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TBCC发动机的发展历程及关键技术分析

清华大学学报（自然科学版） 2024年第9期64卷 1521-1535页

作者：林威全许航瑞兰旭东清华大学航天航空学院航空发动机研究中心北京100084

随着空天领域技术的发展和人类对高性能飞行器的不懈追求,设计开发适用于多工况的高超声速飞行器成为当前研究热点。动力装置是高超声速飞行器的关键系统,但现有动力型式各有优劣,很难直接满足多工况、大速域的飞行要求。于是,多型动力... 详细信息

随着空天领域技术的发展和人类对高性能飞行器的不懈追求,设计开发适用于多工况的高超声速飞行器成为当前研究热点。动力装置是高超声速飞行器的关键系统,但现有动力型式各有优劣,很难直接满足多工况、大速域的飞行要求。于是,多型动力组合成为主要发展路径。其中,涡轮基组合循环发动机(TBCC)具有飞行包线宽、可重复使用、单位推力大等优点,最有希望成为二级入轨航天器、高超声速飞行器的动力装置。本文对TBCC基本原理、发展情况及典型方案进行探讨,分类总结和分析了TBCC的关键技术,并对TBCC等组合发动机的发展路线作出展望。

关键词：航空发动机高超声速涡轮基组合循环发动机(TBCC)

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基于介电特性的含冰月壤含水率反演方法研究

机械工程学报 2024年第2期60卷 313-322页

作者：段骁航张伟伟薛晨阳姜生元迟关心哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制研究中心哈尔滨150001

水冰勘探是地外天体采样与原位资源利用领域的研究热点之一,探地雷达和就位阻抗测量是基于介电特性的典型手段,通过对星壤介电系数数据反演可以获取水冰组分的质量占比。月球水冰的特殊赋存环境和赋存状态使介电类水冰勘探手段与地球水... 详细信息

水冰勘探是地外天体采样与原位资源利用领域的研究热点之一,探地雷达和就位阻抗测量是基于介电特性的典型手段,通过对星壤介电系数数据反演可以获取水冰组分的质量占比。月球水冰的特殊赋存环境和赋存状态使介电类水冰勘探手段与地球水资源勘探有所差异。此研究通过搭建深低温真空条件下的介电参数测量装置,采用低含水率损耗的特殊真空低温样本制备规程,制备标准尺寸介电测量试样块。获取宽温度范围100~250 K、含水率范围0~10%的含冰模拟月壤20 Hz~1 MHz介电谱,分析含冰模拟月壤混合介质的介电特性与温度、频率间相关性,并拟合不同温度、频率条件下的含水率与介电系数实部间函数关系,探究不同温度、频率条件下含水率反演的灵敏度。根据试验结论,提出一种基于低频介电系数实部的月球极区含冰月壤的含水率就位数据反演方法,通过试验验证反演方法的可行性和精度。

关键词：月球水冰含水率介电系数介电弛豫灵敏度

基于LIBS数据流盘的飞机蒙皮激光除漆在线监测判据研究

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2340-2348页

作者：杨文锋李果林德惠钱自然李绍龙左都全郑鑫王迪升中国民用航空飞行学院民机复合材料研究中心四川广汉618307

等离子体产生及演化过程易受基体效应、环境噪声、脉冲能量抖动等影响,导致光谱数据具有不稳定性,从而难以保证以单条谱线为依据建立的监测判据的有效性。以连续多幅LIBS光谱为对象,并结合统计学方法建立的监测判据,可有效提升基于LIBS... 详细信息

等离子体产生及演化过程易受基体效应、环境噪声、脉冲能量抖动等影响,导致光谱数据具有不稳定性,从而难以保证以单条谱线为依据建立的监测判据的有效性。以连续多幅LIBS光谱为对象,并结合统计学方法建立的监测判据,可有效提升基于LIBS技术的除漆效果监测精度。论文基于搭建的高频纳秒红外脉冲激光除漆LIBS在线监测平台,实时采集了除漆过程的连续多幅LIBS光谱。光谱数据经基线矫正、归一化预处理后,依据面漆、底漆、铝合金基体光谱特征峰差异,并结合材料成分信息,选定BaⅠ(712.55 nm)、CrⅠ(357.48 nm)、CrⅠ(425.43 nm)、TiⅠ(427.45 nm)、CuⅡ(309.76 nm)、CuⅠ(484.22 nm)6条谱线作为特征谱线并监测除漆效果。研究不同除漆效果中6条特征谱线强度变化规律,建立不同除漆效果与所选特征谱线强度变化区间的映射关系。提取每幅谱线的上述6条特征谱线强度作为一组数据单元、将连续10幅谱线的数据单元作为一组数据集,除漆过程中随时间变化的每10组迭代数据集称为数据流盘。对数据流盘中的数据单元、数据集进行分析,结合置信区间,实时判定除漆区域除漆效果,获得基于数据流盘的监测判据。结果表明:该判据可有效监测仍在面漆、面漆完全去除、仍在底漆、底漆完全去除、基体损伤5类除漆效果。依据SRM手册对漆层去除效果的要求,选择面漆完全去除、基体损伤两类除漆效果展示了验证过程,三维微观形貌分析结果与LIBS数据流盘监测判据所得除漆效果结论一致。其中,面漆去除后三维微观形貌分析表明,面漆完全去除精度达1.2μm,有效验证了基于LIBS数据流盘监测判据的适用性及稳定性。

