變密度真空多層絕熱的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著深空探索的不斷深入,空間軌道低溫推進(jìn)劑長(zhǎng)期儲(chǔ)存技術(shù)有望成為解決未來(lái)月球資源開發(fā)和其他如火星等深空探測(cè)所面臨的大載荷、長(zhǎng)距離問題的有效途徑之一。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一技術(shù),必須設(shè)計(jì)開發(fā)相應(yīng)的高效、輕巧、可靠的真空低溫絕熱形式。這一應(yīng)用背景對(duì)傳統(tǒng)的真空多層絕熱技術(shù)在重量和絕熱性能方面提出了新的要求。由于以往傳統(tǒng)真空多層絕熱大多采用統(tǒng)一的反射層層密度而很少考慮其內(nèi)部徑向方向上參數(shù)的變化尤其是反射層與間隔材料間的配置方案,使得多層材料的絕熱性能并

2、不能達(dá)到最佳,或者在相同性能的情況下重量偏重。在“斤斤計(jì)較”的航天應(yīng)用上,變密度多層絕熱有望解決上述問題。
　　變密度多層絕熱主要通過(guò)改變反射層密度配置的方式使間隔材料布置在較為合理的地方,從而提升多層材料的絕熱性能。
　　本文以變密度多層絕熱材料的絕熱性能為優(yōu)化目標(biāo)。首先介紹多層絕熱技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與影響因素,隨后引出變密度多層絕熱的概念,之后對(duì)于變密度優(yōu)化提出了自己的觀點(diǎn):即變密度多層絕熱的性能優(yōu)化需要綜合地考慮多層絕熱內(nèi)

3、部的規(guī)律以及間隔材料本身的特性。然后從理論計(jì)算方面著手,選擇層與層模型作為描述變密度多層絕熱的理論模型,并突破性地采用了類似自然界生物進(jìn)化方向的自主選擇的方法對(duì)間隔材料的最優(yōu)化布置進(jìn)行了求解。鑒于連續(xù)變化的層密度布置方式在實(shí)際應(yīng)用中難以實(shí)現(xiàn),本文通過(guò)采用分段變密度的方式,計(jì)算了變密度配置對(duì)多層材料絕熱性能的影響,從理論上得出了變密度優(yōu)化配置的結(jié)論:適當(dāng)?shù)販p小內(nèi)層的層密度,可以顯著地改善多層材料的絕熱性能,且內(nèi)層最優(yōu)層密度約為平均層密度的

4、1/2。同時(shí),還分析了熱邊界溫度對(duì)變密度優(yōu)化配置的影響。此外,通過(guò)進(jìn)一步的研究還表明,分段變密度多層絕熱在布置方式以及性能優(yōu)化方面都有著非常好的擴(kuò)展性。為了驗(yàn)證理論模型的的預(yù)測(cè)結(jié)果,文中還根據(jù)多層材料絕熱性能的測(cè)試要求,完成了變密度多層絕熱材料實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工、集成以及實(shí)驗(yàn)研究工作。并根據(jù)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析了變密度多層絕熱中優(yōu)化配置的方案以及采用實(shí)際最優(yōu)化配置時(shí)所得到的絕熱性能的提升量。通過(guò)進(jìn)一步比較,分析了變密度布置所造成的絕熱