预张力纤维织物超高速碰撞热-力学特性分析

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。     

波阻抗梯度材料加强型Whipple结构撞击极限研究

为研究一种改进型的波阻抗梯度材料防护结构Ti/Al/Mg结构的撞击极限,采 用 二 级 轻 气 炮 以3.0～8.0 km/s的速度对Ti/Al/Mg结构、Al/Mg结构和2A12结构开展了超高速撞击实验,建立了Ti/Al/Mg结构的撞击极限曲线。结果表明:高阻抗的钛合金表层能产生更高的冲击压力和温升,使弹丸充分破碎;在面密度相同的条件下,与Al/Mg结构和2A12结构相比,Ti/Al/Mg结构具有更强的防护性能。通过理论计算得到Ti/Al/Mg结构撞击极限曲线的区间转变速度小于7.0 km/s,但其实验撞击极限曲线上并未出现明显的区间转变,在实验速度范围内,撞击极限随着撞击速度的提升而增大,这与典型Whipple结构撞击极限曲线存在差异。     

超高速撞击2A12铝过程中铝原子的光谱辐射特征

为了揭示超高速撞击2A12铝中铝原子的光谱辐射特征,利用建立的二级轻气炮加载系统和光谱仪采集系统,采集3种不同实验条件下的光谱辐射强度并结合量子力学对2A12铝靶中铝原子的能级理论进行了描述。在Al原子球形壳层中发现,电子的相对几率4πr2R2随相对原子中心的距离r变化的图形具有波动性的特点,电子在能级及其附近运动;原子核周围的电子在能级轨道出现的几率最大,电子在能级轨道周围出现的几率较小;Al的原子光谱都出现一定的展宽,验证了电子的能级跃迁释放或吸收能量的几率亦随原子中电子的位置波动变化。实验结果还表明:随着碰撞速度的增大,在Al原子光谱中波长较小谱线的辐射强度增加较快,波长较长谱线的辐射强度增加缓慢。     

后墙拆分结构防护性能的实验和计算对比研究

为验证利用后墙拆分方式提升防护结构性能的可行性,通过开展数值模拟（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度5.0～8.3 km/s）和超高速撞击实验（铝弹丸直径6.0 mm,撞击速度约8.3 km/s）,研究了3种防护结构的性能差异以及不同撞击速度对结构防护性能的影响。防护结构主要包括Whipple结构和两种后墙拆分结构。针对直径6.0 mm铝弹丸分别以5.0、6.0、7.0、8.3 km/s的速度撞击防护结构的工况,借助Autodyn软件开展了数值模拟,并将模拟结果与在弹道靶设备上获得的超高速撞击实验结果进行了对比。模拟结果与实验结果均表明,在相同撞击状态下两种后墙拆分结构的防护性能有所差异,但均优于相同面密度的Whipple结构,且随着撞击速度的提高,这种优势具有增大的趋势。     

超高速空间微小碎片撞击充电材料诱发的放电

空间微小碎片与航天器表面超高速撞击, 能够抛射出等离子体, 在高充电的航天器表面诱发静电放电, 是可能引发航天器异常的一个重要因素. 本文利用等离子体驱动微小碎片加速器对充电材料进行超高速(3 km/s)撞击模拟实验, 通过观测放电脉冲信号来研究因撞击产生的等离子体诱发的放电, 得到较好的实验现象, 初步确认了超高速碎片撞击充电材料诱发放电的机理.     

无海面控制点的立体摄影海浪测量方法研究

介绍了一种无海面控制点的立体摄影海浪测量方法, 给出了其数学模型和相关算法. 文中利用海浪特性, 基于最小二乘法和海浪波面理论, 给出了一种新的外方位元素定标方式. 与传统的立体摄影定标方式相比, 该定标方式充分利用了平均海平面的性质, 既避免了海面控制点的需求, 又使测量数据更为直观, 同时还为基于运动平台的立体摄影海浪测量技术的发展提供了理论依据. 实验室实验表明基于本文发展的立体摄影测量系统精度较高, 可以用于海面微尺度波的测量; 现场实验表明基于本文发展的立体摄影测量系统测量面积可达10⁴ m² 量级, 是一种有效的大尺度海浪测量手段.     

超高速碰撞2024-T4铝靶产生等离子体的朗缪尔双探针诊断

 有些等离子体,本身并不存在电极和参考点,而该电极或参考点是提供偏压朗缪尔探针所必需的。为了获得超高速碰撞所产生等离子体的特征参量,建立了一种新的静电探针诊断技术,该技术不需要扫描频率,其探针可用于测量与时间相关的电子温度、电子密度。该诊断系统基于双通道电路,电流和电压谱通过数字示波器同步输出。研究的主要目的是,应用双朗缪尔探针诊断2024-T4铝弹丸超高速碰撞2024-T4铝靶时产生的瞬态等离子体。     

激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验研究

利用激光烧蚀等离子体射流可以获得数km/s 甚至上千km/s 的射流速度，远超目前绝大多数设备所能提供的模拟速度，并且覆盖了极大的温度与密度范围，作为加载手段具有广阔的应用前景。通过实验方法，探索和发展激光烧蚀等离子体射流这一新型实验模拟手段，利用高功率激光烧蚀产生高温高压等离子体射流，实现超高速气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件，研究超高速物体与气体相互作用的气体动力学特性。通过建立激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验方法，可进一步研究等离子体射流的产生、发展以及高速物体气体动力学，为下一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。