度快，从而分解量也大。而后部位置的压力有所衰减，同时温度也相应下降，所以热分解速度有所下降，分解量随之减小。当碰撞速度达到5km/s以上时，靶体大多数材料将发生热分解，而且在约0.3μs时间内就分解完毕;这是由于在这样的碰撞速度下，靶中不同物质的冲击压力和温度都己足够高，因而反应速率常数足够大，足以使靶物质全部或大部分发生热分解。

摘要： 利用高速相机测量超高速碰撞过程中产生的碎片云分布特征时,会因为无法克服自发光干扰及分辨率随帧频提高而减小对成像质量造成影响.为获得高质量的超高速序列图像,中国空气动力研究与发展中心采用自主设计开发的棱锥分光成像系统开展超高速碰撞试验获得了碰撞过程的碎片云序列清晰图像.并根据获得的序列图像,识别了序列图像中的数十组碎片,分析获得了碎片云矢量位移场的重建及碎片的速度分布等参数,为研究碎片云瞬态变化过程提供了有效的试验方法.同时该系统调试简便,重复使用效率高,具备一定的扩展能力.

摘要： 基于SPH数值模拟方法,编写二维SPH程序,并且结合一种接触力算法进行超高速碰撞的数值模拟研究。以热力学理论为基础,推导得出描述等离子体电子密度,电子温度,原子温度与物质比内能,密度,质量关系的物理公式。将此物理公式代入二维SPH程序,进行超高速碰撞产生等离子体的直接数值模拟。模拟得到了超高速碰撞产生的等离子体总电荷数随时间变化以及等离子体空间的分布变化。进一步对铝球超高速碰撞双层靶板进行数值模拟,收集产生等离子体的总电荷数,发现一次碎片云碰撞后板产生的电量远高于铝球对前板碰撞产生的电量,说明对于航天器来说,一次碎片云碰撞舱壁产生的电磁影响有可能是很显著的。

摘要： 光滑粒子动力学(SPH)方法是一种应用范围广泛的无网格算法,但其存在计算速度慢、内存占用高的缺点,采用并行计算技术是提高SPH计算速度和计算规模的有效途径.中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞研究中心以实现高效SPH并行计算为目标,开展了基于动态区域分解的SPH并行计算方法研究和PTS(Parallel Toolkit of SPH)冲击动力学软件开发.本文介绍了SPH方法计算格式、动态负载平衡处理流程、并行程序逻辑和邻域粒子搜索方法,以及PTS软件前后处理、物态方程等关键模块的特点、计算精度和并行效率等.PTS软件采用模块式设计，由前处理模块、状态方程模块、材料本构模块、求解器模块和后处理接口模块组成。仿真结果表明,PTS软件及并行算法能够适应大范围动态变化问题,计算过程中能够保持负载平衡.在粒子数为800万的并行仿真中,当处理器数目为16时,并行加速效率为0.54,当处理器数目为96时,并行加速效率为0.34,具有较好的线性加速特性.本文给出了PTS软件在超高速碰撞研究领域的若干应用实例,其计算精度和计算规模满足需求,在超高速碰撞基础研究和工程应用领域都具有较高的实用性.

摘要： 超高速碰撞粒子云团辐射是超高速碰撞过程中的重要物理现象，超高速碰撞粒子云团温度测量技术是超高速碰撞粒子云团辐射研究中的关键技术之一，在天体物理、空间碎片防护以及空间碎片撞击事件感知等研究方面均具有重要的应用价值。开展了8次铝球撞击铝板的超高速撞击试验,弹丸直径为2mm-5mm,撞击速度为4km/s-6km/s,正撞击.使用瞬态光谱测量设备,获得了反溅粒子云团在250nm-340nm波段的辐射特征光谱.通过对光谱的分析,辨识铝原子的六条特征谱线和2条伴线,对伴线与特征谱线进行了解耦.使用玻尔兹曼图解法诊断出反溅粒子云团的温度.文章最后讨论了反溅云团粒子温度分布在空间和时间分布不均和辐射自吸现象对测量结果的影响;分析发现:使用玻尔兹曼图解法对粒子云团测温时,反溅粒子温度分布在空间和时间上的不均匀分布不是造成数据点明显偏离线性的原因,谱线数据点严重偏离线性是因为辐射自吸造成的;本方法测量的温度是粒子激发温度,是测量对象粒子温度在空间和时间的综合效果,测量结果更接近于温度峰值.

