《太空飛行器關鍵連線件微動損傷機理與防護研究》是依託上海交通大學，由張執南擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：太空飛行器關鍵連線件微動損傷機理與防護研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張執南
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛輪支架是太空飛行器廣泛套用的關鍵連線件，飛輪運轉會引起支架振動，這種振動在空間微重力、弱阻尼、冷熱交變的工作條件下難以衰減，導致連線面的摩擦-振動耦合，直接影響有效載荷精度及穩定度，為進一步提高有效載荷精度及穩定度，需要針對微動損傷機理與防護技術進行深入研究。本項目針對衛星飛輪支架微動摩擦學現象，圍繞其連線面的微動特性辨識、微動摩擦效應與損傷機理、微動損傷防護設計三大關鍵問題，首先開展複雜環境下微動特性辨識實驗、非線性動力學建模與分析研究，獲得微動特性規律及其參數辨識新方法；進而建立綜合考慮複雜激勵、尺度效應、表面界面效應的摩擦-振動耦合分析模型並結合先進表征技術與方法，揭示複雜環境下的摩擦-振動作用規律與微動損傷機理；最後，開發基於結構-性能協同效應的金剛石塗層設計製備新方法，為衛星飛輪支架的抗微動損傷防護提供基礎理論。研究成果將為太空飛行器連線件的微動損傷機理及防護提供理論支撐。
結題摘要
面向太空飛行器可靠性、壽命、精度和穩定度增長需求，以衛星平台飛輪支架連線面為研究對象，旨在探索並建立針對連線件表界面長期微動作用規律分析及微動損傷防護的技術方法。本項目以理論分析、仿真與試驗結合的方式，研究了太空飛行器關鍵連線件的微動損傷機理。重點圍繞複雜環境下連線面的微動特性測試、參數辨識和實驗分析新方法，連線面微動摩擦效應與表面界面及結構的作用規律以及微動防護手段與性能最佳化等三個關鍵問題開展研究工作。採用先進的測振手段與有限元振動分析手段相結合，探究了連線件的微動特性；利用分子動力學、有限元仿真並與自主研發的微動摩擦磨損測試系統相結合，進行了微動摩擦學系統的建模與分析，揭示了連線件微動損傷機理；構建了金剛石塗層、石墨烯塗層的製備工藝以及性能最佳化方法，分析了缺陷對塗層性能的影響規律；最後，從微動防護設計過程中，拓展了摩擦-電學系統的設計，分析了載流摩擦與摩擦電效應的摩擦學、電學行為的關聯性。以上研究為太空飛行器關鍵連線件的微動損傷防護提供了理論基礎和技術依據。相關研究工作在Carbon(IF: 7.466)、Applied Surface Science、Friction, Computational Materials Science,、Scientific Reports等期刊發表SCI論文13篇；在機械工程學報、摩擦學學報等期刊發表EI論文7篇；申請中國發明專利3項（已獲授權2項）；在世界摩擦學大會、全國摩擦學大會等國內外摩擦學學術會議上做報告11次（其中邀請報告3次）。
