結(jié)構(gòu)燒蝕的案例
基于Samcef Amaryllis的尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構(gòu)耦合分析
需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)與熱燒蝕分析，對(duì)不同材料鋪層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)，輸出不同燒蝕情況下溫度分布和應(yīng)力分布。
首先確立噴管防熱層燒蝕仿真模型參數(shù)，邊界條件，然后獲得噴管燒蝕層厚度隨燒蝕時(shí)間的變化并進(jìn)行熱應(yīng)力分析，最后進(jìn)行燒蝕層厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)。
具體見附件。
尾噴管熱固耦合熱燒蝕結(jié)構(gòu).pdf
KEXCELLED 3D打印PEEK用于小行星探測器返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)
創(chuàng)新采用3D打印PEEK結(jié)構(gòu)件，同時(shí)作為結(jié)構(gòu)材料和熱燒蝕材料用于20kg級(jí)小型返回艙結(jié)構(gòu)。滿足空間使用溫度、真空環(huán)境材料脫氣要求，并且能夠經(jīng)受最大熱流100 W/cm2的苛刻考驗(yàn)。
“小型空間樣品返回艙熱防護(hù)系統(tǒng)”利用PEEK 3D打印技術(shù)成本降低了70%，制造時(shí)間縮短了90%。采用的高層間結(jié)合力PEEK 3D打印線材，層間結(jié)合力最高能夠達(dá)到水平方向的88%，XY軸拉伸強(qiáng)度達(dá)到96MPa，Z軸方向拉伸強(qiáng)度最高達(dá)到85MPa。不僅能夠滿足航空航天結(jié)構(gòu)件的要求，在骨科醫(yī)療、汽車、消費(fèi)電子和5G領(lǐng)域也具備廣闊應(yīng)用市場。
小天體探測任務(wù)對(duì)于中國的航天意義重大，對(duì)于3D打印行業(yè)來說，采用3D打印技術(shù)來制造返回艙的關(guān)鍵部件，既困難，又具有偉大的意義。這將證明國產(chǎn)的3D打印設(shè)備和材料，不僅在原型制造上面有相對(duì)優(yōu)勢，在要求最高的航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也并不落后。
今年的TCT展會(huì)，KEXCELLED將在現(xiàn)場展示返回艙的全尺寸工程樣件。
據(jù)悉中國的首顆小行星探測器計(jì)劃2022年5月在西昌發(fā)射。屆時(shí)搭載著3D打印返回艙的探測器將展開遙遠(yuǎn)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(yù)祝發(fā)射圓滿成功，“中國航天的征途是星辰大海”，人類對(duì)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(jìn)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(diǎn)、行星科學(xué)研究的前沿；在“開辟新疆域、揭示生命起源、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、開發(fā)天然資源、保護(hù)地球安全”方面意義重大，影響深遠(yuǎn)。
展開 飛秒脈沖激光空間光場調(diào)控的微透鏡陣列制備技術(shù)進(jìn)展
根據(jù)上節(jié)飛秒激光制備石英微凹透鏡的加工機(jī)理，各向同性的濕法刻蝕是實(shí)現(xiàn)高表面質(zhì)量微凹透鏡的關(guān)鍵。這里借助飛秒激光燒蝕種子結(jié)構(gòu)結(jié)合各項(xiàng)同性濕法刻蝕的思想，將其應(yīng)用到藍(lán)寶石微透鏡的加工中，實(shí)現(xiàn)藍(lán)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(lán)寶石，使用不同單脈沖能量直接燒蝕得到的結(jié)果如圖 7（a）所示。
■ 利用該高溫化學(xué)反應(yīng)，單脈沖能量為36 nJ燒蝕后的藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)隨刻蝕時(shí)間的演化過程如圖 7（b）所示。
■ 當(dāng)在溶液中刻蝕5 min以后，藍(lán)寶石表面的燒蝕微坑已經(jīng)擴(kuò)大并演變成倒三棱錐結(jié)構(gòu)，并且隨著刻蝕時(shí)間增加，藍(lán)寶石表面微結(jié)構(gòu)的整體尺寸也逐漸增加。
圖7（b）藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)演化過程
圖7（c）藍(lán)寶石底部變化程度
但是從側(cè)面圖 7（c）可以看到，在整個(gè)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(shí)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(lán)寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)
圖7（e）大面積藍(lán)寶石成像效果
經(jīng)驗(yàn)證，該底部結(jié)構(gòu)具有比較完美的球面輪廓。根據(jù)這一現(xiàn)象，利用光場調(diào)制技術(shù)將焦點(diǎn)調(diào)制為4×4的點(diǎn)陣，焦點(diǎn)之間的間隔略小于刻蝕后藍(lán)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(cè)邊，從而實(shí)現(xiàn)具有高表面質(zhì)量的藍(lán)寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)。
圖 7（d）是利用飛秒激光空間光場調(diào)制和濕法刻蝕制備的大面積藍(lán)寶石微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，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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