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电解水制氢技术:进展、挑战与未来展望

工程科学学报 2025年第2期47卷 282-295页

作者：张正宋凌珺北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102200

实现全球碳中和是各国在2050年制定的重要目标之一,旨在减缓气候变化的不良影响.氢能作为一种极具潜力的清洁能源,凭借其高能量密度、零碳排放、可再生性强等特性,被视为实现能源转型与应对气候变化的重要载体.为了实现这些目标,利用电... 详细信息

实现全球碳中和是各国在2050年制定的重要目标之一,旨在减缓气候变化的不良影响.氢能作为一种极具潜力的清洁能源,凭借其高能量密度、零碳排放、可再生性强等特性,被视为实现能源转型与应对气候变化的重要载体.为了实现这些目标,利用电解水制取氢气已经成为解决全球碳中和问题的重要关键方案之一.本文综述了碱性电解水、质子交换膜电解水、阴离子交换膜电解水和固体氧化物电解水制氢技术的最新进展,并对这四种电解水技术的工作原理、结构特点以及优缺点进行了详尽比较.此外,总结了电解水制氢催化剂材料的研究进展,尤其是新型材料的开发与结构优化,旨在提升材料的催化活性与稳定性.讨论了海水电解制氢和耦合制氢等新兴技术,强调通过电解质组成优化、高效双功能催化剂开发及利用小分子氧化反应热力学优势,可有效提升电解水制氢效率和系统稳定性.最后,提出了电解水制氢技术的发展趋势与未来研究方向,包括提升催化剂性能、降低电解过程能耗、开发新型电解设备等,旨在促进电解水制氢技术的进步,助力全球碳中和目标的实现,并为未来的研究提供参考与指导.

关键词：碳中和氢能电解水制氢催化剂电极材料

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可变形超材料技术发展现状及应用综述

中国科学:物理学、力学、天文学 2025年第3期55卷 155-175页

作者：王惠添王铖玉陈卓殷莎北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

未来智能飞行器将向跨速域、跨介质、多种应用场景自由切换的需求方向发展,对其外形结构设计提出了严苛的挑战.飞行器的可变形能力可以大幅提高其环境适应性,是该领域未来的重要发展方向.可变形超材料具有独特的多功能特性和不依赖机械... 详细信息

未来智能飞行器将向跨速域、跨介质、多种应用场景自由切换的需求方向发展,对其外形结构设计提出了严苛的挑战.飞行器的可变形能力可以大幅提高其环境适应性,是该领域未来的重要发展方向.可变形超材料具有独特的多功能特性和不依赖机械机构的可变形能力,展现出巨大的应用潜力.本文对可变形超材料的发展现状及其在载运工具领域的应用进行综述,为进一步研究提供参考和指导,有望推动包括先进飞行器在内的载运工具的创新设计.

关键词：智能飞行器智能材料可变形超材料微结构设计

碳纳米管协同六亚甲基四胺增韧改性酚醛树脂及其性能研究

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复合材料学报 2025年第1期42卷 173-181页

作者：张威李敏毕浩宇周钰博王绍凯李庆辉韩建超顾轶卓北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

传统热固性酚醛树脂脆性大,本文采用六亚甲基四胺(HMTA)对酚醛树脂进行了化学增韧改性,并考察了碳纳米管协同改性提高酚醛树脂耐热性能的综合效应。研究发现,不同含量HMTA对酚醛树脂力学性能影响规律呈先增长后下降趋势,2.5wt%HMTA改性... 详细信息

传统热固性酚醛树脂脆性大,本文采用六亚甲基四胺(HMTA)对酚醛树脂进行了化学增韧改性,并考察了碳纳米管协同改性提高酚醛树脂耐热性能的综合效应。研究发现,不同含量HMTA对酚醛树脂力学性能影响规律呈先增长后下降趋势,2.5wt%HMTA改性酚醛的力学性能最为突出,其压缩强度达到393 MPa,弯曲强度为149 MPa,相比未改性酚醛树脂分别提升24%与62%,断口分析表明增韧体系中形成的“海-岛”结构显著提升了树脂基体的力学性能。但是,HMTA导致酚醛树脂的耐热性能明显下降,在2.5wt%HMTA增韧酚醛体系中加入碳纳米管可将树脂体系的T_(d5)(T_(d5)为质量损失5wt%时的热解温度)提升至初始酚醛树脂的水平,同时兼具优异的增韧后力学性能。这一结果对结构/防热一体化新型酚醛树脂基体的设计研制具有重要参考价值。

