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Ignition processes and characteristics of charring conductive polymers with a cavity geometry in precombustion chamber for applications in micro/nano satellite hybrid rocket motors

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Defence Technology（防务技术） 2024年第2期32卷 55-66页

作者： Zhiyuan Zhang Hanyu Deng wenhe liao Bin Yu Zai Yu Nanjing University of Science and Technology Nanjing 210094China

The arc ignition system based on charring polymers has advantages of simple structure,low ignition power consumption and multiple ignitions,which bringing it broadly application prospect in hybrid propulsion system of micro/nano ***,charring polymers alone need a relatively high input voltage to achieve pyrolysis and ignition,which increases the burden and cost of the power system of micro/nano satellite in practical *** conductive substance into charring polymers can effectively decrease the conducting voltage which can realize low voltage and low power consumption repeated ignition of arc ignition *** this paper,a charring conductive polymer ignition grain with a cavity geometry in precombustion chamber,which is composed of PLA and multiwall carbon nanotubes(MWCNT)was *** detailed ignition processes were analyzed and two different ignition mechanisms in the cavity of charring conductive polymers were *** ignition characteristics of charring conductive polymers were also investigated at different input voltages,ignition grain structures,ignition locations and injection schemes in a visual ignition *** results demonstrated that the ignition delay and external energy required for ignition were inversely correlated with the voltages applied to ignition ***,the incremental depth of cavity shortened the ignition delay and external energy required for ignition while accelerated the propagation of *** the depth of cavity increased from 2 to 6 mm(at 50 V),the time of flame propagating out of ignition grain changed from 235.6 to 108 ms,and values of mean ignition delay time and mean external energy required for ignition decreased from 462.8 to 320 ms and 16.2 to 10.75 J,*** rear side of the cavity was the ideal ignition position which had a shorter ignition delay and a faster flame propagation speed in comparison to other ignition *** to direct injection scheme,swirlin

关键词： Micro/nano satellite hybrid propulsion Arc ignition Charring conductive polymer Ignition mechanism Ignition characteristic Repeated ignition

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Characterization, preparation, and reuse of metallic powders for laser powder bed fusion: a review

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International Journal of Extreme Manufacturing 2024年第1期6卷 52-91页

作者： Xiaoyu Sun Minan Chen Tingting Liu Kai Zhang Huiliang Wei Zhiguang Zhu wenhe liao School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094People’s Republic of China

Laser powder bed fusion(L-PBF) has attracted significant attention in both the industry and academic fields since its inception, providing unprecedented advantages to fabricate complex-shaped metallic components. The printing quality and performance of L-PBF alloys are infuenced by numerous variables consisting of feedstock powders, manufacturing process,and post-treatment. As the starting materials, metallic powders play a critical role in infuencing the fabrication cost, printing consistency, and properties. Given their deterministic roles, the present review aims to retrospect the recent progress on metallic powders for L-PBF including characterization, preparation, and reuse. The powder characterization mainly serves for printing consistency while powder preparation and reuse are introduced to reduce the fabrication *** powder characterization and preparation methods are presented in the beginning by analyzing the measurement principles, advantages, and limitations. Subsequently, the effect of powder reuse on the powder characteristics and mechanical performance of L-PBF parts is analyzed, focusing on steels, nickel-based superalloys, titanium and titanium alloys, and aluminum alloys. The evolution trends of powders and L-PBF parts vary depending on specific alloy systems, which makes the proposal of a unified reuse protocol infeasible. Finally,perspectives are presented to cater to the increased applications of L-PBF technologies for future investigations. The present state-of-the-art work can pave the way for the broad industrial applications of L-PBF by enhancing printing consistency and reducing the total costs from the perspective of powders.

关键词： laser powder bed fusion powder characterization powder preparation powder reuse

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旋转超声加工碳纤维复合材料研究现状与展望

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航空学报 2024年第13期45卷 108-132页

作者：束静廖文和郑侃董松孙连军南京理工大学机械工程学院南京210094

碳纤维复合材料因其轻量化、耐高温、耐腐蚀等优异性能在多种极端服役环境得到了广泛的应用,在航空航天装备中的占比逐年提升。旋转超声加工技术在提高碳纤维复合材料去除效率、减小切削力和改善加工质量等方面具有显著优势,是当前难加... 详细信息

