一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法。可以在地面环境评价材料在火星风沙环境下性能。首先利用风沙运动模拟计算程序在地球条件下对近地表沙粒跃移进行模拟。然后利用风洞试验，同样的输入量，利用风洞输出量修正所述风沙运动模拟计算程序，得到与风洞匹配的程序。再次设定与风洞匹配的程序的试验环境为火星条件，根据火星条件下的沙粒运动，设定程序输入量，获得火星条件下的程序输出量；进行风洞试验，调整风洞试验的输入参数，实时测量指定区域对应风洞输出量，得到使得风洞输出量与的火星条件下的程序输出量一致的风洞试验的输入参数范围，根据该范围设定吹沙时间，在风洞中对样本材料进行持续吹沙实验。续吹沙实验。续吹沙实验。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法


[0001]本专利技术涉及航天器材料工程
，具体涉及一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法。

技术介绍

[0002]执行火星探测任务，不但需要面对常规空间探测任务中需要面对的真空、高低温、紫外辐照和粒子辐照等环境因素，还需要解决首次面对的空间沙尘环境。干燥的火星大气经常会吹来大量的沙尘，在对探测器表面冲击的同时还会由于摩擦产生静电吸附在器件表面，对器件或材料性能产生影响。柔性薄膜材料由于具有重量轻、可折叠收纳等优点，在航天任务重多有使用。尤其是针对火星探测这种距离遥远，发射成本高的任务应用广泛。目前柔性薄膜材料在各国火星探测中作为结构、热控、防护等材料使用，未来也将是作为外星居住舱的主要材料之一。火星表面沙尘暴频发，风速高且输沙量大，对器件的冲击极大。由于火星和地球在重力和空气密度等参数方面存在巨大差异，目前尚未有可以模拟火星表面沙尘环境的设备和方法，也无法实现在地球开展材料在火星风沙环境下性能变化的相关研究。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法，能够在地面环境模拟火星表面风沙环境法，可以在地面环境评价材料在火星风沙环境下性能变化。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤
[0005]步骤(1)利用风沙运动模拟计算程序，设定实验环境为地球条件，即设定程序的环境参数中大气密度和重力与地球条件一致；利用所述风沙运动模拟计算程序，在地球条件下对近地表沙粒跃移进行模拟，根据地球条件下的近地表沙粒跃移规律，设定地球条件下的程序输入量，程序输入量包括供沙粒径分布和轴线风速，计算出指定区域的沙粒速度、粒径分布和输沙量，作为地球条件下的程序输出量。
[0006]步骤(2)将与地球条件下的程序输入量相同的供沙粒径分布和轴线风速作为风洞试验的风洞输入量，在风洞试验的试验过程中使用实时监测设备测量与步骤1所述指定区域的相同区域对应的风洞输出量，所述风洞输出量包括：沙粒速度、粒径分布和输沙量。
[0007]步骤(3)通过所述风洞试验的风洞输出量，修正所述风沙运动模拟计算程序，得到与风洞匹配的程序。
[0008]步骤(4)设定所述与风洞匹配的程序的试验环境为火星条件，即设定程序的环境参数中大气密度和重力与火星条件一致。
[0009]根据火星条件下的沙粒运动，设定程序输入量，包括供沙粒径分布和轴线风速，计算出指定区域的沙粒速度、粒径分布和输沙量，作为火星条件下的程序输出量。
[0010]步骤(5)进行风洞试验，调整风洞试验的输入参数，包括轴线风速和粒径分布，实
时测量指定区域对应风洞输出量，得到使得风洞输出量与步骤(4)的火星条件下的程序输出量一致的风洞试验的输入参数范围，包括轴线风速范围和粒径分布范围。
[0011]在所述轴线风速范围和粒径分布范围内调整风洞试验的输入参数，实现风洞在地面条件下输出与火星条件下的相同的沙粒速度、粒径分布和输沙量。
[0012]步骤(6)依照所述轴线风速范围和粒径分布范围，设定合理的吹沙时间，在风洞中对样本材料进行持续吹沙实验。
[0013]进一步地，方法在步骤(6)之后还包括如下步骤：
[0014]步骤(7)将在不同参数下试验后的样本材料取一些样品进行各种测试分析，包括使用扫描电子显微镜和原子力显微镜对样品表面受到沙粒冲击后的形貌进行分析，用紫外