摘要： 航天器为抵御空间碎片撞击而发展的Whipple结构、填充式防护结构、多层防护结构等,一般以改进缓冲屏或填充层的材料或结构来提升结构防护性能.本文以尝试改进后板结构(利用轻质材料和铝板组合来代替相同面密度的常规单一铝板)来提升防护性能为目的,开展了后壁组合型防护结构研究,初步试验验证了这种改进方式用于提升结构防护性能的可行性.试验中采用的铝球弹丸直径为5.0mm,撞击速度范围为4.62km/s～4.90km/s,靶材为后壁紧贴聚氨酯泡沫的防护结构、紧贴木层的防护结构、紧贴气凝胶玻纤复合材料的防护结构,以及总体尺寸质量相同的Whipple结构.试验结果表明三种填充结构的防护性能均明显优于相同面密度的Whipple结构,初步验证了在防护结构后板前紧贴布置一层轻质材料有利于降低后板的损伤,轻质材料和铝板组合作为防护结构的后板能有效提升结构的防护性能,为航天器防护结构设计提供了一种可能思路.

摘要： 本发明适用于集成电路领域，提供了一种抗辐照超高速触发电路及航天超高速触发器，该电路包括：具有双互锁结构的第一、第二灵敏放大器，通过双向互锁将数据存放在不同节点；逻辑门电路，对不同节点的数据进行抗单粒子翻转干扰处理，生成预充电信号、置位信号或复位信号；具有交叉耦合结构的RS锁存器，在接收预充电信号时，形成反相器对结构，以锁存数据，或在接收置位信号或复位信号时，通过对称结构实现输出无延时。本发明采用DICE结构的两灵敏放大器作为触发器的前级以预防SEU影响，并将前级输出经逻辑门运算后输出给后一级的RS锁存器，通过具有交叉耦合结构的两个对称RS锁存器实现上升下降沿无差别输出，实现高速传播数据的功能。

摘要： 本申请公开了一种超高速飞行通信方法以及超高速飞行天线系统，根据历史飞行数据建立等离子体云分布模型；等离子体云分布模型用于表征再入飞行器在大气中处于超高速飞行时，飞行器的飞行状态与飞行器周围等离子体云分布情况之间的关系；实时获取飞行器的实时飞行状态，将实时飞行状态代入等离子体云分布模型中，判断出飞行器周围等离子体云的薄弱区域；调整飞行器天线的角度及方向，使飞行器天线的发送/接收方向，指向薄弱区域；同时，通过设置于飞行器内部的磁场装置，对薄弱区域的等离子体云进行削弱，磁场装置用于产生静磁场。本申请方案克服超高速飞行时飞行器附近等离子体云对无线通信的不利影响，保障超高速飞行中无线通信的通畅问题。

摘要： 本发明提供一种超高速转子及超高速氢气循环泵，涉及氢燃料电池发动机技术领域。其中，超高速转子包括转轴、套在所述转轴外并与所述转轴固定的磁环及套在所述磁环外部并与所述磁环固定的保护套，所述磁环包括多个磁瓣，每个磁瓣均自所述磁环的一端延伸至另一端，所述磁瓣具有两个侧壁、一第一弧形面和与第一圆弧相对的一第二弧形面，所有磁瓣的第一弧形面共同构成磁环的外圆周面，所有磁瓣的第二弧形面共同构成磁环的内圆周面，相邻的磁瓣的侧壁通过第一粘接胶粘接在一起。本发明的超高速转子可以克服现有的转子产生涡流损耗或者易损坏的缺点。超高速氢气循环泵中的转子采用上述超高速转子，应用于氢燃料电池发动机。

摘要： 本发明提供了一种用于超高速等离子熔覆的锥形送粉装置及超高速等离子熔覆方法，包括从中心轴向外依次组装的中心筒、水冷内隔套、粉末导向隔套、保护气隔套和水冷外隔套。中心筒的入口处轴向与等离子熔覆系统的熔覆枪的阳极相连；锥形送粉装置将粉末高速、均匀地送至等离子射流中，在粉末导向空间的出口斜锥面的机械约束下，形成具有预先设计角度的锥形粉末流体，并最终聚焦于中心轴上，从而获得高浓度、高速、均匀分布、发散性小的粉末射流，在等离子熔覆系统与工件的相对运动速度10‑200米/分以上的超高速等离子熔覆条件下，获得厚度薄、化学成分均匀、表面粗糙度低、稀释率低、微观结构致密的熔覆层。

