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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

面向货运任务的混电垂直起降无人机能量管理策略和任务路径综合优化

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航空学报 2024年第14期45卷 270-283页

作者：何程童玉奇夏兴禄陈刚南京航空航天大学无人机研究院南京210016 上海航天技术研究院上海宇航系统工程研究所上海201109 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191

针对混电垂直起降无人机货运任务降低能耗和任务成本的需求,提出了混电垂直起降无人机能量管理策略和任务路径综合优化方法。综合考虑垂起、前飞和转换模态下的功率需求、电池充放电特性、发动机燃油特性,搭建了垂直起降无人机混电推进... 详细信息

针对混电垂直起降无人机货运任务降低能耗和任务成本的需求,提出了混电垂直起降无人机能量管理策略和任务路径综合优化方法。综合考虑垂起、前飞和转换模态下的功率需求、电池充放电特性、发动机燃油特性,搭建了垂直起降无人机混电推进系统能耗模型,提出了基于动态规划的垂直起降无人机混电系统能量管理策略,构建了能量管理策略和货运任务路径综合优化模型以及基于最短路径解算器和动态规划解算器的二级效用评价体系。利用该方法,对2个案例进行了整体运行路径及各架次的能量管理方案的优化。结果表明,相较于最短路径优化,所提方法能够综合考虑混电系统管理策略和运行路径对能耗的影响,在满足多种约束的前提下,可规划出合理的运行路径及对应的能量管理方案,实现了任务成本最小化。

关键词：垂直起降混电推进能量管理路径规划多学科优化

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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面向载人任务开展月面建造的设想

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 7-15页

作者：张崇峰许惟扬童玉奇崔宇新上海航天技术研究院上海201109 上海宇航系统工程研究所上海201109 北京航空航天大学北京100191

围绕载人登月工程的总体规划和部署,将月面发展划分为实施登月、驻月能力拓展及月球科研站三阶段,并提出分步实施、循序渐进的载人月球科研站建造规划.基于载人月球任务面临的环境问题与工程挑战,论证不同发展阶段对月面建造能力的要求... 详细信息

围绕载人登月工程的总体规划和部署,将月面发展划分为实施登月、驻月能力拓展及月球科研站三阶段,并提出分步实施、循序渐进的载人月球科研站建造规划.基于载人月球任务面临的环境问题与工程挑战,论证不同发展阶段对月面建造能力的要求.在深入分析月面居住设施、通信设施、能源设施、地月及月面运输等建造需求的基础上,全面剖析月面建造系统组成.结合前人研究成果,综合对比多种载人月球基地方案,提出基于操作机器人、3D打印机器人等月面作业机器人的月面建造方案设想;同时,围绕未来建设月球熔岩管洞穴基地的目标,深入分析熔岩管洞穴开发建设需求与挑战,为未来月球基地建设提供参考依据.

关键词：载人月球探测月面建造月球熔洞月球科研站原位建造

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双射流激波针在高超声速下的减阻降热特性

空气动力学学报 2024年第2期42卷 34-46,I0001页

作者：王俊峰李珺罗世彬中南大学航空航天技术研究院长沙410083

严酷的气动力和气动热环境是制约高超声速飞行器发展的两个重要因素,如何高效地降低高超声速飞行过程中的阻力和热流一直是设计者们追求的目标。为此,本文提出了一种结合后向射流和根部逆向射流的双射流激波针新构型。数值模拟研究发现... 详细信息

严酷的气动力和气动热环境是制约高超声速飞行器发展的两个重要因素,如何高效地降低高超声速飞行过程中的阻力和热流一直是设计者们追求的目标。为此,本文提出了一种结合后向射流和根部逆向射流的双射流激波针新构型。数值模拟研究发现:该构型能够利用后向射流产生的反作用力削减逆向射流附加阻力对减阻效果的影响,因此与无射流和单一射流方案相比,双射流激波针的流场结构显著改变,减阻降热效果极大提高。此外,增大激波针的长径比(L/D)有利于提高双射流激波针的减阻效果,但会使降热性能有所下降:在本文研究中,当激波针长径比从1增大到4时,结构的总阻力系数降低了71.9%,而钝体总热流增大了13.7倍。同时,增大射流总压比PR可以显著降低壁面热流:当逆向射流总压比(P_(R,o))或后向射流总压比(P_(R,r))大于0.4时,钝体壁面的热流极低并开始出现负值;然而,阻力系数随P_(R,o)和P_(R,r)的变化趋势恰好相反,随着P_(R,o)从0.2增大到0.5,由于逆向射流附加阻力的影响,结构总阻力系数增大了66.7%,而得益于后向射流的推力作用,结构总阻力系数则降低了59.3%。

关键词：减阻热防护射流激波针高超声速

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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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多层异构复合材料的制备及吸波性能

