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超构透明吸波体的研究前沿与展望

中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1021-1035页

作者：宋梓诚闵萍萍张锐聪贺乔柏杨磊王天宇韩杰才朱嘉琦哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150080 哈尔滨工业大学郑州研究院郑州450018 哈尔滨工业大学分析测试中心哈尔滨150080 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150080

吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用.与非透明材料相比,透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战.经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾.随超构材料应用于透... 详细信息

吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用.与非透明材料相比,透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战.经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾.随超构材料应用于透明吸波体,上述核心性能指标得到显著改善,从而促进了其在电磁隐身领域的实际应用.本文针对超构透明吸波体研究工作进行了综述,首先介绍了透明吸波体的光学透明与电磁隐身原理,并对经典透明吸波体工作原理与局限进行分析与总结.随后对超构材料改善透明吸波体在宽带电磁吸收、倾角与极化稳定性经典性能的研究进展与设计方法进行了总结.为预示未来发展方向,本文详细阐述了近年来透明吸波体在混合机制设计、多光谱设计、动态可调性能的技术原理与研究前沿,并展望了新兴方向为透明吸波体带来的多机制、多功能、智能化的发展机遇.

关键词：透明吸波体电磁隐身宽带雷达散射截面积漫反射吸波体

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超高温氧化物陶瓷激光增材制造及组织性能调控研究进展

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无机材料学报 2024年第7期39卷 741-753页

作者：陈乾苏海军姜浩申仲琳余明辉张卓西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学深圳研究院深圳518057

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够... 详细信息

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够一步实现从原材料粉末到高性能结构件的一体化高致密成型,具有柔性度好、成型效率高的特点,可以快速制备高性能、高精度、大尺寸复杂结构部件。近年来,基于液固相变发展的熔体生长氧化物陶瓷激光增材制造技术已成为高温结构材料制备技术领域的前沿研究热点之一。本文首先概述了激光增材制造技术的基本原理,着重介绍了选区激光熔化与激光定向能量沉积两种典型激光增材制造技术的工艺特点。在此基础上,重点阐述了利用激光增材制造技术制备不同氧化物陶瓷的组织特征及工艺参数对微观组织的影响规律,并总结比较了不同体系氧化物陶瓷力学性能的差异。最后,对该领域存在的问题进行了梳理和分析,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：超高温氧化物陶瓷激光增材制造选区激光熔化激光定向能量沉积组织调控综述

基于碳纳米管的柔性传感器的制备与应用研究进展

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高分子通报 2024年第10期 1388-1399页

作者：陈茹赵广泰宋静辉张鑫曹新苗大连工业大学纺织与材料工程学院

在当前的5G和信息社会，智能可穿戴电子设备发展迅猛，但受限于柔性传感技术，仍处于初代产品阶段，正朝着集成度更高更柔韧的第二代产品发展。作为其核心部件之一的柔性电子传感器的研究备受关注。本文从碳纳米管基柔性传感器的基本构... 详细信息

在当前的5G和信息社会，智能可穿戴电子设备发展迅猛，但受限于柔性传感技术，仍处于初代产品阶段，正朝着集成度更高更柔韧的第二代产品发展。作为其核心部件之一的柔性电子传感器的研究备受关注。本文从碳纳米管基柔性传感器的基本构成出发，对柔性基体和活性材料碳纳米管分别进行了介绍；接着对近年来碳纳米管基柔性传感器的制备工艺、潜在应用领域和最新进展进行了归纳和分析，探讨了其多功能化应用拓展方向；最后对所面临的一些挑战和未来发展方向进行了总结和展望，为今后发展综合性能优异的碳纳米管基柔性电子传感器提供参考。

关键词：柔性传感器碳纳米管智能设备

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一种无偏差的多通道多尺度样本熵算法

物理学报 2024年第11期73卷 46-55页

作者：李惟嘉申晓红李亚安西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室西安710072

多通道数据采集技术的发展为复杂系统非线性动力学特性研究提供了更加丰富的先验信息.然而传统的非线性特征量只能处理单通道数据,无法直接提取多通道数据的非线性特征.近年来,有学者对多尺度样本熵算法进行了一般化处理,提出了多通道... 详细信息

