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空间燃料电池金属钛表面复合涂层制备与性能研究

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中国表面工程 2024年第2期37卷 16-26页

作者：马文彬张辉姚伟蒋钊中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 兰州空间技术物理研究所兰州730000

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层... 详细信息

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层构成的Ti/TiN复合涂层,研究制备工艺参数对Ti/TiN复合涂层微观结构及力学、电化学性能的影响规律。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪分析涂层的相组成,利用纳米压痕仪评价涂层的力学性能,利用电化学工作站评价涂层在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极工作环境下的耐蚀性。结果表明:制备工艺参数优化后的Ti/TiN复合涂层具有优异的表面质量和良好的耐蚀性,腐蚀电流密度为6.383μA/cm^(2),是金属Ti腐蚀电流密度的0.6倍,Ti/TiN复合涂层显著提高了金属Ti的耐蚀性,可为空间燃料电池金属双极板表面改性提供技术支持。

关键词：多弧离子镀 Ti/TiN复合涂层耐腐蚀性能

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狭长空间内重载调姿装配机器人的设计与研究

中国机械工程 2024年第2期35卷 324-336页

作者：刘毅易旺民姚建涛王兴达余鹏赵永生燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004 中国空间技术研究院总装与环境工程研究所北京100094

针对舱体类狭长空间内部待安装设备种类多、批量大、载荷重、空间余量微小、装配路径复杂、装配风险高等问题,设计了一种重载调姿装配机器人。在机器人运动学研究的基础上,建立了误差模型,并以最小包围球半径为约束条件,通过遗传算法将... 详细信息

针对舱体类狭长空间内部待安装设备种类多、批量大、载荷重、空间余量微小、装配路径复杂、装配风险高等问题,设计了一种重载调姿装配机器人。在机器人运动学研究的基础上,建立了误差模型,并以最小包围球半径为约束条件,通过遗传算法将误差参数的辨识结果补偿到机器人控制系统。以机柜装配为例,针对空间约束条件规划工作路径,基于动力学约束能耗函数模型,以时间、冲击和能耗为优化目标,得到多目标最优轨迹。样机实验验证了误差参数辨识的有效性,减小了机器人的绝对定位误差,且多目标最优轨迹的关节总冲击小、运动平稳,实现了机柜类设备高效、平稳、可靠的安装。

关键词：装配机器人运动学建模多目标优化误差补偿

利用近震Sp转换波到时和远震接收函数P波峰值延迟研究华北盆地浅部结构

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2272-2290页

作者：朱冰清王伟涛谢俊举李志伟姚新强黄翔卞真付林逸中国地震局地球物理研究所北京100081 中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所北京100094 天津市地震局天津300180

收集2017—2020年中国地震科学探测台阵在华北地区布设观测宽频带流动地震观测台采集的高信噪比近震远震地震波形,采用远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时对华北沉积层厚度进行了估算.由远震接收函数P波峰值延迟,近震Sp转换波和... 详细信息

收集2017—2020年中国地震科学探测台阵在华北地区布设观测宽频带流动地震观测台采集的高信噪比近震远震地震波形,采用远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时对华北沉积层厚度进行了估算.由远震接收函数P波峰值延迟,近震Sp转换波和S波到时差方法推断的华北地区沉积层厚度在6~7 km,燕山造山带区域沉积层厚度较小,结晶基底埋深一般小于1 km,华北盆地中部和东南部盆地结晶基底埋深较厚,厚度普遍大于3 km,局部厚度可达7 km.盆地内地垒式隆起区邢衡隆起有3 km厚度的沉积层,冀中坳陷、黄骅坳陷厚度6~7 km;沉积层厚度与地质构造相对应,坳陷区沉积层厚度较大,隆起区沉积层厚度较小,体现了沉积盆地内部不同二级块体的沉降差异.震相拾取误差、震源方位角和震中距对沉积厚度计算结果影响不明显;进行时深转换采用的一维速度模型准确性对计算结果存在一定影响.总体来说,远震接收函数P波峰值延迟和近震Sp转换波到时可以研究沉积层厚度,能够可靠、有效地确定沉积层厚度结构的特征,为地震风险评估提供基础信息.

