空间导电滑环技术研究与发展综述

空间导电滑环是通过弹性电刷在导电环道内的滑动电接触来实现航天器连续转动部分和相对固定部分间传输电功率和电信号的关键部件,目前工程上对空间服役环境下导电滑环磨损量、摩擦力矩波动、接触电阻及电噪声等方面性能表现不稳定尚缺乏有效解决方法。空间导电滑环技术研究涉及材料、机械、物理、化学、空间环境等多学科概念及理论,通过梳理导电滑环近些年来的研究热点和难点,发现其性能实现与接触表面粗糙度、材料硬度、电刷压力、耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性、真空下的自润滑、微重力环境等相关。目前对空间导电滑环电接触表面的微观特征及其演化过程、滑动电接触的磨损机制及磨屑运动路径和电传输性能及其控制方面的研究还存在不足,现有的知识储备和技术储备不足以支撑在轨更长寿命、更高可靠、更稳定运行的空间导电滑环研制,亟需提高对导电滑环在空间极端工况及多场耦合条件下相关特性的科学认识,以期为保障航天器在轨安全运行提供更多的理论指导和技术支持。     

真空高低温球盘式摩擦磨损试验机的研制

为了对宇宙飞行器（人造卫星和宇宙飞船等）所用新材料及其表面处理新工艺进行摩擦学试验,以对其摩擦系数、磨损量等参数进行测定和研究,从而对其耐磨性能进行评价,为合理选用并试制新的耐磨材料和表面处理新工艺提供依据,研制了一台真空高低温球盘式摩擦磨损试验机。该机主要用于测试新材料及其表面处理工艺的摩擦磨损性能,既可以测量和显示动态摩擦力,并相应计算出摩擦系数,又可以观察和显示其变化曲线和数据,同时还可以在真空及下试件表面温度介于-75℃～115℃之间的情况下进行试验。文中介绍了试验机的结构和工作原理。     

基于Labview虚拟仪器的导电滑环检测系统设计与研究

针对目前导电滑环在模拟空间环境试验过程中,关键技术指标难以进行有效检测的问题,基于Labview虚拟仪器设计了一种可用于模拟空间环境试验的检测装置,该装置可准确模拟导电滑环在空间环境条件下的真实工况,通过对导电滑环的接触电阻变化值、摩擦力矩性能指标进行检测,并对检测结果进行分析研究,可验证导电滑环在模拟空间环境下的各性能指标,从而保证导电滑环的产品质量,对导电滑环的生产与使用具有重要意义。     

航天用导电滑环失效建模与工艺优化研究

航天信号传输系统是航天系统的生命线,而导电滑环是航天系统信号传输系统的重要组成部件,是整星少数几个单点失效环节之一。由于导电滑环的工作环境中涉及电流和摩擦影响,使得滑环处于多场耦合的复杂环境,导致对其进行物理建模尤为困难;同时由于滑环价格高、试验过程复杂的特点,更进一步增加滑环研究的难度。为了提升航天信号传输系统稳定性与可靠性,对航天系统中重要的信号传输部件导电滑环进行失效物理建模,并基于模型对滑环工艺进行优化。针对导电滑环运行原理和失效特点,将滑环失效的关键部位摩擦副产生的磨屑量作为滑环性能退化特征量;应用赫兹接触理论和传热学方法分别计算摩擦副磨损过程中的接触区域变化和温度变化,量化热力电多场耦合对摩擦副磨损的影响;同时结合磨损计算方法建立多物理场耦合磨损模型,对摩擦副磨损寿命进行预测,达到对滑环可靠性与稳定性提升的目的。通过与真实滑环磨损试验数据进行对比,验证模型的正确性,并将该模型应用于实际的滑环摩擦副工艺设计。结果表明,多场耦合模型可有效揭示滑环摩擦副微观运作机理并实施寿命预测,进而可靠地实施滑环工艺优化,提高滑环寿命与运作可靠性,满足新一代长寿命卫星空间无故障长期可靠运行的需...     