多通道数据采集技术的发展为复杂系统非线性动力学特性研究提供了更加丰富的先验信息.然而传统的非线性特征量只能处理单通道数据,无法直接提取多通道数据的非线性特征.近年来,有学者对多尺度样本熵算法进行了一般化处理,提出了多通道多尺度样本熵算法.该算法不仅可以对多通道数据整体的复杂度进行表征,还可以有效提取通道内和通道间隐含的相关性信息.但是,该算法缺乏相应的理论支撑,在实际应用中无法兼顾性能和稳定性.针对以上问题,本文提出了一种无偏差的多通道多尺度样本熵算法,并利用概率论从理论上分析了多通道多尺度样本熵算法不稳定以及性能差的原因.后续的仿真实验证明改进后的算法不但可以有效地提取通道内和通道间的相关性信息,同时在处理复杂数据时表现出了良好的稳定性.该算法为诸如模糊熵、排列熵等非线性特征量的算法一般化提供了思路和理论依据.

关键词：非线性动力学多通道数据多通道多尺度样本熵

燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统总体性能及匹配分析

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航空学报 2024年第10期45卷 160-173页

作者：姬志行王占学程莉雯秦江刘禾西北工业大学动力与能源学院西安710000 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,... 详细信息

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,利用燃气涡轮增加燃料电池功率密度,减小其体积和质量。以MQ-1无人机为匹配对象,通过建立推进系统质量和热力学性能模型,对混合系统进行了部件参数匹配分析。随着燃料利用率减小,燃料电池极化减小,换热器平均换热温差增加,因而混合推进系统质量急剧下降,耗油率大幅上升,该航空混合系统质量与总效率的优化方向相反。随压比增加,燃料电池功率和质量增加幅度较大,导致飞机载油量降低,但在燃料电池电流密度为常数时,对燃料电池和混合系统效率影响较小。设计条件下,混合系统中燃料电池和换热器占据混合系统质量的主要部分,超过70%。相比原型内燃机动力,混合推进系统质量约增加40%,但热效率可提高约111%。此外,混合推进系统可满足飞机在爬升阶段和巡航阶段的功率需求,装备该动力的无人机续航时间可提高97%。

关键词：燃料电池低碳航空混电飞机氢能动力性能匹配长航时

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面向物联网的SM4轻量级优化实现

电子学报 2024年第6期52卷 1888-1895页

作者：蒲金伟滕亚辉高倾健郑欣徐迎晖广东工业大学自动化学院广东广州510006 广东工业大学集成电路学院广东广州510006

针对物联网芯片中对加密算法低面积、高吞吐率需求的增加,提出了速度优先、面积优先、面积速度权衡的3种SM4轻量级硬件实现方案.面积优先方案中,对线性函数L/L'进行优化实现,减少48位寄存器以及120比特的异或资源的使用;速度优先方案中... 详细信息

针对物联网芯片中对加密算法低面积、高吞吐率需求的增加,提出了速度优先、面积优先、面积速度权衡的3种SM4轻量级硬件实现方案.面积优先方案中,对线性函数L/L'进行优化实现,减少48位寄存器以及120比特的异或资源的使用;速度优先方案中,引入2个新的S盒,实现线性函数L/L'与查找表S盒的合并,从而避免线性函数L/L'的时延;面积速度权衡方案中,合并S盒线性映射、逆线性映射以及线性函数L/L'为一个函数,将加密计算均映射到复合域中进行,减少一个S盒线性映射时延,进一步提高速度.与目前已有方案进行比较,面积优先方案面积减少约5.5%~44.8%以上,仅2371 GE,功耗仅为0.88 mW,最大频率为324 MHz;速度优先方案面积为3061 GE,最大频率提高约9.8%以上,可达549 MHz,吞吐率为439.2 Mbps.