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可见分光光度计和傅里叶红外光谱仪对试验后的样品进行光学性能测试，用高阻计对样品表面导电性能进行测试，分析材料在模拟火星风沙环境下的性能变化。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术提供的一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法，首先利用风沙运动模拟计算程序，在地球条件下对近地表沙粒跃移进行模拟。然后利用风洞试验，同样的输入量，利用风洞输出量修正所述风沙运动模拟计算程序，得到与风洞匹配的程序。再次设定与风洞匹配的程序的试验环境为火星条件，根据火星条件下的沙粒运动，设定程序输入量，获得火星条件下的程序输出量；进行风洞试验，调整风洞试验的输入参数，实时测量指定区域对应风洞输出量，得到使得风洞输出量与的火星条件下的程序输出量一致的风洞试验的输入参数范围，然后根据该范围设定合理的吹沙时间，在风洞中对样本材料进行持续吹沙实验。对样品的性能变化进行分析测试和评价。本专利技术涉及的试验方法可以在地面环境模拟火星表面风沙环境；本专利技术涉及的试验方法可以在地面环境评价材料在火星风沙环境下性能变化。
附图说明
[0017]图1为本专利技术提供的一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法流程图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0019]本专利技术提供了一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法，包括如下步骤：
[0020]步骤(1)利用风沙运动模拟计算程序，设定实验环境为地球条件，即设定程序的环境参数中大气密度和重力与地球条件一致；利用所述风沙运动模拟计算程序，在地球条件下对近地表沙粒跃移进行模拟。其中近地表是指距离地表小于10米。
[0021]根据地球条件下的近地表沙粒跃移规律，设定地球条件下的程序输入量，程序输入量包括供沙粒径分布和轴线风速，计算出指定区域的沙粒速度、粒径分布和输沙量，作为地球条件下的程序输出量。
[0022]步骤(2)将与所述地球条件下的程序输入量相同的供沙粒径分布和轴线风速作为风洞试验的风洞输入量，在风洞试验的试验过程中使用实时监测设备测量与步骤1所述指
定区域的相同区域对应的风洞输出量，所述风洞输出量包括：沙粒速度、粒径分布和输沙量。
[0023]步骤(3)通过所述风洞试验的风洞输出量，修正所述风沙运动模拟计算程序，得到与风洞匹配的程序。
[0024]步骤(4)设定所述与风洞匹配的程序的试验环境为火星条件，即设定程序的环境参数中大气密度和重力与火星条件一致。
[0025]根据火星条件下的沙粒运动，设定火星条件下的程序输入量，包括供沙粒径分布和轴线风速，计算出指定区域的沙粒速度、粒径分布和输沙量，作为火星条件下的程序输出量。
[0026]步骤(5)进行风洞试验，调整风洞试验的输入参数，包括轴线风速和粒径分布，实时测量指定区域对应风洞输出量，得到使得风洞输出量与步骤(4)的火星条件下的程序输出量一致的风洞试验的输入参数范围，包括轴线风速范围和粒径分布范围。
[0027]在所述轴线风速范围和粒径分布范围内调整风洞试验的输入参数，实现风洞在地面条件下输出与火星条件下的相同的沙粒速度、粒径分布和输沙量。
[0028]步骤(6)依照所述轴线风速范围和粒径分布范围，设定合理的吹沙时间，在风洞中对样本材料进行持续吹沙实验。
[0029]步骤(7)将在不同参数下试验后的样本材料取一些样品进行各种测试分析，包括使用扫描电子显微镜和原子力显微镜对样品表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟火星表面风沙环境对材料性能影响的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)利用风沙运动模拟计算程序，设定实验环境为地球条件，即设定程序的环境参数中大气密度和重力与地球条件一致；利用所述风沙运动模拟计算程序，在地球条件下对近地表沙粒跃移进行模拟，根据地球条件下的近地表沙粒跃移规律，设定地球条件下的程序输入量，程序输入量包括供沙粒径分布和轴线风速，计算出指定区域的沙粒速度、粒径分布和输沙量，作为地球条件下的程序输出量；步骤(2)将与所述地球条件下的程序输入量相同的供沙粒径分布和轴线风速作为风洞试验的风洞输入量，在风洞试验的试验过程中使用实时监测设备测量与步骤1所述指定区域的相同区域对应的风洞输出量，所述风洞输出量包括：沙粒速度、粒径分布和输沙量；步骤(3)通过所述风洞试验的风洞输出量，修正所述风沙运动模拟计算程序，得到与风洞匹配的程序；步骤(4)设定所述与风洞匹配的程序的试验环境为火星条件，即设定程序的环境参数中大气密度和重力与火星条件一致；根据火星条件下的沙粒运动，设定程序输入量，包括供沙粒径分布和轴线风速，计算出指定区域的沙粒速...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淼，何延春，向艳超，王艺，周超，王虎，王洁冰，李学磊，王志民，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：