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一种纯氢微混燃烧器燃烧特性实验研究

推进技术 2025年

作者：焦慧杰胡宏斌柏乃坚王博涵杜娟中国科学院工程热物理研究所数字孪生研究中心中国科学院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室中国科学院大学航空宇航学院轻型动力全国重点实验室

为满足燃气轮机掺氢/纯氢低污染稳定燃烧需求，基于自主设计的微混燃烧器开展实验，研究不同当量比下，喷嘴间距及喷嘴出口空气射流速度对其纯氢燃烧特性的影响规律。结果表明随着当量比增大，火焰依次呈现抬升火焰、稳焰、局部回火等... 详细信息

为满足燃气轮机掺氢/纯氢低污染稳定燃烧需求，基于自主设计的微混燃烧器开展实验，研究不同当量比下，喷嘴间距及喷嘴出口空气射流速度对其纯氢燃烧特性的影响规律。结果表明随着当量比增大，火焰依次呈现抬升火焰、稳焰、局部回火等状态，随着射流速度增大，同一火焰状态对应的当量比减小。增大喷嘴间距有利于降低冷态总压损失系数，削弱各小火焰间的耦合关系，强化NOx减排效果。增大射流速度可以缩短空气在高温区的停留时间，抑制NOx生成，但也增强了火焰锋面的重叠度，使火焰温度升高，最终导致NOx排放量升高。热声振荡多发于空气射流速度低于30 m/s、当量比0.5～0.7内，增大射流速度可有效抑制振荡。为揭示上述现象的内在机理，从火焰几何特征角度进行分析，证实NOx排放与由喷嘴结构和运行工况决定的火焰结构间有密切关联。

关键词：氢燃料燃气轮机微混燃烧喷嘴间距空气射流速度 NOx排放火焰结构热声振荡

不平衡磁拉力对航空发动机主轴直驱转子系统振动特性影响研究

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航空动力学报 2025年

作者：黎仕才郝龙赵巍马英群任三群赵庆军中国科学院工程热物理研究所中国科学院轻型涡轮动力全国重点实验室中国科学院大学航空宇航学院济南先进动力研究所中国科学院分布式冷热电联供系统北京市重点实验室

多电航空发动机取消附件传动系统，降低结构复杂性及重量，提高推重比，是航空发动机的重要发展方向，主轴直驱起动发电机是其关键技术之一。为研究动静混合偏心下电机不平衡磁拉力对发动机主轴转子系统动力学特性影响，采用有限元法，... 详细信息

多电航空发动机取消附件传动系统，降低结构复杂性及重量，提高推重比，是航空发动机的重要发展方向，主轴直驱起动发电机是其关键技术之一。为研究动静混合偏心下电机不平衡磁拉力对发动机主轴转子系统动力学特性影响，采用有限元法，建立航空发动机主轴直驱多盘转子系统有限元模型，采用Newmark-β法求解考虑不平衡磁拉力和不平衡质量力作用下系统动力学方程。计算结果表明：不平衡磁拉力使发动机主轴直驱转子系统跨临界时振动幅值显著增大，轴心轨迹变为环状；转子系统中出现零频、供电频率、供电频率二倍频及其组合频率等频率成分；随初始静偏心的增加，转子系统振动幅值随之增加，进一步增大不平衡磁拉力，加剧转子振动，对转子轴心轨迹影响可忽略；随初始静偏心方向角的变化，转子系统位移频谱瀑布图出现周期性变化。相关研究成果可为航空发动机主轴直驱转子系统振动识别及控制提供参考。

关键词：多电航空发动机主轴直驱转子系统动静混合偏心不平衡磁拉力动力学特性

3种粘结固体润滑涂层的摩擦学及气蚀性能研究

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摩擦学学报 2025年

作者：王伊枨刘昭侯国梁马俊凯万宏启吉利周惠娣陈建敏中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室(原固体润滑国家重点实验室) 中国科学院大学材料与光电研究中心西安航天动力研究所

为深入研究航空燃油泵止推轴承表面用粘结固体润滑涂层在极端工况下的失效行为，采用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机和超声振动气蚀试验机对比研究了MoS2/石墨基粘结固体润滑涂层、MoS2基粘结固体润滑涂层和石墨基粘结固体润滑涂层3种现... 详细信息

