[發明專利]一種航天器用聚合物基碳纖維復合材料空間熱循環加速試驗方法

在審

• 申請號: 201810136596.6
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108458942A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 楊劍群;李興冀;白剛;羅文波;呂鋼;張新偉;徐慶鶴;盧清榮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G01N25/00;G01N24/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

一種航天器用聚合物基碳纖維復合材料空間熱循環加速試驗方法，涉及一種空間熱循環加速試驗方法。本發明為了解決現有針對航天器用聚合物基碳纖維復合材料的空間熱循環試驗的試驗時間長的問題。方法：選擇聚合物基碳纖維復合材料并測試微觀結構；空間熱循環條件確定，進行空間熱循環試驗并測定試驗后材料中自由基的數量A和種類；確定地面加速熱循環試驗條件，進行地面加速熱循環試驗并測定試驗后材料中自由基的數量B和種類；自由基的種類變化相同，數量滿足∣A?B∣/A≤5％，計算加速因子N＝W₁/W₂或V₂/V₁。本發明能夠縮短試驗周期，降低試驗成本。本發明適用于聚合物基碳纖維復合材料熱循環加速試驗。

技術領域

本發明涉及一種空間熱循環加速試驗方法。

背景技術

航天器在軌運行期間反復進出地球陰影，環境溫度交替變化。低地球軌道運行周期約90min，航天器表面溫度一般在172～366K范圍內變化，極限情況可達151～395K；地球同步軌道運行一周約24h，溫度變化范圍更大，一般在123～423K范圍內變化。在循環溫度場作用下，對于應用于航天器上的復合材料，由于增強相(尤其是長纖維)與基體之間存在線膨脹系數相差近一個數量級，或是不同取向的鋪層間的線膨脹系數的較大差異，在熱循環作用下會造成基體與增強相之間的熱應力，隨著熱應力累積會使材料內部產生微裂紋，最終導致材料力學性能和尺寸穩定性下降，影響航天器運行的可靠性和使用壽命。為了獲得在空間熱循環作用下聚合物基碳纖維復合材料力學性能和尺寸穩定性的變化規律，通常采用地面熱循環模擬試驗來實現。在熱循環試驗過程中，如果熱循環周期采用地面與空間一致(即1:1試驗)時，不但試驗時間長，而且耗費人力和物力。然而，目前國內外針對航天器用聚合物基碳纖維復合材料空間熱循環加速試驗方法尚未見公開報導。因此，建立合理的空間熱循環加速試驗具有重要的工程實際意義。

發明內容

本發明為了解決現有針對航天器用聚合物基碳纖維復合材料的空間熱循環試驗的試驗時間長的問題，提出一種航天器用聚合物基碳纖維復合材料空間熱循環加速試驗方法。

本發明航天器用聚合物基碳纖維復合材料空間熱循環加速試驗方法按以下步驟進行：

一、選擇航天器用聚合物基碳纖維復合材料

所述航天器用聚合物基碳纖維復合材料的纖維排列方式為橫向單向排列或縱向單向排列；

二、測試航天器用聚合物基碳纖維復合材料的微觀結構；

所述微觀結構為航天器用聚合物基碳纖維復合材料中自由基的數量和種類；

其中，測試航天器用聚合物基碳纖維復合材料的微觀結構的測試分析通過電子順磁共振分析方法進行；

三、空間熱循環條件確定

確定航天器用聚合物基碳纖維復合材料所應用的空間軌道的熱循環溫度區間T₁～T₂、溫度變化速率V₁、循環次數N₁和空間熱循環周期W₁；所述10次＜N₁＜1000；所述W₁＝2(T₂-T₁)/V₁；

所述溫度變化速率V₁為升溫速率和降溫速率；

四、在空間熱循環條件下對航天器用聚合物基碳纖維復合材料進行空間熱循環試驗，并測定空間熱循環試驗后的聚合物基碳纖維復合材料中自由基的數量A和種類；

五、確定地面加速熱循環試驗條件