关键词：物联网 SM4 轻量级 S盒优化设计

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浅海矢量声场极化特性的深度分布规律

物理学报 2024年第9期73卷 134-148页

作者：韦宜政孙超朱启轩西北工业大学航海学院西北工业大学陕西省水下信息技术重点实验室

海洋波导环境中声场的极化特性可为水下目标探测提供新思路,因此对极化特性进行研究很有意义.本文将Stokes参数扩展到宽带形式,利用非平稳相位近似方法对公式进行简化,降低了理论推导的复杂性,并揭示了极化特性在声源深度及声源对称深... 详细信息

海洋波导环境中声场的极化特性可为水下目标探测提供新思路,因此对极化特性进行研究很有意义.本文将Stokes参数扩展到宽带形式,利用非平稳相位近似方法对公式进行简化,降低了理论推导的复杂性,并揭示了极化特性在声源深度及声源对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值仿真结果表明:使用非平稳相位近似进行简化后的公式是有效的,可以较好地表征出极化特性的深度分布规律;同时,通过对宽带Stokes参数归一化,可以去除水平距离对极化特性深度分布规律的影响;随后,以归一化宽带Stokes参数为研究对象,分析了声源频率、声源深度、声速剖面及海水深度等参数对极化特性深度分布规律的影响.通过RHUMRUM实验数据处理结果验证了非平稳相位近似的有效性和归一化宽带Stokes参数的距离无关性质.相关结论可为基于矢量场极化特性的被动目标深度估计提供理论依据.

关键词：极化矢量声场浅海 Stokes参数

基于超声透射特性的复合材料粘接结构粘接质量预测

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机械工程学报 2024年第4期60卷 230-238页

作者：宋国荣宋协宏吕炎刘兵何存富吴斌北京工业大学材料与制造学部北京100124

以非接触式超声检测方法为基础,对复合材料粘接结构的粘接质量进行仿真与试验探究。首先,建立复合材料粘接结构的超声透射特性时域仿真模型,提取其频域透射系数谱,并着重分析界面弱化及内聚弱化对粘接结构中超声透射特性的影响规律。同... 详细信息

以非接触式超声检测方法为基础,对复合材料粘接结构的粘接质量进行仿真与试验探究。首先,建立复合材料粘接结构的超声透射特性时域仿真模型,提取其频域透射系数谱,并着重分析界面弱化及内聚弱化对粘接结构中超声透射特性的影响规律。同时,仿真所得不同粘接状态的超声透射系数频谱与平面波理论的计算结果吻合良好。此外,制备具有不同粘接界面状态及胶层内聚弱化状态特征的纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)粘接结构。基于水浸超声测量系统,试验探究不同粘接界面状态及内聚弱化状态对超声透射系数谱的影响,分析粘接结构中超声透射特性随其粘接质量的变化关系,并与仿真结果一致。此外,根据复合材料粘接结构中粘接质量与超声透射特性之间的映射关系,亦为复合材料粘接结构的无损表征与评价奠定了坚实基础。

关键词：粘接结构复合材料弱粘接超声透射水浸试验

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对转开式转子气动设计方法

航空动力学报 2024年第1期39卷 133-144页

作者：王启航周莉王占学西北工业大学动力与能源学院西安710129

提出一种基于升力线理论的对转开式转子(contra-rotating open rotor,CROR)气动设计方法。以推力为设计目标,基于拉格朗日乘子法构建气动设计控制方程组。考虑高飞行马赫数对流动特征的影响,根据激盘模型,采用一道正激波模拟转子的增压... 详细信息

提出一种基于升力线理论的对转开式转子(contra-rotating open rotor,CROR)气动设计方法。以推力为设计目标,基于拉格朗日乘子法构建气动设计控制方程组。考虑高飞行马赫数对流动特征的影响,根据激盘模型,采用一道正激波模拟转子的增压过程。完成速度场预测后,利用压气机三维造型方法完成初始设计。初始设计完成后,对翼型折转角进行修正从而满足目标推力。研究表明,整个设计过程中只需2次计算流体力学(CFD)计算与再设计便可满足目标推力,所需翼型折转角修正量为−0.486°,设计结果的推力与目标推力的相对误差为−0.32%,设计方法高效且具有高的设计精度。

关键词：对转开式转子升力线理论涡格模型拉格朗日乘子法落后角模型