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多尺度柔性钛酸钡/聚二甲基硅氧烷复合材料的制备及介电性能优化

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硅酸盐学报 2024年第4期52卷 1288-1300页

作者：胡海龙孟令晗约索夫中南大学航空航天技术研究院长沙410083

介电电容器具有重量轻、充放电速度快、功率密度高等优点,在航空航天储能器件领域的作用日益凸显。采用模板法与电泳沉积法相结合制备了多尺度结构的柔性复合电介质材料钛酸钡/聚二甲基硅氧烷(BTO/PDMS),研究了其微观无序、有序结构对... 详细信息

介电电容器具有重量轻、充放电速度快、功率密度高等优点,在航空航天储能器件领域的作用日益凸显。采用模板法与电泳沉积法相结合制备了多尺度结构的柔性复合电介质材料钛酸钡/聚二甲基硅氧烷(BTO/PDMS),研究了其微观无序、有序结构对介电性能的影响,并通过理论模拟对其介电与介电强度性能进行了系统分析,为提高复合电介质储能密度的研究提供了理论铺垫。结果表明:当BTO含量达到10.16%(质量分数)时,复合材料的相对介电常数在1000 Hz时提升到85(纯PDMS的相对介电常数仅为2.75);当BTO的体积分数在5%∼20%之间变化时,介电常数随BTO含量的增加呈线性增加;此外,通过调控BTO形貌的有序定向结构(如四方或蜂窝定向结构),介电性能得到提升,某些特定方向的介电强度性能显著提高;将聚偏氟乙烯(PVDF)和PDMS复合形成核壳结构,常数略有提升,填料与基体的介电性能差异减小,介电强度性能得到提升。

关键词：复合材料多尺度结构介电性能有限元理论柔性器件

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卫星对空中动态目标凝视成像姿态规划方法

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 411-418页

作者：杜宁吴树范陈占胜陈文晖王世耀徐家国秦栋栋上海交通大学航空航天学院上海200240 上海航天技术研究院卫星工程研究所上海201109 上海航天技术研究院航天控制技术研究所上海201109

针对低轨卫星面阵相机对空中动态目标凝视成像需求,提出卫星平台根据像面脱靶量进行目标位置估计和凝视姿态规划方法.基于空中动态目标飞行高度的先验知识,以目标地理经纬度和经纬度变化率为状态量,以目标中心像素值为观测量,设计扩展... 详细信息

针对低轨卫星面阵相机对空中动态目标凝视成像需求,提出卫星平台根据像面脱靶量进行目标位置估计和凝视姿态规划方法.基于空中动态目标飞行高度的先验知识,以目标地理经纬度和经纬度变化率为状态量,以目标中心像素值为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器,实现目标地理经纬度的精确估计和预报.在此基础上,规划卫星姿态和角速度,避免了目标像素噪声和延时对姿态稳定度的影响,并实现了单星对目标位置估计.通过数学仿真验证了所提方法的有效性.

关键词：空中动态目标凝视成像姿态规划单星定位扩展卡尔曼滤波

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高超声速变体飞行器宽速域气动特性研究

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第2期41卷 184-201页

作者：罗世彬岳航刘俊宋佳文曹文斌中南大学航天技术研究院中国长沙410083

宽速域飞行是高超声速飞行器的重要设计目标和发展方向。然而,复杂的环境变化给固定外形飞行器在不同飞行条件下的气动布局设计带来了矛盾。高超声速变体飞行器可以通过呈现不同的构型来适应各种飞行条件并满足性能要求。本文通过数值... 详细信息

宽速域飞行是高超声速飞行器的重要设计目标和发展方向。然而,复杂的环境变化给固定外形飞行器在不同飞行条件下的气动布局设计带来了矛盾。高超声速变体飞行器可以通过呈现不同的构型来适应各种飞行条件并满足性能要求。本文通过数值模拟的方法来研究折叠翼高超声速飞行器的气动性能。研究重点是在不同飞行高度和马赫数下,探究不同机翼折叠状态对应气动布局的升阻比、纵向静稳定性和航向静稳定性。比较了不同机翼折叠角度(0°、45°、90°)对气动性能的影响。结果表明,在所研究的整个速度范围内(Ma=0~5),较小的机翼折叠角会导致较高的升力系数、阻力系数和升阻比。机翼折叠角为0°时,升阻比最高。在纵向稳定性方面,折叠角度较小的布局具有更好的纵向稳定性。随着马赫数的增加,不同折叠角度之间的纵向稳定性差异最初减小,然后增大。静态稳定裕度从1∶0.95∶0.84变为1∶0.98∶0.88,后变为1∶0.89∶0.79。此外,具有较大机翼折叠角的构型表现出更好的航向稳定性。所有3种机翼折叠布局状态在低速飞行阶段都是航向静稳定的。随着马赫数的增加,0°和45°折叠角逐渐变得航向静不稳定。