液氮环境下固体润滑轴承摩擦力矩试验

制备二硫化钼(MoS₂)和聚四氟乙烯(PTFE)涂层固体润滑轴承并开展液氮环境下的摩擦力矩试验,研究低速工况下固体润滑轴承的摩擦力矩变化,结果表明：无涂层轴承在液氮环境下的摩擦力矩高于常温下,有涂层轴承在液氮环境下的摩擦力矩随跑合时间的增加先升高后降低,先高于常温下的摩擦力矩后低于常温下的摩擦力矩;PTFE涂层轴承摩擦力矩高于MoS₂涂层轴承,但摩擦力矩波动性较小。     

四点接触球轴承摩擦力矩特性分析

介绍了2种四点接触球轴承的摩擦力矩理论计算模型,采用不同模型计算同型号的轴承,对比分析可知,造成计算值差异的关键因素在于是否考虑轴承内部的几何结构参数。在考虑几何结构参数的计算模型中,影响最突出的是轴承实际接触角。还分析了加工精度对四点接触球轴承的实际接触角及其摩擦力矩的影响,并通过试验进行了验证。     

星载长寿命导电滑环的传输可靠性评估

国内导电滑环在轨寿命在10万转量级,为验证某型号星载柱式滑环(汇流环)在轨100万转需求下寿命期内的可靠性,地面对导电滑环进行200万转寿命试验考核,并测试了寿命试验末期刷丝和刷丝束两种不同刷丝结构形式摩擦副下功率环及信号环的传输可靠性。在真空高低温环境中,根据在轨不同工况,模拟星上特定功率以及500kb/s的CAN,RS422信号,测试导电滑环功率环供电稳定性及常用信号经过信号环后传输误码,为导电滑环正样产品配对摩擦副的结构设计提供依据。刷丝束多触点结构形式的导电滑环电平波动率为0.6%,信号传输误码率为0;单刷丝结构形式导电滑环电平波动率超过100%,信号传输误码率为16.1%;验证了空间应用环境下,刷丝束结构形式信号环性能优于传统单刷丝的导电滑环。     

滚滑轴承摩擦力矩特性的仿真分析

轴承零件的摩擦力矩实测比较困难,为探究滚滑轴承摩擦力矩的变化规律及结构参数对其的影响,指导该新型轴承的结构设计,利用Abaqus软件对滚滑轴承进行了仿真分析.结果表明,滚滑轴承摩擦力矩呈现由小到大、再到小、最后进入稳定的变化规律;启动时,滚滑轴承摩擦力矩随径向游隙增大而增大、随滚子与滑块间的间隙增大而减小,滑块与内圈间...     

陀螺框架轴承摩擦力矩分析

针对陀螺框架轴承要求启动摩擦力矩小而稳定的苛刻要求,建立轴承摩擦力矩分析模型,在已有的球与内外圈弹性滞后、差动、自旋、润滑影响因素引起的摩擦力矩分析基础上,重点考虑浪形及冠型保持架引起的摩擦力矩。求得的轴承启动、动态摩擦力矩与YZC-II测试仪测试结果吻合较好。分析表明,浪形保持架整体优于冠型保持架,保持架与球作用引起的摩擦力矩比例随轴向载荷减小而增大,该比重在启动过程中较大,在动态过程明显降低;通过对4种型号框架轴承不同转速的摩擦力矩分析,当转速低于2 r/min时,轴承摩擦力矩受转速影响不大,随着速度增大,启动速度对轴承启动摩擦力矩值、动态摩擦力矩波动范围影响突显出来。     

应用于水下微型潜器的导电滑环结构设计

针对水下微型潜器移动控制的普遍性技术难题,设计了一种导电滑环接线结构。该结构能够实现水下微型潜器灵活的移动控制,实现了稳定的信息数据传输。导电滑环通过采用滑动轴承链接,使微型潜器可实现水下定位的无限制转动。同时,滑动轴承与套筒发生相对转动时,通过采用套筒内部的滑槽结构,使滑动轴承上的凸起触点与滑槽内部的定子直接接触,消除了连接线处的扭转力,提高了导电滑环的使用寿命。     

航天滑环热真空试验检测系统设计

针对目前航天滑环在热真空中性能不能检测的问题,设计了一个可用于热真空试验的检测系统。通过在地面模拟航天滑环的工作情况,检测其模拟工作状态下的电压降和电噪声的性能指标,提升了对导电滑环的真空状态的性能验证。     

超声电机在真空高低温环境下的驱动性能

为了对行波型旋转超声电机在同向负载下的驱动性能进行测试,并研究真空高低温环境对电机驱动性能产生的影响,设计并搭建了一套测试系统,从而实现了对超声电机转速和负载扭矩的测量,并对测试设备采取了控温措施,保证设备在高低温环境下的测试精度不会下降。试验结果表明,利用该系统可获得有效测试数据,得到超声电机在真空高低温环境下的驱动性能曲线,并将其与常温常压环境下的曲线进行比对,可以看到真空高低温环境对超声电机在同向负载下的驱动性能产生了一定影响。本研究成果为超声电机在航天领域的广泛应用奠定了可靠基础。     