关键词：激光除漆激光诱导击穿光谱数据流盘监测判据除漆效果

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激光除漆对铝合金飞机蒙皮微观组织的影响

表面技术 2024年第11期53卷 239-247页

作者：杨文锋李庆李绍龙常学东谢旻玥胡月中国民用航空飞行学院民机复合材料维修研究中心四川广汉618307

目的探究激光除漆对铝合金飞机蒙皮基体近表层(15μm)微观组织的影响规律,阐明近表层微观组织变化与显微硬度的内在联系。方法采用纳秒脉冲红外激光去除2024-T3铝合金飞机蒙皮表面漆层,通过调节激光能量密度,分别除漆至基体阳极氧化层... 详细信息

目的探究激光除漆对铝合金飞机蒙皮基体近表层(15μm)微观组织的影响规律,阐明近表层微观组织变化与显微硬度的内在联系。方法采用纳秒脉冲红外激光去除2024-T3铝合金飞机蒙皮表面漆层,通过调节激光能量密度,分别除漆至基体阳极氧化层、铝合金、铝合金表面熔融。利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)表征漆层的剥离程度及基体的表面形貌。通过超景深三维显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、Image-Pro Plus软件表征Keller试剂腐蚀后铝合金基体近表层的微观组织。采用数显显微维氏硬度计测量基体剖面的显微硬度。结果在激光能量密度为4.26 J/cm^(2)时,相较于原始基体,阳极氧化层较完整,其基体的表面粗糙度接近于原始基体(未除漆),近表层的微观组织无明显改变,近表层的显微硬度增加了1.6%。当除漆至铝合金基体表面完整时(15.25 J/cm^(2)),相对于原始基体,其表面粗糙度降低,近表层的微观组织无明显改变,近表层的显微硬度增加了4.8%。在激光能量密度为27.79 J/cm^(2)时,铝合金表面熔融,其表面粗糙度相对于原始基体增大,近表层的晶粒显著细化,其显微硬度增加了17.3%。结论采用合适的激光能量密度对铝合金飞机蒙皮进行激光除漆,不会显著改变其基体近表层的微观组织。在较高能量密度下,铝合金近表层会发生晶粒细化,导致显微硬度显著增加。

关键词：激光除漆飞机蒙皮 2024-T3铝合金微观组织显微硬度

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高速直升机运输效能评估

航空学报 2024年第9期45卷 303-314页

作者：刘昌昊曹义华梅晓萌汪茂胜张广林北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国航空工业发展研究中心系统所北京100029

基于有实际需求的运输任务剖面研究了高速直升机的运输效能评估问题,选择X3复合式直升机与V-22倾转旋翼机为对象进行研究。选取典型任务剖面后,进行飞行性能参数计算,主要包括需用功率、航程与耗油率等。建立了一种高速直升机运输效能... 详细信息

基于有实际需求的运输任务剖面研究了高速直升机的运输效能评估问题,选择X3复合式直升机与V-22倾转旋翼机为对象进行研究。选取典型任务剖面后,进行飞行性能参数计算,主要包括需用功率、航程与耗油率等。建立了一种高速直升机运输效能评估模型,并将飞行剖面的性能参数计算结果代入效能评估模型中,进行运输效能评估并分析影响运输效能的因素,对模型参数敏感性进行了分析。最后对比分析不同机型之间的运输效能,得出了不同运输任务的适用机型,提出了改善运输效能的建议。

关键词：复合式直升机倾转旋翼飞机飞行器总体性能运输效能评估高速直升机

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氢燃料电池支线飞机概念设计与性能分析

航空学报 2024年

作者：纪宇晗曾凡苍王翔宇王元元中国航空工业发展研究中心

氢能源飞机是航空业实现绿色能源转型的重要途径，全球多个国家正在积极进行氢能源商用飞机的研究与试验。氢燃料电池支线飞机是当下最热门的发展方向之一，以道尼尔228和冲8-Q300为平台的氢能改装飞机已率先完成首飞，有望在2027年前... 详细信息

