變密度真空多層絕熱的理論與實驗研究.pdf

1、隨著深空探索的不斷深入,空間軌道低溫推進劑長期儲存技術(shù)有望成為解決未來月球資源開發(fā)和其他如火星等深空探測所面臨的大載荷、長距離問題的有效途徑之一。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一技術(shù),必須設計開發(fā)相應的高效、輕巧、可靠的真空低溫絕熱形式。這一應用背景對傳統(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、不能達到最佳,或者在相同性能的情況下重量偏重。在“斤斤計較”的航天應用上,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。首先介紹多層絕熱技術(shù)的應用現(xiàn)狀與影響因素,隨后引出變密度多層絕熱的概念,之后對于變密度優(yōu)化提出了自己的觀點: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化方向的自主選擇的方法對間隔材料的最優(yōu)化布置進行了求解。鑒于連續(xù)變化的層密度布置方式在實際應用中難以實現(xiàn),本文通過采用分段變密度的方式,計算了變密度配置對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?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,還分析了熱邊界溫度對變密度優(yōu)化配置的影響。此外,通過進一步的研究還表明,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展性。為了驗證理論模型的的預測結(jié)果,文中還根據(jù)多層材料絕熱性能的測試要求,完成了變密度多層絕熱材料實驗系統(tǒng)的設計、加工、集成以及實驗研究工作。并根據(jù)得到的實驗結(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際最優(yōu)化配置時所得到的絕熱性能的提升量。通過進一步比較,分析了變密度布置所造成的絕熱