关键词：沉积层近震Sp转换波到时远震接收函数P波峰值延迟

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基于聚类算法的热试验加热器布局设计与优化

航天器环境工程 2024年第4期41卷 421-429页

作者：龚喆侯雅琴李西园吴东亮邵华高庆华李琼中国空间技术研究院北京卫星环境工程研究所北京100094

针对目前航天器热试验中热流模拟需求复杂、加热回路设计效率低以及不易量化等问题,文章以某型号中的一组热控模拟件为典型对象,通过有限元方法建立不同特征长度组件和薄膜电加热器组合所对应的温度不均匀度模型;提出基于温度不均匀度... 详细信息

针对目前航天器热试验中热流模拟需求复杂、加热回路设计效率低以及不易量化等问题,文章以某型号中的一组热控模拟件为典型对象,通过有限元方法建立不同特征长度组件和薄膜电加热器组合所对应的温度不均匀度模型;提出基于温度不均匀度距离的聚类方法,并开展基于MATLAB的聚类仿真。与欧几里得距离聚类的对比表明,在同等条件下温度不均匀度距离算法可将温度不均匀度降低30%左右。此外,对比了聚类簇数、加热表面细分数及待加热表面数量等参数对聚类结果和温度不均匀度的影响,可为未来热试验中的加热回路布局设计与优化提供参考。

关键词：航天器热试验聚类算法薄膜电加热器热设计温度不均匀度

航天AFRP复合材料的紫外飞秒激光加工特性与均质化去除方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：路明雨张明卫宇璇李波崔志刚张开虎北京卫星环境工程研究所中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司

针对Kevlar 49/4211芳纶纤维/环氧树脂复合材料的紫外飞秒激光（343nm，260fs）加工阈值和形貌特性进行了研究。通过面积外延法测算了芳纶纤维复合材料(Aramid fiber reinforced polymer，AFRP)中树脂基体、增强纤维以及复合材料整体的... 详细信息

针对Kevlar 49/4211芳纶纤维/环氧树脂复合材料的紫外飞秒激光（343nm，260fs）加工阈值和形貌特性进行了研究。通过面积外延法测算了芳纶纤维复合材料(Aramid fiber reinforced polymer，AFRP)中树脂基体、增强纤维以及复合材料整体的激光去除阈值及阈值孵化效应，并预测了三者的单脉冲去除阈值；分析了入射能量通量与等效入射激光脉冲数量对材料加工边缘质量的影响规律。结果表明，Kevlar 49芳纶纤维的紫外飞秒激光去除阈值和阈值孵化系数在不同脉冲数作用下均低于4211环氧树脂，AFRP整体的等效去除阈值介于树脂和芳纶纤维之间。选择4211树脂阈值若干倍的入射通量与100个以上等效脉冲数的紫外飞秒激光，采用原位叩击打孔或循环扫描切割的方法，能够获得入口宽度均匀、边缘整齐、材料准均质化去除的加工形貌，从而有效提高航天AFRP产品的加工精度与质量，满足其高性能制造需求。

关键词：航天复合材料芳纶纤维环氧树脂紫外飞秒激光去除阈值孵化效应

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多波束波导的欧拉角转正研究

航天器工程 2024年第2期33卷 70-75页

作者：王东黄涛任健曲希亭李成中国空间技术研究院西安分院西安710100

多波束波导设计受布局空间、卫星总装及美观整齐等因素约束大,一般为多层多列排布形式,走向与卫星舱板平行,多波束天线作为多波束波导起始端口,通常与卫星舱板存在多个角度,波导端口转正,成为波导布局工作的难题。文章在平面旋转和三维... 详细信息

多波束波导设计受布局空间、卫星总装及美观整齐等因素约束大,一般为多层多列排布形式,走向与卫星舱板平行,多波束天线作为多波束波导起始端口,通常与卫星舱板存在多个角度,波导端口转正,成为波导布局工作的难题。文章在平面旋转和三维旋转原理的基础上,提出用欧拉角描述多波束波导端口转正问题,采用欧拉角内旋定义波导端口转正过程,找到了一种旋转顺序,即沿ZYX轴顺序旋转,将偏航角、俯仰角和横摆角对应为特定角度的弯波导和扭波导。波导根据既定顺序连接后,波导输出端口与舱板为平行关系,解决了多波束波导端口转正问题,为多波束波导的设计奠定了基础。该方法的正确性在高通量卫星上得到了验证,对采用多波束方案的高通量卫星的波导布局工作具有参考价值。