为深入研究航空燃油泵止推轴承表面用粘结固体润滑涂层在极端工况下的失效行为，采用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机和超声振动气蚀试验机对比研究了MoS2/石墨基粘结固体润滑涂层、MoS2基粘结固体润滑涂层和石墨基粘结固体润滑涂层3种现役涂层在RP-3航空煤油中的摩擦学性能和气蚀性能；基于光学显微镜（OM）、三维光学形貌仪、扫描电子显微镜（SEM）分析了涂层原始表面以及摩擦和气蚀后表面形貌，利用高分辨X射线衍射仪（XRD）对比了摩擦前后涂层的物相组成，采用拉曼光谱仪对摩擦转移膜和涂层气蚀剥落碎屑的成分进行了表征，探讨了涂层的防护及失效机理。结果显示：在RP-3介质中，以石墨为润滑剂的石墨基粘结固体润滑涂层摩擦系数低至0.083，磨损率为1.5×10-6mm3/（N·m），表现出最好的摩擦学性能；3种涂层磨斑区域在摩擦前后没有出现物相变化，保持了良好的摩擦化学稳定性；对偶材料表面形成的转移膜有利于进一步降低摩擦系数。3种涂层在煤油中的抗气蚀性能较差，表现出填料率先脱落加速涂层片状剥离的特征；因MoS2的承载能力较差且颗粒尺寸偏大，气蚀剥离程度最为严重，导致MoS2/石墨基粘结固体润滑涂层加速气蚀10 h后脱落面积高达95.83%；石墨基粘结固体润滑涂层抗气蚀性能较好，涂层脱落面积为84.73%，更适合作为止推轴承表面润滑耐磨抗气蚀涂层使用。

关键词：粘结固体润滑涂层摩擦学性能气蚀性能航空煤油失效机理

基于纳秒LIBS的氢气/空气火焰混合分数测量研究

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 24-29页

作者：刘子晗刘艳韩磊单沅鲁政高强李帅瑶李博天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300072 中国科学院工程热物理研究所北京100190

在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与... 详细信息

在双碳政策和化石能源短缺的背景下,氢能作为高效环保的清洁能源,受到广大研究人员的关注。氢气/空气混合燃烧作为推动氢能规模化应用的重要途径,其燃烧机理和关键参数的测量技术成为目前研究的热点。燃空当量比是表征燃烧过程中燃料与氧化剂混合程度的重要参数,直接影响燃烧的开始、自持以及燃烧化学反应的活跃程度。因此,对燃烧过程中的局部当量比实时在线监测,对于改善燃烧效率、控制燃烧过程具有重要意义。目前,可以实时测量氢气/空气火焰当量比的方法相对较少,激光光谱技术作为一种非侵入式的测量方法,不仅具有实时在线测量的能力,还具有快速、原位、远程分析、多元素同时在线监测等特点,在燃烧测量领域具有重要的应用潜力。采用纳秒激光诱导击穿光谱技术对氢气和空气燃烧场的燃空当量比进行测量研究。氢气和空气在管内混合后,由射流口喷出形成射流燃烧火焰场。激光通过透镜聚焦到射流燃烧场中击穿并产生等离子体,其等离子体的发射光谱由光谱仪采集,实验发现光谱中H 656 nm和O 777 nm具有很强的发射强度,且光谱强度随着当量比的变化,呈现规律性变化趋势。因此,采用H 656 nm和O 777 nm的光谱分别标示氢气和空气,并将其比值作为燃空当量比的测量参量。实验在氢气空气混合均匀的低速流场中测量了不同当量比下H 656 nm与O 777 nm的光谱强度比值,并与当量比建立标定曲线,实验发现该标定曲线对燃烧场和非燃烧场同样适用。基于标定曲线,我们研究了存在外界掺混情况下,射流燃烧场的局部燃空当量比情况。在当量比1.0,流场速度为20 m·s^(-1)的射流燃烧场中,测量了射流中心位置不同高度的燃空当量比变化情况,并在相同工况下进行了数值模拟。模拟结果与实验测量吻合较好,验证了纳秒激光诱导击穿光谱技术测量氢气/空气混合气的燃空当量比的可行性。该方法可为氢气燃烧基础研究及数值模拟提供技术支持。

关键词：激光诱导击穿光谱氢能当量比模拟

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近红外有机光电探测器研究进展

激光与光电子学进展 2025年

作者：王浩然胡均义成明王云鹏王飞中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术重点实验室中国科学院大学

