結構燒蝕
關注創建者：崔亞輝 創建時間：2019-07-08
結構燒蝕的實例教程
需要對發動機尾噴管進行熱結構與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優化設計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時間的變化并進行熱應力分析，最后進行燒蝕層厚度優化設計。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構.pdf
創新采用3D打印PEEK結構件，同時作為結構材料和熱燒蝕材料用于20kg級小型返回艙結構。滿足空間使用溫度、真空環境材料脫氣要求，并且能夠經受最大熱流100 W/cm2的苛刻考驗。
“小型空間樣品返回艙熱防護系統”利用PEEK 3D打印技術成本降低了70%，制造時間縮短了90%。采用的高層間結合力PEEK 3D打印線材，層間結合力最高能夠達到水平方向的88%，XY軸拉伸強度達到96MPa，Z軸方向拉伸強度最高達到85MPa。不僅能夠滿足航空航天結構件的要求，在骨科醫療、汽車、消費電子和5G領域也具備廣闊應用市場。
小天體探測任務對于中國的航天意義重大，對于3D打印行業來說，采用3D打印技術來制造返回艙的關鍵部件，既困難，又具有偉大的意義。這將證明國產的3D打印設備和材料，不僅在原型制造上面有相對優勢，在要求最高的航空航天領域的應用也并不落后。
今年的TCT展會，KEXCELLED將在現場展示返回艙的全尺寸工程樣件。
據悉中國的首顆小行星探測器計劃2022年5月在西昌發射。屆時搭載著3D打印返回艙的探測器將展開遙遠的太空之旅，踏足人類從未到過的空間，著陸小行星采集樣本并返回地球。預祝發射圓滿成功，“中國航天的征途是星辰大海”，人類對浩瀚宇宙地探索永不停滯，加油中國航天。
中國小行星探測工程示意圖：
進行小行星探測的意義
小天體保存著太陽系形成演化的原始信息，是研究太陽系起源的“活化石”，也是目前國際深空探測的熱點、行星科學研究的前沿；在“開辟新疆域、揭示生命起源、推動技術進步、開發天然資源、保護地球安全”方面意義重大，影響深遠。
展開 根據上節飛秒激光制備石英微凹透鏡的加工機理，各向同性的濕法刻蝕是實現高表面質量微凹透鏡的關鍵。這里借助飛秒激光燒蝕種子結構結合各項同性濕法刻蝕的思想，將其應用到藍寶石微透鏡的加工中，實現藍寶石微凹透鏡陣列的高效率制備。
圖7（a）單脈沖能量燒蝕
■ 這里采用的是C相藍寶石，使用不同單脈沖能量直接燒蝕得到的結果如圖 7（a）所示。
■ 利用該高溫化學反應，單脈沖能量為36 nJ燒蝕后的藍寶石結構隨刻蝕時間的演化過程如圖 7（b）所示。
■ 當在溶液中刻蝕5 min以后，藍寶石表面的燒蝕微坑已經擴大并演變成倒三棱錐結構，并且隨著刻蝕時間增加，藍寶石表面微結構的整體尺寸也逐漸增加。
圖7（b）藍寶石結構演化過程
圖7（c）藍寶石底部變化程度
但是從側面圖 7（c）可以看到，在整個刻蝕過程中，其斜邊的傾斜角度保持不變，但是底部由原來的三棱錐形狀變成了球形，并且隨著刻蝕時間的近一步增加，其底面的尺寸也隨之變大。
圖7（d）大面積藍寶石微透鏡陣列結構
圖7（e）大面積藍寶石成像效果
經驗證，該底部結構具有比較完美的球面輪廓。根據這一現象，利用光場調制技術將焦點調制為4×4的點陣，焦點之間的間隔略小于刻蝕后藍寶石底部的球面直徑，可以避免由不同晶向引起的三棱柱側邊，從而實現具有高表面質量的藍寶石微透鏡陣列結構。
圖 7（d）是利用飛秒激光空間光場調制和濕法刻蝕制備的大面積藍寶石微透鏡陣列結構，可以看到其尺寸分布比較均勻，且都具有比較好的成像效果（圖 7（e））。
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圖7（a）單脈沖能量燒蝕
■ 這里采用的是C相藍寶石，使用不同單脈沖能量直接燒蝕得到的結果如圖 7（a）所示。
■ 利用該高溫化學反應，單脈沖能量為36 nJ燒蝕后的藍寶石結構隨刻蝕時間的演化過程如圖 7（b）所示。
創新采用3D打印PEEK結構件，同時作為結構材料和熱燒蝕材料用于20kg級小型返回艙結構。滿足空間使用溫度、真空環境材料脫氣要求，并且能夠經受最大熱流100 W/cm2的苛刻考驗。
“小型空間樣品返回艙熱防護系統”利用PEEK 3D打印技術成本降低了70%，制造時間縮短了90%。
需要對發動機尾噴管進行熱結構與熱燒蝕分析，對不同材料鋪層厚度優化設計，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時間的變化并進行熱應力分析，最后進行燒蝕層厚度優化設計。
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尾噴管熱固耦合熱燒蝕結構.pdf