碳纤维复合材料因其轻量化、耐高温、耐腐蚀等优异性能在多种极端服役环境得到了广泛的应用,在航空航天装备中的占比逐年提升。旋转超声加工技术在提高碳纤维复合材料去除效率、减小切削力和改善加工质量等方面具有显著优势,是当前难加工材料制造领域的研究热点。近年来,国内外学者在碳纤维复合材料的旋转超声钻削、铣削和磨削等方面展开了大量的研究工作并取得了丰硕的成果,然而,不同加工方式下多种形式超声振动能量的摄入对其切削效果的影响机理存在显著差异。此外,针对多种碳纤维复合材料表面完整性和使役性能研究的深度和广度仍存在较大的提升空间。为此,对材料去除机理、切削特性、表面质量研究及实际工程应用的国内外文献进行了总结和凝练,并展望了旋转超声加工碳纤维复合材料的发展趋势。

关键词：旋转超声加工碳纤维复合材料纤维断裂表面损伤抑制表面粗糙度

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航天器编队飞行相对运动轨迹优化方法综述

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宇航学报 2024年第3期45卷 325-340页

作者：陈丹鹤何敬源刘幸川廖文和南京理工大学机械工程学院南京210094

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编... 详细信息

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编队飞行相对运动轨迹优化问题的难点。综述航天器编队飞行构建或重构任务中轨迹优化问题的求解方法,总结分析其优缺点,并介绍常用的数学求解工具。最后,提出值得深入研究的关键技术需求和航天器编队飞行未来发展的重要方向。

关键词：航天器编队编队控制相对运动协同控制轨迹优化

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激光功率对激光粉末床熔融成形Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷熔池形态、微观组织和力学性能影响的研究

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中国激光 2024年第10期51卷 231-243页

作者：熊志伟张凯刘婷婷廖文和南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

熔融生长的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表... 详细信息

熔融生长的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明,激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的表面粗糙度(Ra)和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y2O_(3)等稳定剂的条件下,Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的物相主要包括α-Al_(2)O_(3)、m-ZrO_(2)和亚稳相t-ZrO_(2)。随着激光功率的增加,m-ZrO_(2)逐渐减少,这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势,晶界密度减小,因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时,得到硬度为Hv=17.19 GPa和断裂韧性为KIC=6.67 MPa·m1/2的最优力学性能样品。

关键词：激光技术激光粉末床熔融 Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷熔池晶粒尺寸断裂韧性

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弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法

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振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 147-152,203页

作者：崔光裕李波乐毅田威廖文和李明伟南京航空航天大学机电学院南京210016 上海宇航系统工程研究所上海201109 北京卫星制造厂有限公司北京100094

针对弱刚性航天器舱体壁板多任务并行加工的振动抑制需求,研究了弱刚性构件在切削激励作用下的振动产生、传播与耦合机理,提出了基于双加工激励相位差控制的弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法,并以薄壁舱体壁板为对象进行了仿真... 详细信息

针对弱刚性航天器舱体壁板多任务并行加工的振动抑制需求,研究了弱刚性构件在切削激励作用下的振动产生、传播与耦合机理,提出了基于双加工激励相位差控制的弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法,并以薄壁舱体壁板为对象进行了仿真与试验研究。结果表明,该方法能够有效实现振动抑制,验证了其正确性与有效性,为多机器人协同原位加工的复杂振动抑制难题提供了一种新思路。

关键词：振动抑制双机器人相位差弱刚性构件协同加工

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Optimal maneuver strategy to improve the observability of angles-only rendezvous

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Journal of Systems Engineering and Electronics 2023年第4期34卷 1020-1032页

作者： DU Ronghua liao wenhe ZHANG Xiang School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094China

This paper proposes an optimal maneuver strategy to improve the observability of angles-only rendezvous from the perspective of relative navigation.A set of dimensionless relative orbital elements(ROEs)is used to parameterize the relative motion,and the objective function of the observability of anglesonly navigation is *** analytical solution of the optimal maneuver strategy to improve the observability of anglesonly navigation is obtained by means of numerical analysis.A set of dedicated semi-physical simulation system is built to test the performances of the proposed optimal maneuver ***,the effectiveness of the method proposed in this paper is verified through the comparative analysis of the objective function of the observability of angles-only navigation and the performances of the angles-only navigation filter under different maneuver *** with the cases without orbital maneuver,it is concluded that the tangential filtering accuracy with the optimal orbital maneuver at the terminal time is increased by 35%on average,and the radial and normal filtering accuracy is increased by 30%on average.