摘要： 激光超高速熔覆头、超高速熔覆系统及熔覆方法。本发明涉及的激光超高速熔覆头包括支架壳体、设置在支架壳体内的分光镜和反射聚焦组件、以及设置在支架壳体上且用以输送粉末的喷嘴，分光镜将激光光束转化为反射光束，反射聚焦组件将反射光束反射聚焦形成正投影呈中空环形方式排布的熔覆光束，熔覆光束在基材的上方聚焦形成焦点，喷嘴位于熔覆光束内，喷嘴设置有用以输出粉末的送粉管，送粉管的外围设置有用以输送保护气体且环形排布的若干准直气孔，送粉管到每个准直气孔的距离相等，保证了粉末良好的集中性，提高了粉末利用率，熔覆光束、送粉管和若干准直气孔形成的圆三者同轴设置，激光光束的扫描速度为24～72m/min，提高熔覆速率和良品率，得到的熔覆层致密、精度高、稀释率低、以及表面光洁度好。

摘要： 本发明涉及的激光超高速熔覆头，用以在基材上熔覆粉末，包括支架壳体、设置在支架壳体内的分光镜和反射聚焦组件、以及设置在支架壳体上且用以输送粉末的喷嘴，分光镜将激光光束转化为反射光束，反射聚焦组件将反射光束反射聚焦形成正投影呈中空环形方式排布的熔覆光束，熔覆光束在基材的上方聚焦形成焦点，喷嘴位于中空环形光束内，激光光束的扫描速度为9～72m/min。利用高速移动的熔覆光束将粉末在基材之上熔融，并在基材表面快速凝固形成熔覆层，极大提高熔覆速率和良品率高，得到的熔覆层致密、稀释率低、以及表面光洁度好。

摘要： 本发明提供一种超高速电机转子温度测试装置及应用该装置的超高速电机，超高速电机包括定子与转子，在所述转子内沿轴向加工有一个中心孔，所述中心孔至少有部分长度与所述定子相对应，而且所述中心孔在所述转子的一个端部形成取放口；一根测温棒由所述取放口插入所述中心孔中，并与所述转子形成可拆卸地连接；所述测温棒上对应于所述定子的长度部分固定有不可逆示温材料。本发明相较于现有技术而言，极大克服了转子温度测量难、测不准的难题，并且结构简单，易于实现，不可逆示温材料可更换后使用，有效弥补了超高速电机转子测温方式的缺陷与不足。

摘要： 一种利用单料多向式超高速分光机分光的方法以及单料多向式超高速分光机，其中，该单料多向式超高速分光机包括机台和控制系统，在所述机台上设置有振动送料单元，所述振动送料单元包括振动盘和用于驱动振动盘振动的圆振振源，所述振动盘内设有N个互相独立的螺旋轨道，每个螺旋轨道的出口对应连接一个由直振振源驱动振动的直振轨道，每个所述直振轨道的末端对应连接一个分光主机机构；N为大于等于2的整数。本发明具有能够提高整机的分光效率的、同时生产的成本更低的优点。

摘要： 本实用新型公开了一种用于超高速电机的补强型转子结构及超高速电机，转子结构包括具有安装孔的前转子盖板，与前转子盖板连接的若干转子硅钢片叠片，与转子硅钢片叠片连接的后转子盖板，连接前转子盖板与后转子盖板的若干连接件，以及设于转子硅钢片叠片内的磁铁；所述前转子盖板设有第一连接孔，所述转子硅钢片叠片设有与第一连接孔连通的第二连接孔，所述后转子盖板设有与第二连接孔连通的第三连接孔，所述连接件依次贯穿第一连接孔、第二连接孔、第三连接孔；所述第一连接孔的数量为若干，所述第二连接孔、第三连接孔的数量与第一连接孔的数量相等。解决了超高速小型永磁无刷电机的转子结构无法同时满足磁路保护和结构强度间的问题。

摘要： 本实用新型公开了一种超高速全自动超高速加湿式喷砂设备，包括喷砂柜体，喷砂柜体上靠近其顶部的下表面设置有喷枪，喷砂柜体的顶部设置有空腔，腔内设置有往复加湿机构，往复加湿机构包括回形齿条排、驱动电机、滑块和四个固定板，回形齿条排滑动连接在喷砂柜体顶部的腔内，驱动电机设置在喷砂柜体的上表面，驱动电机的输出轴穿过喷砂柜体顶部的空腔固定连接有第一残齿轮，第一残齿轮与回形齿条排内部的齿条排相啮合，回形齿条排的侧面设置有第一齿条排，第一齿条排啮合连接有传动齿轮，传动齿轮的内壁转动连接有传动轴。本实用新型通过上述等结构的配合，实现了对需要喷砂的工件均匀加湿的效果。