高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计

为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到相机框架结构的初始设计中,通过设定相应的约束条件和目标函数,进行迭代求解,得到了相机框架分别在X、Y、Z三个方向重力作用下的结构拓扑优化结果,结合工艺要求,最终确定了空间相机框架的设计方案。通过与对比方案比较发现,经过拓扑优化所得到的框架结构在结构刚度及轻量化率上都有明显提高,实现了空间相机框架高刚度、轻量化的设计目标。     

高体份SiC/Al复合材料在星载遥感器中应用

高体份SiC/Al复合材料因其性能优良而成为新一代星栽遥感器的理想结构材料.因星载遥感器设计中材料选择的重要性,对高体份SiC/Al复合材料与常用遥感器结构材料的空间应用综合品质因子进行了比较,高体份SiC/Al复合材料的综合品质因子为1 687.8,为传统遥感器结构材料的5～80倍.对遥感器的调焦机构支架进行力学分析...     

车载大口径FSM用SiC反射镜制备工艺研究

为了获得高面形精度、高反射率的轻质反射镜,选用SiC为基底材料,对反射镜的加工制备工艺进行了深入研究。首先从车载大口径FSM中平面反射镜的应用需求出发,提出了反射镜的主要设计指标。然后,针对反射镜的轻量化结构采用反应烧结法获得镜坯,并通过机械加工使其接近成型;继而采用物理气相沉积法对SiC反射镜进行表面改性处理,进而采用古典抛光法对反射镜进行光学精加工;最后在反射镜的工作表面镀覆金反射膜。在完成车载大口径FSM用SiC反射镜的加工制备后,对反射镜的面形精度和反射率进行了实验检测。结果显示:SiC反射镜的面形精度(RMS值)优于λ/30;对中波激光的反射率约为98.0%,对长波激光的反射率约为98.2%;均满足车载大口径FSM的应用需求。     

空间相机反射镜SiC/Al 支撑板轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜组件结构刚度、位置精度、面形精度的同时,最大限度地降低反射镜支撑板的质量,是轻量化设计的一个重要内容。提出了通过拓扑优化确定反射镜用SiC/Al 材料的背部支撑板轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明: 重力载荷下面形精度达到/10 PV,/50 RMS（=632.8 nm）,PV 值13.3 nm,RMS 值2.9 nm,反射镜组件一阶固有频率239 Hz,均优于传统结构形式的反射镜。拓扑优化的方法获得的轻量化背部支撑板能够满足使用要求。     

C/SiC在大口径空间望远镜次镜承力筒的应用

设计并研制了基于C/SiC复合材料的大口径空间望远镜次镜承力筒。首先对C/SiC复合材料的特性以及在空间遥感器领域的应用进行了介绍。其次以某大口径空间望远镜次镜承力筒为例,对不同材料下次镜承力筒的质量、力热性能进行了对比。仿真分析表明:设计的C/SiC复合材料次镜承力筒低至32 kg,相比钛合金筒减轻45.5%;基频为204 Hz,满足设计要求;更易于控制热变形对反射镜面形的影响。最终完成了C/SiC复合材料次镜承力筒的研制和主要物理性能的检测,并进行了力学振动试验考核,对振动前后结构的三坐标测量数据进行了比对。结果表明:次镜承力筒组件的基频良好,振动试验前后频漂低于1%,结构的微位移变化量级在微米级。为应用C/SiC开展空间遥感器大尺寸整体成型支撑结构的设计提供有效的参考价值。     

飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征研究

为了探究飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征, 采用光束同心圆填充扫描方式对厚度为4mm的SiC/SiC复合材料进行制孔实验, 分析了飞秒激光加工参数对入口直径、孔深、锥度等孔型特征的影响规律和影响机理。结果表明, 脉冲能量、重复频率、线重合度以及扫描速率对小孔入口直径影响较小, 但对孔深和锥度影响较大; 上述实验参数与光束扫描面积内的能量密度密切相关, 小孔锥度随能量密度增大而减小, 小孔深度则反之; 当采用最大脉冲能量130μJ、最大重复频率100kHz、最小扫描速率100mm/s、最大线重合度77%以及最小进给量0.1mm时, 小孔锥度达到最小值12.38°; 上层材料对光束的遮挡以及排屑困难导致深孔加工锥度不易控制。该研究可以为今后SiC/SiC超快激光制孔应用提供参考。     

重掺杂p型SiC晶片Ni/Al欧姆接触特性

系统研究了Al和Ni/Al两种金属体系在重掺杂p型SiC晶片上的欧姆接触特性和电学性质。利用X射线衍射、扫描电子显微镜和综合物性测量系统对这两种电极表面的微观结构和样品的电学性质进行了表征。结果表明：在真空环境下经过800℃退火后Al电极可呈现出欧姆接触行为,其比接触电阻率为1.98×10^-3Ω·cm²,退火处理后Al电极与SiC在接触界面形成化合物Al₄C₃,有助于提高接触界面稳定性。在Ni/Al复合体系中,当Ni金属层厚度为50 nm时,其比接触电阻率显著降低至4.013×10^-4Ω·cm²。退火后Ni与SiC在接触界面生成的Ni₂Si有利于欧姆接触的形成和降低比接触电阻率。研究结果可为开发液相法生长的p型SiC晶片电子器件提供参考。     