关键词： angles-only navigation observability optimal maneuver orbital rendezvous

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入射光准直角对模拟式太敏的影响与精度补偿

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系统工程与电子技术 2024年第8期46卷 2798-2806页

作者：盛一鸣陆正亮胡远东郑侃廖文和南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对模拟式太阳敏感器测量精度难以满足高精度姿态测量需求的问题,提出一种准直角特性影响补偿方法。在分析模拟式太阳敏感器主要测量误差源的基础上,构建了考虑入射光线准直角特性的测量误差模型,归纳准直角误差与光线入射方向之间的关... 详细信息

针对模拟式太阳敏感器测量精度难以满足高精度姿态测量需求的问题,提出一种准直角特性影响补偿方法。在分析模拟式太阳敏感器主要测量误差源的基础上,构建了考虑入射光线准直角特性的测量误差模型,归纳准直角误差与光线入射方向之间的关系,从测量原理入手推导误差补偿算法,对准直角特性引入的误差影响进行精准补偿。仿真结果表明,所提算法对主要误差的补偿效果显著,在太阳敏感器的视场范围内平均测量精度由补偿前的0.0599°提高至补偿后的0.0094°,大幅提高了模拟式太阳敏感器的测量精度。

关键词：模拟式太阳敏感器准直角精度补偿姿态测量

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含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物点火特性实验研究

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推进技术 2024年第8期45卷 125-133页

作者：邓寒玉濮炎涛张致远廖文和曹平南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 安徽红星机电科技股份有限公司安徽合肥231135

针对微纳卫星混合推力器低功耗重复启动需求,提出了一种基于含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物的电弧点火技术。阐述了该可炭化导电聚合物的制备与加工过程,对可炭化导电聚合物的材料性能进行分析;搭建了相应的可视化点火诊断系统,对点... 详细信息

针对微纳卫星混合推力器低功耗重复启动需求,提出了一种基于含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物的电弧点火技术。阐述了该可炭化导电聚合物的制备与加工过程,对可炭化导电聚合物的材料性能进行分析;搭建了相应的可视化点火诊断系统,对点火过程及其点火机理进行研究。在此基础上,分析了不同外部负载电压(40~60 V)和初始温度(-15~45℃)条件下,可炭化导电聚合物的点火特性。实验结果表明:添加碳纳米管可以显著提高聚合物的导电性能和导热性能,有效降低点火所需外部负载电压;可炭化导电聚合物在不同气体环境下的分解趋势基本一致,点火温度约为375℃;可炭化导电聚合物的整体点火过程主要包括热解潜伏阶段、混合与反应阶段、点火阶段以及传播阶段,残炭结构的生成及持续传热是实现点火的关键;提高负载电压及点火装药表面温度能够有效缩短点火延迟时间及减少点火所需的外部能量,但变化幅度随着电压和表面温度的升高而减小;负载电压和表面温度的大小对点火后的初始火焰传播影响过程不大。

关键词：微纳卫星电弧点火可炭化导电聚合物点火特性点火机理

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Feasibility analysis of angles-only navigation algorithm with multisensor data fusion for spacecraft noncooperative rendezvous

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Astrodynamics 2023年第2期7卷 179-196页

作者： Ronghua Du wenhe liao Xiang Zhang Micro/Nano Satellite Research Center Nanjing University of Science and TechnologyNanjing 210094China

Relative navigation is crucial for spacecraft noncooperative rendezvous,and angles-only navigation using visible and infrared cameras provides a feasible ***,an angles-only navigation algorithm with multisensor data fusion is proposed to derive the relative motion states between two noncooperative ***,the design model of the proposed algorithm is introduced,including the derivation of the state propagation and measurement ***,models for the sensor and actuator are introduced,and the effects of various factors on the sensors and actuators are *** square-root unscented Kalman filter is used to design the angles-only navigation filtering ***,the Clohessy-Wiltshire terminal guidance algorithm is introducedto obtain the theoretical relative motion trajectories during the rendezvous operations of two noncooperative ***,the effectiveness of the proposed angles-only navigation algorithm is verified using a semi-physical simulation *** results prove that an optical navigation camera combined with average accelerometers and occasional orbital maneuvers is feasible for spacecraft noncooperative rendezvous using angles-only navigation.

关键词： angles-only navigation feasibility analysis multisensor data fusion spacecraft noncooperative rendezvous

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