关键词：宽速域变体飞行器折叠翼:气动性能高超声速飞行器

AlH_(3)含量对固体推进剂药浆流变性能的影响

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固体火箭技术 2024年第1期47卷 70-77页

作者：高述虎张怀龙庞爱民郭翔唐根胡兰王小英周水平航天化学动力技术重点实验室湖北航天化学技术研究所襄阳441003 湖北航天化学技术研究所襄阳441003 航天动力技术研究院西安710025

为解决用AlH_(3)替代Al粉导致的固体推进剂药浆粘度增加、流变性能恶化等问题,采用流变学测试方法研究了AlH_(3)含量对于固体推进剂药浆流变性能的影响,如药浆粘度、动态模量、触变性、温度等。结果表明:推进剂药浆的表观粘度与AlH_(3)... 详细信息

为解决用AlH_(3)替代Al粉导致的固体推进剂药浆粘度增加、流变性能恶化等问题,采用流变学测试方法研究了AlH_(3)含量对于固体推进剂药浆流变性能的影响,如药浆粘度、动态模量、触变性、温度等。结果表明:推进剂药浆的表观粘度与AlH_(3)的含量存在很强的正相关性;AlH_(3)含量为16%推进剂药浆的剪切速率高于临界剪切速率后出现了“熔体破裂”现象;AlH_(3)的加入可以提高推进剂药浆的储能模量,增强其可逆弹性形变,改善其触变性;AlH_(3)含量越高,剪切速率指数与粘流活化能越小,推进剂药浆粘度对剪切速率和温度的敏感性越低;AlH_(3)含量8%时,药浆粘流活化能随AlH_(3)含量的升高而显著降低,AlH_(3)含量高于8%后,药浆粘流活化能基本不随AlH_(3)的含量而变化。

关键词： AlH_(3) 固体推进剂药浆流变性能动态模量触变性

强度−塑性协同的变形镁合金及其微观结构调控研究进展

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 683-702页

作者：王煜烨周海涛李逸孙鑫杨力祥王世伟肖旅上海航天精密机械研究所上海201600 上海航天技术研究院上海201109

变形镁合金经塑性变形后具有更优的综合力学性能,但存在“强度−塑性”不协同的问题,限制了其规模化应用。通过合金化设计和优化塑性加工工艺改善其微观结构能有效实现变形镁合金的强塑协同。本文梳理了近年来“强度−塑性”协同的变形镁... 详细信息

变形镁合金经塑性变形后具有更优的综合力学性能,但存在“强度−塑性”不协同的问题,限制了其规模化应用。通过合金化设计和优化塑性加工工艺改善其微观结构能有效实现变形镁合金的强塑协同。本文梳理了近年来“强度−塑性”协同的变形镁合金的研究情况,并依据性能将其分为高强度型、中等强塑型和超高塑性型三类,同时进一步阐述了实现变形镁合金强塑性从权衡协调到协同提升的微观结构调控方法,包括合金化、细晶化、第二相和析出物调控、织构控制和异质结构形成等;最后,对强度−塑性协同的变形镁合金开发及其微观结构调控研究中值得关注的议题进行了展望。

关键词：变形镁合金强度−塑性协同微观结构合金化

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考虑探测效能的空空导弹分布式协同中制导律

控制理论与应用 2024年第4期41卷 638-648页

作者：杨鹤鸣李勇张飞王一冲李聪上海航天技术研究院上海机电工程研究所上海201109

本文以多枚空空导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,提出了一种以协同探测为终端约束的分布式协同中制导律.通过对误差源和误差传递链路进行分析,建立了中末交班概率计算模型,基于虚拟导引点研究了协同视场拼接方法.在视线法向,针对位置协... 详细信息

本文以多枚空空导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,提出了一种以协同探测为终端约束的分布式协同中制导律.通过对误差源和误差传递链路进行分析,建立了中末交班概率计算模型,基于虚拟导引点研究了协同视场拼接方法.在视线法向,针对位置协同和角度协同等约束条件,设计了基于高斯伪谱法的最优制导律.在视线方向,基于二阶多智能体一致性理论,设计了分布式时间协同制导律,构造李雅普诺夫泛函证明了该方法可使系统在有限时间达到稳定,并推导出了一致性时间上界.仿真结果表明该制导律可使多弹以各自期望的视线角同时到达指定交班区域,实现视场拼接、协同探测的需求,有效提高了中末交班概率.