氢能源飞机是航空业实现绿色能源转型的重要途径，全球多个国家正在积极进行氢能源商用飞机的研究与试验。氢燃料电池支线飞机是当下最热门的发展方向之一，以道尼尔228和冲8-Q300为平台的氢能改装飞机已率先完成首飞，有望在2027年前投入商用。目前我国的氢能源飞机研究大多停留在技术探索阶段，针对支线及以上级别氢能源飞机的整体方案设计和可行性论证较少，难以有效支撑氢能航空发展。本文提出了一种基于现有涡桨支线飞机平台的氢燃料电池动力改装设计方案，并通过仿真方法分析了改装后的飞机性能水平，估算了氢能源飞机的使用成本和碳排放强度。根据本文的研究，氢燃料电池改装支线飞机将采用液氢燃料罐和氢锂混合供电，双发涡桨发动机替换为同等功率水平的电动机。采用主动式储氢方案的氢能源飞机载客量降低26.7%，最大航程降低43.3%，飞行效率提升5.1%，碳排放减少87.5%，运营成本增加46.9%。若采用被动式储氢方案，飞机载客量和最大航程仅降低了13.3%和31.9%，飞行效率则提升了15.9%。本文认为，尽管氢能源飞机目前的性能水平落后于常规动力飞机，但随着氢能技术和可持续航空产业的不断发展，尤其是储氢系统质量比达到55%之后，氢能源飞机有望在效率、航程、载荷等方面超越常规动力飞机。氢燃料电池在支线飞机上的率先应用将迈出可持续航空发展的重要一步。

关键词：氢燃料电池飞机储氢碳排放运营成本民用航空

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波转子的驱动力形成机理数值模拟研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 725-732页

作者：产世宁陈叶宇李凤超付超北京航空航天大学宁波创新研究院先进飞行器与空天动力创新研究中心宁波315800 中国航空发动机研究院北京101304 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

自旋波转子用气流的驱动力维持转子旋转,能够显著简化波转子发动机系统结构、提高可靠性。通过数值模拟方法研究不同几何通道内部流动现象对切向驱动力的影响,解释波转子的驱动力形成机理。结果表明:弯曲几何通道中的激波/膨胀波在传播... 详细信息

自旋波转子用气流的驱动力维持转子旋转,能够显著简化波转子发动机系统结构、提高可靠性。通过数值模拟方法研究不同几何通道内部流动现象对切向驱动力的影响,解释波转子的驱动力形成机理。结果表明:弯曲几何通道中的激波/膨胀波在传播过程中,波面发生倾斜,导致每个通道上下壁面间存在压差,多个通道的正向压差累积最终形成正向驱动力,实现波转子自旋。

关键词：自旋波转子驱动力弯曲通道数值模拟

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基于极性转换的航空交直流共地整流电源

航空学报 2024年第13期45卷 356-365页

作者：刘海春李阳谢少军南京航空航天大学自动化学院南京210016 航空工业金城南京机电液压工程研究中心南京211106

在航空交直流共地混合供电系统中,对飞机交流发电机产生的三相交流电进行整流可得到高压直流电。针对目前航空领域中常用的多脉冲变压整流器(TRU)和高频隔离整流器存在功率密度较低和可靠性较差等问题,提出了一种非隔离型整流器方案,该... 详细信息

在航空交直流共地混合供电系统中,对飞机交流发电机产生的三相交流电进行整流可得到高压直流电。针对目前航空领域中常用的多脉冲变压整流器(TRU)和高频隔离整流器存在功率密度较低和可靠性较差等问题,提出了一种非隔离型整流器方案,该方案由非隔离的自耦多脉冲整流器和非隔离型双极-单极直流变换器构成。分析了新型整流方案的结构特点,提出了一种非隔离型双极-单极转换软开关直流变换器拓扑及协同控制策略。通过仿真和实验验证了该变换器可实现高功率因数整流,且具有良好的输出特性。相比于现有的航空大功率整流器,该变换器具有更高的工作可靠性和功率密度。

关键词：航空电源整流器非隔离型变换器单双极性转换协同控制策略

基于改进YOLOv5s的轻量化交通标志识别检测算法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：刘菲钟延芬邱佳伟南昌航空大学土木建筑学院江西省智慧建筑工程研究中心南昌航空大学智慧建造研究中心

为应对常见交通标志检测方法在光照条件不佳、捕获远距离小目标或在复杂背景的情况下造成检测精度不足及模型计算效率问题，本研究提出了一种改进的YOLOv5s算法，命名为BMGE-YOLOv5s。该方法将YOLOv5s的原始骨干网络替换为BoTNet(Bottle... 详细信息

为应对常见交通标志检测方法在光照条件不佳、捕获远距离小目标或在复杂背景的情况下造成检测精度不足及模型计算效率问题，本研究提出了一种改进的YOLOv5s算法，命名为BMGE-YOLOv5s。该方法将YOLOv5s的原始骨干网络替换为BoTNet(Bottleneck Transformer Network)网络；设计轻量化网络C3GBneckv2，通过引入Ghostv2Bottleneck和高效的通道注意力机制，显著增强了模型对交通标志的特征提取能力并降低参数量；为进一步提高边界框定位精度，采用MPDIoU损失函数进行优化。实验结果表明改进后的网络模型的平均精度均值为93.1%，在同一数据集下相较基准模型提升了3.3%，浮点运算数（FLOPs）比原始算法减少了9.375%，参数量减少了25.98%并且检测速度（Frames Per Second, FPS）提高了67.4%。所提算法有效平衡了鲁棒性和实时性，相比传统方法具有明显的性能优势。

关键词： YOLOv5s 交通标志识别与检测深度学习注意力机制轻量化 MPDIoU