[发明专利]一种航天器用聚合物基碳纤维复合材料空间热循环加速试验方法

说明书

一种航天器用聚合物基碳纤维复合材料空间热循环加速试验方法，涉及一种空间热循环加速试验方法。本发明为了解决现有针对航天器用聚合物基碳纤维复合材料的空间热循环试验的试验时间长的问题。方法：选择聚合物基碳纤维复合材料并测试微观结构；空间热循环条件确定，进行空间热循环试验并测定试验后材料中自由基的数量A和种类；确定地面加速热循环试验条件，进行地面加速热循环试验并测定试验后材料中自由基的数量B和种类；自由基的种类变化相同，数量满足∣A‑B∣/A≤5％，计算加速因子N＝W₁/W₂或V₂/V₁。本发明能够缩短试验周期，降低试验成本。本发明适用于聚合物基碳纤维复合材料热循环加速试验。

技术领域

本发明涉及一种空间热循环加速试验方法。

背景技术

航天器在轨运行期间反复进出地球阴影，环境温度交替变化。低地球轨道运行周期约90min，航天器表面温度一般在172～366K范围内变化，极限情况可达151～395K；地球同步轨道运行一周约24h，温度变化范围更大，一般在123～423K范围内变化。在循环温度场作用下，对于应用于航天器上的复合材料，由于增强相(尤其是长纤维)与基体之间存在线膨胀系数相差近一个数量级，或是不同取向的铺层间的线膨胀系数的较大差异，在热循环作用下会造成基体与增强相之间的热应力，随着热应力累积会使材料内部产生微裂纹，最终导致材料力学性能和尺寸稳定性下降，影响航天器运行的可靠性和使用寿命。为了获得在空间热循环作用下聚合物基碳纤维复合材料力学性能和尺寸稳定性的变化规律，通常采用地面热循环模拟试验来实现。在热循环试验过程中，如果热循环周期采用地面与空间一致(即1:1试验)时，不但试验时间长，而且耗费人力和物力。然而，目前国内外针对航天器用聚合物基碳纤维复合材料空间热循环加速试验方法尚未见公开报导。因此，建立合理的空间热循环加速试验具有重要的工程实际意义。

发明内容

本发明为了解决现有针对航天器用聚合物基碳纤维复合材料的空间热循环试验的试验时间长的问题，提出一种航天器用聚合物基碳纤维复合材料空间热循环加速试验方法。

本发明航天器用聚合物基碳纤维复合材料空间热循环加速试验方法按以下步骤进行：

一、选择航天器用聚合物基碳纤维复合材料

所述航天器用聚合物基碳纤维复合材料的纤维排列方式为横向单向排列或纵向单向排列；

二、测试航天器用聚合物基碳纤维复合材料的微观结构；

所述微观结构为航天器用聚合物基碳纤维复合材料中自由基的数量和种类；

其中，测试航天器用聚合物基碳纤维复合材料的微观结构的测试分析通过电子顺磁共振分析方法进行；

三、空间热循环条件确定

确定航天器用聚合物基碳纤维复合材料所应用的空间轨道的热循环温度区间T₁～T₂、温度变化速率V₁、循环次数N₁和空间热循环周期W₁；所述10次＜N₁＜1000；所述W₁＝2(T₂-T₁)/V₁；

所述温度变化速率V₁为升温速率和降温速率；

四、在空间热循环条件下对航天器用聚合物基碳纤维复合材料进行空间热循环试验，并测定空间热循环试验后的聚合物基碳纤维复合材料中自由基的数量A和种类；

五、确定地面加速热循环试验条件