关键词：多波束波导欧拉角旋转高通量卫星

基于改进层次分析法的航天器量化风险分析方法

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航天器工程 2024年第3期33卷 124-128页

作者：赵毅魏玉波赵林谢兆耕王临政中国空间技术研究院北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京卫星环境工程研究所北京100094

航天器研制风险的量化分析与评估能够有效提高资源投入和风险控制措施的精准性。为满足当前航天器项目对风险量化管理的要求,航天器风险识别与控制应覆盖研制全流程。文章采用改进层次(AHP)-模糊综合评价法,给出了风险分析与评估的方法... 详细信息

航天器研制风险的量化分析与评估能够有效提高资源投入和风险控制措施的精准性。为满足当前航天器项目对风险量化管理的要求,航天器风险识别与控制应覆盖研制全流程。文章采用改进层次(AHP)-模糊综合评价法,给出了风险分析与评估的方法及流程,并以遥感领域发射卫星为例,基于项目特点建立了覆盖技术、费用、质量、管理四个方面的风险要素集,运用专家打分得到风险评价隶属度矩阵,对风险等级进行科学量化,对项目间、项目内部风险要素进行分析,给出风险控制重点项目。在风险因素增多、项目数量上升的情况下,风险量化分析方法能够在比较项目间风险的严重程度、合理分配资源方面,为管理者提供更好的决策支撑。

关键词：空间技术工程风险管理改进层次分析法模糊综合评价法

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低轨星座卫星快速开发与验证方案设计

航天器工程 2024年第2期33卷 16-20页

作者：刘敏范为裴胜伟李峰中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

针对低轨星座卫星快速开发与验证需求,提出试验星+工程星+接口验证平台(VPI)并行研制验证方案。通过工程星研制,对卫星结构、总装设计及供电主通道、推进贮供主通道等设计进行验证,支撑试验星设计优化与结构投产;VPI对星上电子单机接口... 详细信息

针对低轨星座卫星快速开发与验证需求,提出试验星+工程星+接口验证平台(VPI)并行研制验证方案。通过工程星研制,对卫星结构、总装设计及供电主通道、推进贮供主通道等设计进行验证,支撑试验星设计优化与结构投产;VPI对星上电子单机接口、星上软件等进行迭代验证。通过试验星研制,对低轨星座卫星功能性能全面验证,确定星座卫星基线。该方案经多颗卫星实施验证,有效提高了低轨星座卫星验证效率。

关键词：低轨星座卫星工程星快速开发设计验证

空间站电动工具开关按钮性能退化特性加速寿命试验与可靠性评估

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航天器环境工程 2024年第2期41卷 234-243页

作者：张兆霖杨勇黄首清王浩何贝琛杨艳斌李冬梅可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094 北京卫星环境工程研究所北京100094 中国空间技术研究院北京100094

面向中国空间站在轨寿命评估与延寿需求,以舱外电动工具开关按钮为对象,开展综合考虑在轨长期贮存与短期作业交替影响的加速寿命试验,设置多温度水平,研究开关按钮性能退化特性和失效机理,并采用基于伪寿命分布的可靠性评估方法开展评... 详细信息

面向中国空间站在轨寿命评估与延寿需求,以舱外电动工具开关按钮为对象,开展综合考虑在轨长期贮存与短期作业交替影响的加速寿命试验,设置多温度水平,研究开关按钮性能退化特性和失效机理,并采用基于伪寿命分布的可靠性评估方法开展评估工作。加速寿命试验结果显示:开关按钮在50℃和80℃温度下出现按压力松弛现象,按压力退化与时间呈线性关系;在110℃和140℃温度下出现卡滞、卡死和润滑脂溢出现象,且按压力迟滞量在贮存后期显著增大。可靠性评估结果显示:开关按钮满足10年寿命末期可靠度0.9954的指标要求。文章所述研究方法可为空间站内其他长期贮存单机的可靠性评估提供借鉴。

关键词：中国空间站舱外电动工具开关按钮加速寿命试验可靠性评估