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出... 详细信息

近红外有机光电探测器(NIR-OPDs)在柔性可穿戴设备、环境检测、医疗健康监测、生物医学成像等领域有广阔的应用前景。近年来，高性能的近红外有机光探测器受到了极大的关注，国内外学者在推动近红外有机材料和光电器件结构创新方面做出了巨大贡献。本文在阐述了有机光电探测器的光导型、晶体管型、二极管型的器件结构和光谱响应范围、响应度、外量子效率、探测率等性能参数的基础上，总结了窄带隙聚合物、小分子受体、非富勒烯受体材料在器件中的应用并介绍结构优化、表面钝化处理、界面工程等优化器件性能的各种策略，以及窄带、全色、颜色选择NIR-O PDs研究现状并展望了未来发展面临的挑战和应用前景。

关键词：近红外有机光探测器有机光电二极管有机半导体材料

高电荷态原子物理:电荷交换及其在X射线天文建模中的应用

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中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：魏宝仁张瑞田复旦大学大学现代物理研究所核物理与离子束应用教育部重点实验室中国科学院近代物理研究所中国科学院大学核科学与技术学院

高电荷态离子与中性原子分子碰撞是一个多原子中心的量子态跃迁过程,具有强库仑场、多通道、高激发态等动力学基本特征.电荷交换过程研究不仅有助于理解原子尺度强库仑场下量子态的跃迁动力学,对极端条件下量子散射理论的检验和高温等... 详细信息

高电荷态离子与中性原子分子碰撞是一个多原子中心的量子态跃迁过程,具有强库仑场、多通道、高激发态等动力学基本特征.电荷交换过程研究不仅有助于理解原子尺度强库仑场下量子态的跃迁动力学,对极端条件下量子散射理论的检验和高温等离子体的诊断与建模同样具有重要意义.本文围绕高电荷态离子与原子分子电荷交换过程实验和理论研究发展的历史、现状和面临的挑战,综述了动力学相关的电荷交换总截面的绝对测量、量子态选择截面及伴随X射线发射的谱学研究,最后以彗星大气X射线起源为例,讨论了电荷交换在天体环境冷-热流非平衡态等离子体X射线天文观测建模中的重要性.

关键词：高电荷态离子电荷交换绝对截面态选择截面 X射线发射天文建模

铝合金作动部件表面复合PTFE硬氧膜层减摩抗磨性能

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中国表面工程 2025年

作者：胡波任俊辉石晓飞白常宁强力张俊彦航空工业庆安集团有限公司中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室中国科学院材料磨损与防护重点实验室

铝合金材料比强度高、易于加工，但表面硬度低，耐磨性差，其表面经硬质阳极氧化处理后具有耐磨、绝缘及耐腐蚀性等，广泛应用于航空液压系统。然而，硬质阳极氧化膜层（硬氧膜层）存在孔隙率大、表面粗糙度及摩擦因数高等问题，易加剧... 详细信息

铝合金材料比强度高、易于加工，但表面硬度低，耐磨性差，其表面经硬质阳极氧化处理后具有耐磨、绝缘及耐腐蚀性等，广泛应用于航空液压系统。然而，硬质阳极氧化膜层（硬氧膜层）存在孔隙率大、表面粗糙度及摩擦因数高等问题，易加剧摩擦配副磨损而泄漏，严重制约其实际服役。为了改善铝合金硬质阳极化膜层表面粗糙度，提升其减摩性能以满足新一代航空作动部件对减重及高机动性的服役需求，利用原位合成技术在铝合金表面制备复合PTFE硬氧膜层，研究粗糙度对其表面复合PTFE硬氧膜层和传统硬氧膜层不同配副方式下摩擦磨损行为的影响，并对复合PTFE硬氧膜层耐磨性能进行工程化模拟验证。研究结果表明：复合PTTE硬氧膜层较传统硬氧涂层更加致密，且硬度更高；其摩擦因数（0.08）较传统硬氧涂层（0.14）降低约40%，磨损量则降低2个数量级；在产品功能性试验中未发现脱落，磨损量小，能够满足产品性能需求；在产品实际使用中具有自抛光效应，这更有利于缩短产品生产周期及大幅度降低成本。提出一种更有利于缩短产品生命周期、大幅降低成本的复合硬氧膜层工艺，并在产品功能性试验中得到检验，在工程化应用中具有重要的推广意义。