中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1611-1622页

作者：张泽锋黄小忠岳建岭胡海龙中南大学航空航天技术研究院长沙410083 中南大学粉末冶金研究院长沙410083

通过模板法与物理混合法相结合,成功制备了三维网络结构的BaTiO_(3)(BTO)+Fe_(3)O_(4)三聚氰胺泡沫异质结构复合材料,采用扫描电镜和X射线衍射对复合材料样品的表面形貌和晶体结构进行了表征,并使用矢量网络分析仪测试了该样品在2~18 GH... 详细信息

通过模板法与物理混合法相结合,成功制备了三维网络结构的BaTiO_(3)(BTO)+Fe_(3)O_(4)三聚氰胺泡沫异质结构复合材料,采用扫描电镜和X射线衍射对复合材料样品的表面形貌和晶体结构进行了表征,并使用矢量网络分析仪测试了该样品在2~18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率,并根据测量数据计算了反射损耗值。随后,使用COMSOL多物理场仿真软件进行有限元分析,研究了该复合体系的吸收机制和吸波性能。结果表明:成功引入了BTO和Fe_(3)O_(4)形成的大量异质界面到三维网络结构碳中,构建了异质结构。BTO和Fe_(3)O_(4)优化了三维网络结构的阻抗匹配,从而显著提高了多层异构复合材料的有效吸收带宽。此外,BTO、Fe_(3)O_(4)和三维网络碳结构构筑成了高气孔率的三维网络,导致电磁波在材料内部发生多次反射和散射,增强了电磁波与材料之间的相互作用,实现了对电磁波的吸收,提升了吸波效率。该复合材料展示了出色的吸波性能,当复合材料的厚度为2.9 mm时,最强的反射损耗值达到−54.76 dB,而当复合材料的厚度为2.7 mm时,有效吸收带宽提升至7.92 GHz。

关键词：多层异构复合材料吸波性能三维网络结构反射损耗

棉布衍生的柔性碳基编织体的功能化及储能行为

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材料工程 2024年

作者：赵梓文黄佳唐秀之中南大学航空航天技术研究院

基于天然纤维编织体制备的柔性储能器件因其来源丰富、价格低廉和结构设计成熟可靠等优点而备受关注，但是天然纤维本体存在比表面积低、储能密度低等问题。基于此，本研究采用高温碳化、异质元素掺杂、强碱刻蚀、电化学活性物质负载等... 详细信息

基于天然纤维编织体制备的柔性储能器件因其来源丰富、价格低廉和结构设计成熟可靠等优点而备受关注，但是天然纤维本体存在比表面积低、储能密度低等问题。基于此，本研究采用高温碳化、异质元素掺杂、强碱刻蚀、电化学活性物质负载等多步处理法对商用棉布进行处理，通过对材料化学组成、微观形貌、微孔结构、储能行为等展开研究，探索多步处理手段对材料的影响。研究结果表明，经过多步处理后的材料保持了较好的柔性特征，实现了N，S 元素共掺杂，同时改善了碳布材料的微观结构。碳布材料表面的平均孔径从36.44 nm减少到2.03 nm，其比表面积从1.78 m2/g增加到1043.37 m2/g，比表面积的增幅达到了58516%，总孔容也从0.0162 mL/g提高到了0.53 mL/g。经过复杂的处理，碳布材料取得了530.83 F/g的高比电容。但是本材料也存在倍率性能差、储能性能不稳定的问题亟需后续的工作改进。本研究为接下来进一步改善柔性碳基材料的储能性能指明了方向并提供了技术和理论参考。

关键词：棉布柔性储能多步处理碳材料

星下点观测的星载卫星导航反射信号海面风矢量极大似然估计

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1418-1427页

作者：王峰李建强张国栋张琦杨东凯北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学宇航学院北京100191 上海航天技术研究院上海201109 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094 上海埃依斯航天科技有限公司上海201109

该文针对星载全球导航卫星反射计(GNSS-R)镜面反射信号对海面风向不敏感导致海面风向反演难问题,分析非镜向海面散射信号特征,提出星下点非镜向观测模式,定义该模式下海面风矢量敏感特征观测量,在此基础上提出基于星载GNSS-R海面风矢量... 详细信息

该文针对星载全球导航卫星反射计(GNSS-R)镜面反射信号对海面风向不敏感导致海面风向反演难问题,分析非镜向海面散射信号特征,提出星下点非镜向观测模式,定义该模式下海面风矢量敏感特征观测量,在此基础上提出基于星载GNSS-R海面风矢量极大似然估计(MLE)反演算法直接利用两颗及以上导航卫星的星下点非镜向散射信号进行海面风矢量的反演,并提出风矢量搜索算法提高反演效率。通过搭建星载GNSS-R仿真平台验证算法的可行性和评估算法性能。结果表明:所提算法可直接利用非镜向独立观测模式下的多颗导航卫星散射信号反演得到海面风速和风向;多星观测可消除观测几何导致的模糊解从而将海风风向4个模糊解降至2个模糊解,但无法消除海浪谱的对称性导致的海面风向模糊解。在2~25 m/s的风速内,当信噪比(SNR)大于11 dB时,3星观测的风速均方根误差(RMSE)优于2 m/s,风向的均方根误差优于15°。

关键词：全球导航卫星系统反射计极大似然估计海面风矢量遥感