高温磨粒条件下氟橡胶圈摩擦特性研究

为研究井下高温与磨粒环境对氟橡胶(FKM)密封性能的影响,对氟橡胶圈进行100～200℃的高温处理,同时以304不锈钢和氟橡胶为摩擦副,在高温及无磨粒和有磨粒条件下开展氟橡胶摩擦特性研究,并使用扫描电镜(SEM)观察橡胶表面的磨痕,使用光镜观测不锈钢表面的磨痕。结果表明:随着氟橡胶试件处理温度的增加,其摩擦因数变化范围随之减小;在有磨粒条件下,随着氟橡胶处理温度的增加,橡胶表面的磨痕由划痕为主转变为凹坑为主,304不锈钢表面的磨痕由以犁沟为主转变为凹坑为主,这是因为,氟橡胶处理温度增加,橡胶表面硬度等性能发生了不同变化,摩擦过程中使磨粒发生不同程度的破裂,且使磨粒的主要运动形式发生改变,因而在氟橡胶和304不锈钢表面产生了不同的磨痕。     

常减压装置高温腐蚀及防护

常减压装置是炼油企业的关键设备 ,它直接影响企业的经济效益。本文阐述某公司 2 5 0万t/a常减压装置实际运行状况并列举了防高温腐蚀的一些措施     

高能球磨处理对碳质中间相结构及高温摩擦特性的影响

采用高能球磨法对煤焦油沥青碳质中间相进行了非平衡处理,利用X射线衍射和激光Raman光谱技术研究了中间相高能球磨前后的结构变化,并且使用SRV高温摩擦磨损试验机考察了碳质中间相的摩擦性能。结果表明:高能球磨处理导致中间相的结晶有序度下降,微晶石墨平面尺寸减小,表明高能球磨处理促使其向无定形结构转变。碳质中间相具有高温润滑效应,高能球磨处理能够在一定程度上促进碳质中间相发生摩擦机械诱发的石墨化转变,从而对碳质中间相的高温润滑效应有一定促进作用。     

油气分离器罐低温环境下应力分析

目前市场上的大部分油气分离器罐设计温度范围是-20～150℃,有少部分油气分离器罐在寒冷地区使用,其环境温度已经低于设计温度.利用ANSYS有限元分析软件进行模拟实际工况,系统的论证分析常规油气分离器罐不必按照低温压力容器去选型设计.当壳体或受压元件使用在“低温低应力工况”下,若其设计温度加50℃后高于-20℃时,不必遵循低温压力容器规定.这样可以大大降低压力容器的使用环境温度,提高整个空压机产品的使用范围.     

变桨减速机的国产化及低温环境下可靠性分析

针对风电变桨减速机野外作业,工作环境恶劣的特殊要求,结合行星结构减速机的优点,设计了一种可靠稳定的风电变桨减速机。设计了变桨减速机的主要结构,分析了变桨减速机在低温环境下的可靠性。利用ANSYS对所设计的减速机进行了有限元分析并对试制产品进行了模拟加载试验,结果表明,减速机箱体材料QT400-18可以等效替代EN-G JS-350-22,针对低温环境选择的润滑油和密封装置能够正常工作。     

低温下润滑剂对微型轴承启动摩擦力矩的影响

对于微型轴承启动摩擦力矩敏感的应用场合,测试润滑剂性能的影响十分重要,介绍了一种微型轴承低温启动摩擦力矩测试装置,其可根据要求改变轴向载荷,测试结果表明:该装置室温下与用YZC-II摩擦力矩测试仪测得的结果吻合;在不同的超低温下测试了几种润滑剂对微型轴承启动摩擦力矩的影响,测得的数据有较好的重复性。     

高温高压换热器运行故障分析及处理措施

换热器EA10l属高温高压临氢设备，其密封性能的好坏，将直接影响到加氢裂化装置的安全运行。本文对首次进行检修改造的EA10l在试用期间出现的管箱与盖板封头之间实心圆垫片角焊缝密封处泄漏的原因进行了分析，对螺栓的密封扭矩进行了计算，并提出处理措施，对高温高压临氢设备国产化具有一定的借鉴意义。