关键词：多智能体体系时空协同中制导律分布式控制协同探测虚拟导引点最优控制

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考虑多环节间隙非线性的电动舵机多学科耦合动力学建模

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：杨石琳乔凯俐万晓忠段绵超郭宁徐超中国飞行试验研究院西北工业大学航天学院湖北航天技术研究院总体设计所

由于设计和装配过程中的不确定性，航空航天电动舵机传动系统中往往在多个环节存在着间隙等非线性因素，其对电动舵机的工作品质有着重要影响。因此，准确建立电动舵机非线性动力学模型十分必要。同时，电动舵机又是包括伺服控制、电机... 详细信息

由于设计和装配过程中的不确定性，航空航天电动舵机传动系统中往往在多个环节存在着间隙等非线性因素，其对电动舵机的工作品质有着重要影响。因此，准确建立电动舵机非线性动力学模型十分必要。同时，电动舵机又是包括伺服控制、电机传动、减速机构、结构弹性等多个学科的复杂动力学系统，建模挑战性很大。本文以典型的滚珠丝杠式电动舵机为研究对象，考虑舵机传动元件的弹性刚度以及齿轮副、支撑轴承和拨叉处的间隙非线性，对电机动力学、伺服控制器进行精细化建模，建立了一种能考虑多环节间隙非线性的电动舵机系统高保真多学科动力学模型，并开展了电动舵机系统性能仿真分析。仿真结果与舵机-舵面系统地面振动试验结果进行了对比。结果表明：本文所建立的电动舵机多学科耦合动力学模型能够反映机构不同环节间隙非线性的影响和影响程度，仿真和试验结果吻合较好，最大误差小于10%。研究工作为航空航天复杂电动伺服系统的数字孪生研究奠定了基础。

关键词：电动舵机非线性动力学多学科耦合间隙非线性地面试验

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Al⁃LiH复合燃料制备及性能

含能材料 2024年第1期32卷 12-19页

作者：王芳张鑫鹏王鼎程李春涛孙鑫科冯勇李伟航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

为了提高铝粉燃烧效率,利用球磨法分别制备了质量含量为3%,5%,10%,15%的Al‐LiH复合燃料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粒度仪对样品结构、形貌和粒径进行表征;采用差热‐热重量热仪对其热氧化性能进行表征,最后采用CO_(2)激... 详细信息

为了提高铝粉燃烧效率,利用球磨法分别制备了质量含量为3%,5%,10%,15%的Al‐LiH复合燃料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粒度仪对样品结构、形貌和粒径进行表征;采用差热‐热重量热仪对其热氧化性能进行表征,最后采用CO_(2)激光点火装置、高速摄像机及氧弹量热仪对其燃烧性能进行考察。结果表明:通过球磨法可以将LiH嵌入Al粉内部,LiH含量是影响其微观形貌及粒径、粒径分布的关键因素,LiH的加入使得燃料质量热值增加,同时随着LiH含量的增加Al‐LiH复合燃料燃烧火焰强度增强,点火延迟时间大幅降低。其中由于Al‐LiH复合燃料在高温下发生了微爆现象,Al‐3LiH和Al‐10LiH复合燃料在一次氧化后分别实现第二次氧化。

关键词：铝粉氢化锂推进剂燃烧性能

铝与氮氧化物高温均相反应机理的量子化学计算研究

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含能材料 2024年第4期32卷 369-376页

作者：夏文韬杜芳李毅恒林励云屈炜宸秦瑞陶博文顾健湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003 航天化学动力技术重点实验室湖北襄阳441003

为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO_(2)、NO和N_(2)O)的反应机理。首先,使用ωB97X‑D3方法在def2‑SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过... 详细信息

为了研究Al粉在氮氧化物中的燃烧特性,采用量子化学密度泛函理论ωB97X方法,研究了Al与3种氮氧化物(NO_(2)、NO和N_(2)O)的反应机理。首先,使用ωB97X‑D3方法在def2‑SVP基组水平上优化了各反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,通过频率分析证实中间体和过渡态的真实性,并通过内禀反应坐标(IRC)计算以进一步确定过渡态,得到了详细反应路径和机理。同时,使用双杂化泛函PWPB95结合DFT‑D3校正和def2‑TZVPP基组获得了各结构的单点能,并使用变分插值过渡态理论计算了相关反应的反应速率常数,得出每个反应的阿伦尼乌斯表达式。结果表明,Al与NO和NO_(2)的反应过程为Al与O氧原子连接形成复合物中间体后通过三元环状过渡态破坏N‑O键生成产物;Al与N_(2)O的反应时则为Al与N原子形成复合物后通过四元环状过渡态发生消除反应生成产物。通过分析各反应动力学参数得到Al与NO_(2)、NO和N_(2)O反应活化能分别为:4.3,249 kJ·mol^(-1)和13.4 kJ·mol^(-1)。在2400~4100 K,由于Al与NO_(2)和N_(2)O的反应能垒较低,反应速率均大于106 m^(3)·mol^(-1)·s^(-1),说明该反应容易发生且速率极快,Al与NO的反应能垒极高,因此其逆反应速率远大于正反应速率,且各反应反应速率受温度的影响程度为:NO>N_(2)O>NO_(2)。

关键词：铝燃烧氮氧化物密度泛函理论动力学