将一等效薄片模型嵌入到时域有限差分算法（FDTD）中, 以快速而有效地解决复合材料薄片在电磁计算中的多尺度问题。在该嵌入式薄片模型中, 薄片不需要被剖分网格, 而是被嵌入到相邻的网格间, 从而可以使用相对较大的网格剖分周围物体, 进而可节省大量的计算资源。在这一模型中, 薄片被等效为一段传输线, 并用其频域的导纳矩阵代替。使用数字滤波器理论以及逆Z变换可将频域的导纳矩阵转换到时域, 并将其嵌入到时域有限差分算法中。该嵌入式薄片模型被用来计算一单层碳纤维复合材料薄片的反射以及透射性能, 并与其解析解进行对比, 从而验证该模型的准确性、收敛性以及高效性。该模型被用来计算三种具有不同电参数的单层碳纤维复合材料薄片的屏蔽性能, 以研究各电参数对其屏蔽性能的影响。

由于空间相机桁架结构常用的碳纤维复合材料热导率较低, 从而导致结构内部易形成较大温度梯度。本文提出通过在碳纤维复合材料表面附着铜网和粘贴铝膜, 以实现某空间相机桁架结构的导热增强设计。首先, 建立了碳纤维复合材料热导率模型。然后, 针对碳纤维复合材料平板表面附着铜网/粘贴铝膜的结构特点, 建立了平板的传热模型, 并对未经处理的碳纤维复合材料平板以及在其表面分别粘贴0.05 mm和0.5 mm铝膜、附着等效直径为0.08 mm铜网4种不同状态进行了热分析。接着, 通过试验测试获得了不同状态平板结构的等效热导率。试验结果表明, 表面附着铜网/粘贴铝膜可以使面内等效热导率得到不同程度的改善。其中, 在碳纤维复合材料平板表面粘贴0.5 mm铝膜效果最好, 其可使结构的等效热导率提升至41.3 W/(m·K)。最后, 根据试验所得结构等效热导率, 对某空间相机碳纤维桁架进行了热设计。桁架结构热分析结果表明, 单根桁架杆的轴向温差已由6.8 ℃减小为0.8 ℃, 桁架结构温度均匀性得到显著改善。

为了研究流场中碳纤维增强环氧树脂复合材料在激光辐照时产生的烧蚀羽烟对入射激光的屏蔽效应,通过对朗伯-比尔定律进行分析,得到了评价羽烟消光性能的平均质量消光系数的表达式,其与羽烟场浓度和激光透过率相关。采用激光诱导炽光法(LII)和激光消光法,搭建了羽烟消光性能联合诊断实验平台,使待测激光落于LII的激发光平面上,通过同步采集待测激光的透过率和LII信号,获得激发光平面上羽烟浓度场和激光消光比,得到羽烟在不同气流速度下的平均质量消光系数。实验得到气流速度为7,10,20 m/s时羽烟对1064 nm激光的归一化质量消光系数分别为2.51,1.08,1.00。实验发现,质量消光系数受到气流速度影响,当气流速度较低时质量消光系数曲线波动幅度大,且曲线均值较大; 当气流速度较高时质量消光系数趋于稳定且均值较小。