关键词：铝合金作动部件复合PTFE硬质阳极化膜层摩擦学性能工程化验证

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华北克拉通沉积矿产与地球环境演变的关系

古地理学报 2025年

作者：张连昌佟小雪张新董志国王长乐朱明田高炳宇李文君岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所航天工程大学

华北克拉通广泛发育铁、锰、磷、镁、硼、铝等沉积类矿产,时间范围包括新太古代、古—中元古代及古生代和中生代,其形成规律与华北克拉通的形成与演化、大气—海洋环境的演变以及生物进化等重大事件密切有关。本文作者从华北克拉通铁、... 详细信息

华北克拉通广泛发育铁、锰、磷、镁、硼、铝等沉积类矿产,时间范围包括新太古代、古—中元古代及古生代和中生代,其形成规律与华北克拉通的形成与演化、大气—海洋环境的演变以及生物进化等重大事件密切有关。本文作者从华北克拉通铁、锰、磷、镁、硼、石墨、铝等沉积类矿产的时空展布、矿床地质和地球化学特征的角度,结合华北克拉通形成与演化及地球表生环境演变,综合分析了华北克拉通地区有关沉积矿产的分布规律及其与表生重大地质事件之间的关系。研究表明,新太古代大范围阿尔戈玛型BIF铁矿与古海洋整体缺氧环境有关;古元古代苏必利尔铁矿、沉积—变质磷矿、石墨矿、菱镁矿及硼矿等巨量成矿与大氧化事件相耦合,而石墨与磷矿的产出还反映了生物的大规模活动,菱镁矿与硼镁铁矿是干旱气候条件的反映;中元古代沉积锰矿、铁矿和磷矿的明显富集,可能与中元古代海洋局部升氧事件有关;石炭纪—二叠纪大规模铝土矿与晚古生代冰期在时间上相吻合。

关键词：沉积矿产大规模成矿成矿规律地球环境演变华北克拉通

地下实验室·深地观测·科学问题——来自深地多物理场观测的启示

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中国科学:地球科学 2025年

作者：任辉启王赟陈畅付广裕邱隆清郭良辉谢成良贺永胜孙和平滕吉文军事科学院国防工程研究院中国地质大学(北京)陆内火山与地震教育部重点实验室地质过程与矿产资源国家重点实验室中国科学院上海微系统与信息技术研究所中国科学院精密测量科学与技术创新研究院中国科学院地质与地球物理研究所

通过国内外地下实验室实施的科学观测和研究调研分析,首先从宇宙射线本底、重力与地震观测的背景振动噪声、地磁和电磁观测的电磁环境噪声的角度,通过地面、山体隧道空腔、煤矿地下巷道的观测对比介绍了三种环境的差异,说明不同物理场... 详细信息

通过国内外地下实验室实施的科学观测和研究调研分析,首先从宇宙射线本底、重力与地震观测的背景振动噪声、地磁和电磁观测的电磁环境噪声的角度,通过地面、山体隧道空腔、煤矿地下巷道的观测对比介绍了三种环境的差异,说明不同物理场的观测研究应慎重使用地下实验室和深地实验室这一术语;并进一步介绍了我国煤矿井下巷道所具有的大空间、超静与超净特点,以及与山体隧道空腔和钻孔观测相比,煤矿巷道观测所表现出的超高精度长期稳定观测优势.围绕深地科学观测所针对的基础科学问题,文章展示了深地实现的高信噪比微弱震感知能力十分有利于地球介质结构反演精度的提高,深地超导重力观测使得慢地震的捕获和研究成为可能,深地实现的fT级超导磁测则使得Schumann谐振的固体地球衰减特征探索,以及与脑磁、心磁的交叉学科研究成为可能;同时揭示了高精度量子仪器研发需要考虑弱磁扰动可能产生的影响.最后,从深地超高精度多物理场联测及其相互关系研究的角度,讨论了深地实验室对“深空”和“深海”专项的可能支撑作用,强调深地观测平台及其装备技术是系列科学问题解决的基础,以期引起地球科学、物理等学科领域对深地实验室与高精度科学观测的重视.

关键词：深部地下多物理场超高精度测震 Schumann共振***