奇异值方法在大口径反射镜面形分析中的应用

为了更好地分析大口径反射镜的面形,引入奇异值方法来分析系统的重力印透造成的大尺度起伏以及由磨削加工、测量噪声等因素造成的中高频误差。首先对奇异值分解的基本方法以及在反射镜表面评价中的具体应用方法进行了研究;之后利用数值仿真,验证了奇异值分解应用在反射镜表面分析中的可行性;最后,将提出的方法应用在实际的反射镜镜面评价之中,得到系统去除高频误差后的结果。所提出的方法对于低信噪比的大口径反射系统面形评价有较好的指导作用。     

星载激光通信载荷高体分SiC/Al主镜及支撑结构设计

为了降低激光通信载荷在轨工作中空间环境对于光学系统的影响,提高通信质量以及跟踪精度,使用综合性能较好的高体分SiC/Al作为主镜材料,并通过有限元分析确定了主镜结构的几个重要优化参数。提出了一种一体式主镜柔性支撑,该结构避免了使用不同材料支撑组件线膨胀系数不匹配而产生的应力集中,提高了主镜面形的温度稳定性,并在此基础上降低了主镜及其支撑的总体质量,实现了光学系统的轻量化。仿真分析表明,该结构在重力释放条件下,主镜面形误差PV值为/52,RMS值为/275。工作环境发生4℃温度变化的情况下,主镜面形误差PV值为/11,RMS值为/71。主镜及其一体化支撑基频为208 Hz,主镜单独轻量化率为55.3%,进行一体化设计后主镜及支撑相比传统设计轻量化率为19.87%,能够满足总体指标要求。     

SiC/Cu-Al复合材料无压浸渍制备工艺的研究

利用化学镀法在SiC颗粒表面包覆Cu层制备了SiC/Cu复合粉体,然后将其压制成预制体并在熔融铝液中无压浸渍,制出了SiC/Cu-Al复合材料.研究了浸渍温度和时间对所制SiC/Cu-Al复合材料浸渍效果的影响.结果表明:SiC颗粒表面的Cu包覆层分布均匀;在800℃、保温2h条件下制备的SiC/Cu-Al复合材料显微...     

高体分铝基碳化硅表面镀镍钴合金非球面反射镜的光学加工

为了制造具有良好力学和热学性能的反射镜,对高体分铝基碳化硅镀镍钴合金反射镜的光学加工进行了研究;介绍了高体分铝基碳化硅SiCp/Al的物理性能;采用不同抛光磨料和抛光模对SiCp/Al镀镍钴合金样片进行抛光实验;在实验基础上,对SiCp/Al表面镀镍钴合金同轴抛物面反射镜表面进行精密抛光,实现了300 mm口径SiCp/Al表面镀镍钴合金同轴抛物面反射镜的光学加工,其面形精度均方根值为0.027λ(λ=632.8 nm),表面粗糙度Ra值优于2.1 nm。     

机载光电产品扫描反射镜结构优化设计

扫描反射镜广泛应用于机载光电产品中,其镜面变形直接影响着光学系统的光路及成像质量。另外,反射镜作为运动部件,需要在保证刚度的情况下尽量减轻重量,降低转动惯量。考虑过载和随机振动工况,运用OptiStruct、Nx.Nastran和UG软件对某机载光电产品扫描反射镜进行结构优化设计,获得了一种适于背部两点支撑的扫描反射镜结构构型。扫描反射镜优化前后的面型结果对比表明,改进构型与原始设计构型刚度基本一致,重量和转动惯量降低明显。在此基础上,反射镜材料选用高体积分数铝基碳化硅复合材料(SiCp/Al),重量进一步降低,刚度得到提高。     

遥感仪器光机系统用高体分SiCp/Al复合材料的疲劳研究

由于高体分铝基复合材料应用在空间遥感器的结构设计中可能会存在疲劳问题,对高体分SiCp/Al复合材料的疲劳破坏行为进行了研究。首先,介绍了疲劳试验方法,确定采用常规 试验方法来研究高体分铝基复合材料的疲劳强度,并对疲劳试验进行了规划。然后通过用三参数幂函数模型处理实验数据获取了S-N曲线中关键参数的数学模型,提出了振动试验中的振动频率选取方法。最后利用振动试验台对5个疲劳试件进行了试验,并用三参数幂函数模型对观测值进行了拟合。结果表明,高体分SiCp/Al复合材料的疲劳强度为161 MPa。该研究结果能够有效地指导航天遥感器的结构设计工作。