关键词：酚醛树脂化学增韧碳纳米管六亚甲基四胺(HMTA) 耐热性能

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基于运动约束的无人机编队一致性优化算法

系统工程与电子技术 2025年第1期47卷 230-243页

作者：刘金鑫盛蔚张玉民北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

针对无人机运动约束下的编队任务研究标准二阶一致性控制算法的优化问题。首先,结合编队信息,基于虚拟结构法思想,设计含虚拟参考点的二阶一致性编队控制算法,使得编队收敛于指定队形,解决标准二阶一致性控制算法的收敛状态与各无人机... 详细信息

针对无人机运动约束下的编队任务研究标准二阶一致性控制算法的优化问题。首先,结合编队信息,基于虚拟结构法思想,设计含虚拟参考点的二阶一致性编队控制算法,使得编队收敛于指定队形,解决标准二阶一致性控制算法的收敛状态与各无人机初值有关以及收敛位置趋于一致的问题,得到编队渐近收敛的条件。其次,引入饱和函数得到运动约束条件下的渐近收敛的二阶一致性编队控制算法,设计无人机编队高度、航向、速度通道控制器。最后,设计无人机编队队形集结仿真实验,对比相同饱和函数不同一致性方法的编队控制算法、相同一致性方法不同饱和函数的编队控制算法,验证了优化算法的有效性和快速性。

关键词：无人机编队一致性编队控制算法虚拟参考点运动约束饱和函数

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具有非凸输入约束的不确定严格反馈系统有限时间自适应跟踪控制

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控制与决策 2025年第2期40卷 608-616页

作者：张腾飞李明星北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对一类具有非凸输入约束和外界干扰的不确定多输入多输出严格反馈非线性系统,提出一种有限时间自适应神经网络动态面跟踪控制方案.首先,通过引入非凸约束算子,将所设计反馈控制输入转化为与其同方向具有最大幅值的实际输入向量,进而... 详细信息

针对一类具有非凸输入约束和外界干扰的不确定多输入多输出严格反馈非线性系统,提出一种有限时间自适应神经网络动态面跟踪控制方案.首先,通过引入非凸约束算子,将所设计反馈控制输入转化为与其同方向具有最大幅值的实际输入向量,进而保证实际控制输入始终保持在非凸约束集合内;然后,采用径向基神经网络逼近不确定连续函数向量,以解决控制增益矩阵上下界未知情形下的控制问题,并利用不等式放缩处理未知有界干扰;接着,利用反步法设计有限时间自适应动态面跟踪控制器,保证闭环系统所有信号均为一致最终有界的,实现期望轨迹的有限时间跟踪控制;最后,给出数值仿真算例以表明所提出控制方案的有效性.

关键词：非凸输入约束有限时间稳定动态面控制自适应神经网络反步设计不确定严格反馈系统

力学分析中的对称性与守恒律分析方法研究进展

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力学进展 2025年第01期55卷 80-112页

作者：邱志平邱宇张培宣北京航空航天大学航空科学与工程学院北京航空航天大学沈元学院

本文综述了力学分析中对称性与守恒律的研究进展.首先,介绍了连续系统中的Lie群对称性,包括微分方程和偏微分方程的Lie群对称性、泛函的Lie群对称性及其守恒律,以及扰动微分方程的近似Lie对称性,并通过实例分析了这些对称性在实际中的应... 详细信息

本文综述了力学分析中对称性与守恒律的研究进展.首先,介绍了连续系统中的Lie群对称性,包括微分方程和偏微分方程的Lie群对称性、泛函的Lie群对称性及其守恒律,以及扰动微分方程的近似Lie对称性,并通过实例分析了这些对称性在实际中的应用.接着,探讨了离散系统的对称性与守恒律,重点介绍了离散系统的动力学方程、Noether对称性、Lie对称性及Mei对称性,并结合具体应用实例进行了说明.最后,综述了随机系统中的对称性与守恒律,讨论了Ito型和Stratonovich型随机微分方程的对称性,特别是在统计意义下对随机微分方程对称性的理解.本文旨在为后续研究提供理论参考,推动相关领域的进一步发展.

关键词：对称性守恒律连续系统离散系统随机系统

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UH模型数值计算优化分析

北京航空航天大学学报 2025年第2期51卷 546-552页

作者：张奎姚仰平北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102206

数值计算是进行岩土工程问题分析的重要工具,将统一硬化(UH)模型准确、高效地应用于岩土工程数值计算具有重要价值。基于此,研究分析了UH模型在理论继承性、加卸载判断、等效思想应用等方面的优越性,开发了UH模型图形用户界面(GUI)组件... 详细信息

数值计算是进行岩土工程问题分析的重要工具,将统一硬化(UH)模型准确、高效地应用于岩土工程数值计算具有重要价值。基于此,研究分析了UH模型在理论继承性、加卸载判断、等效思想应用等方面的优越性,开发了UH模型图形用户界面(GUI)组件和用户自定义材料(UMAT)子程序,进而将UH模型有效嵌入有限元软件,并通过应用切线刚度矩阵的对称化方法及低压应力变换改进公式改进了数值计算的收敛性。将UH模型应用于地基荷载板试验模拟,发现UH模型计算所得荷载-沉降曲线与试验数据较为接近,体现了UH模型在地基变形计算中的可靠性。研究结果实现了UH模型数值计算功能的有效开发及计算方法的改进优化,对解决复杂岩土工程问题具有重要价值。

关键词：数值计算统一硬化模型用户自定义材料收敛性地基承载力

飞机环控系统发动机动态引气地面试验设备总体设计方法

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北京航空航天大学学报 2025年第2期51卷 573-583页

作者：吴豪郑永贵刘猛王浚北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

飞机环控系统(ECS)在动态工作时的故障是困扰环控系统设计和改进的一大难题。传统ECS地面试验设备只具备稳态供气或小范围慢速动态供气的能力,难以复现ECS在空中快速剧烈动态引气的环境。为弥补环控系统动态试验能力的不足,建立了参数... 详细信息

飞机环控系统(ECS)在动态工作时的故障是困扰环控系统设计和改进的一大难题。传统ECS地面试验设备只具备稳态供气或小范围慢速动态供气的能力,难以复现ECS在空中快速剧烈动态引气的环境。为弥补环控系统动态试验能力的不足,建立了参数覆盖范围最大、动态指标最高的环控引气双发动态模拟试验台,可以为环控系统模拟不同发动机在不同工作状态下的动态引气环境。使用总阀调压、冷热掺混调温的方式实现温度压力联合调节,合理分配各环节阻力关系以减弱调压-调温过程的耦合;使用旁路加热器供热、换热器换热的方式保证温度调节的快速性;采用双阀联动控制保证压力调节的大范围和高精度,双流量计互补测量以保证稳态测量精度和动态测量速度;基于传统分布式控制系统建立反射内存卡快速交互网络,实现控制系统的快速响应,采用基于专家系统的查表比例积分微分(PID)算法提升控制器的控制效果。试验结果显示所设计试验台具备快速、大覆盖范围的动态调温调压能力。

关键词：飞机环控系统发动机引气环境模拟流体输运解耦控制动态控制

缠绕张力对T800级碳纤维力学性能转化率的影响

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复合材料学报 2025年第1期42卷 200-209页

作者：吴俊勇顾轶卓杨中甲刘新宇曾慧王绍凯李敏北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191 北京航空航天大学化学学院北京100191 四川玄武岩纤维新材料研究院(创新中心) 广安611138 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

为探究碳纤维在缠绕工艺中纤维性能转化率的影响因素,对3种T800级碳纤维进行了NOL环性能测试,研究了缠绕张力对环氧树脂基复合材料力学性能及纤维性能转化率的影响,进一步测试了缠绕损伤纤维的力学性能及微结构参数。结果表明:缠绕张力... 详细信息

为探究碳纤维在缠绕工艺中纤维性能转化率的影响因素,对3种T800级碳纤维进行了NOL环性能测试,研究了缠绕张力对环氧树脂基复合材料力学性能及纤维性能转化率的影响,进一步测试了缠绕损伤纤维的力学性能及微结构参数。结果表明:缠绕张力变化引起了NOL环纤维含量、孔隙率、拉伸性能及破坏模式的变化;采用X射线衍射、拉曼光谱、小角X射线散射表征了纤维的结晶结构、石墨结构完整程度及微观缺陷,发现缠绕损伤纤维微晶结构参数未发生明显变化,故纤维拉伸模量下降较少;张力增大,损伤纤维孔洞缺陷增多,导致纤维和复合材料拉伸强度下降;进口纤维较国产纤维有更高的性能转化率,在相同张力水平下纤维损伤较小。

关键词：碳纤维环氧树脂基复合材料缠绕成型 NOL环微结构