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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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隔热屏结构对喷管壁面冷却影响的数值模拟

航空动力学报 2025年第1期40卷 78-89页

作者：侯圣文王强胡海洋潘思霖薄澜北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 上海船用柴油机研究所上海201108

以加力状态下的轴对称喷管为研究对象,数值对比研究了隔热屏翻边方式对喷管壁面冷却的影响。结果表明:无论对隔热屏进行两侧翻边还是出口翻边,隔热屏的最高温度和平均温度随着翻边高度的增加呈现先减小后增加的变化规律;对隔热屏进行两... 详细信息

以加力状态下的轴对称喷管为研究对象,数值对比研究了隔热屏翻边方式对喷管壁面冷却的影响。结果表明:无论对隔热屏进行两侧翻边还是出口翻边,隔热屏的最高温度和平均温度随着翻边高度的增加呈现先减小后增加的变化规律;对隔热屏进行两侧翻边会增加收敛段壁面的平均温度和最高温度。相反,出口翻边则会降低收敛段壁面的最高温度和平均温度;两侧翻边时,扩张段壁面最高温度和平均温度最多可以降低2.6%和1.1%。出口翻边时,扩张段壁面的最高温度和平均温度受翻边高度影响较大,分别最多可以下降14.6%和23.5%。当以喷管扩张段壁面的冷却为研究目标时,则出口翻边更有利于喷管壁面冷却。

关键词：加力状态轴对称喷管隔热屏结构喷管壁面冷却推力系数

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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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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

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双转子航空发动机中介支点动载荷控制研究

航空动力学报 2025年第2期40卷 249-257页

作者：王东洪杰李其建王永锋王楚君中国航发沈阳发动机研究所北京航空航天大学航空发动机研究院北京航空航天大学能源与动力工程学院

针对中介支点动载荷控制问题，建立质量和刚度等效的中介支点-双转子系统动力学模型，基于敏感度分析识别出不平衡激励载荷、陀螺力矩载荷、转轴弹性变形恢复力等影响中介支点动载荷的关键因素，并结合型号研制经验，提出了基于转子平... 详细信息

针对中介支点动载荷控制问题，建立质量和刚度等效的中介支点-双转子系统动力学模型，基于敏感度分析识别出不平衡激励载荷、陀螺力矩载荷、转轴弹性变形恢复力等影响中介支点动载荷的关键因素，并结合型号研制经验，提出了基于转子平衡品质控制与变形状态协调的中介支点动载荷控制方法，通过转子平衡品质控制、涡轮盘角向变形控制以及中介支点轴向位置选取等措施，分别使中介支点应变能占比和动载荷降低26%和55%。上述研究在型号研制中的得到验证，提高了整机结构系统可靠性。

关键词：航空发动机中介支点动载荷平衡品质陀螺力矩

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飞轮壳体黏弹性阻尼环的仿真分析与试验研究

北京航空航天大学学报 2025年第1期51卷 272-280页

作者：金富蕴王永锋王虹刘珊珊马艳红北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京控制工程研究所精密转动和传动机构长寿命技术北京市重点实验室北京100094 西安飞行自动控制研究所导航系统部西安710076

随着航天器平台性能指标要求的提高,飞轮微振动对航天器平台的影响越加突出,需要对其进行振动抑制。根据飞轮上壳体的模态特性,提出一种圆环形黏弹性阻尼环结构的设计方法,并针对黏弹性阻尼环的敷设位置、厚度、宽度对其减振效果影响规... 详细信息

随着航天器平台性能指标要求的提高,飞轮微振动对航天器平台的影响越加突出,需要对其进行振动抑制。根据飞轮上壳体的模态特性,提出一种圆环形黏弹性阻尼环结构的设计方法,并针对黏弹性阻尼环的敷设位置、厚度、宽度对其减振效果影响规律进行数值仿真与试验验证,验证圆环形黏弹性阻尼环的有效性。结果表明:圆环形黏弹性阻尼环结构对宽频振动具有良好的减振效果,黏弹性阻尼环的敷设位置对飞轮系统的各阶固有频率变化和减振效果起决定性作用,在飞轮外径的60%处敷设圆环形黏弹性阻尼环减振效果较好,宽度设计为飞轮外径的6%以内、厚度设计为壳体厚度的4倍以内时,随着宽度、厚度的增加,减振效果提高。

关键词：飞轮系统黏弹性阻尼环薄壳结构多参数分析振动抑制宽频减振

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弹性飞机机动载荷分析与减缓技术综述

航空学报 2025年第3期46卷 140-173页

作者：万志强张珊珊王晓喆马靓许翱吴志刚杨超北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191

飞行载荷是飞机结构设计的基础,准确、快速获得机动载荷一直是飞机研制中的难题。早期飞机采用在刚性机动载荷基础上做弹性修正的方法,而随着现代飞机飞行速度和结构柔度的不断提高,结构弹性变形使得机动载荷的分布发生较大变化,需要综... 详细信息

飞行载荷是飞机结构设计的基础,准确、快速获得机动载荷一直是飞机研制中的难题。早期飞机采用在刚性机动载荷基础上做弹性修正的方法,而随着现代飞机飞行速度和结构柔度的不断提高,结构弹性变形使得机动载荷的分布发生较大变化,需要综合考虑气动和结构的耦合效应,并发展了满足不同精度和效率的弹性机动载荷分析方法。机动载荷减缓技术的提出与应用保证了飞机所需的机动特性,同时降低了因结构强度和刚度要求所要付出重量的代价,是当前该领域研究的热点。首先归纳了现代弹性飞机机动飞行载荷分析及减缓的总体要求和技术框架;其次以此为基础介绍了机动飞行载荷所涉及的气动力、结构强度/刚度、数据映射、飞行力学等分析方法;对国内外的机动载荷减缓技术进行了梳理;回顾了机动飞行载荷及其减缓的仿真和试验案例;最后讨论了未来机动飞行载荷分析及减缓技术发展中需要解决的关键问题,以期为该领域的科研工作者提供一些思路。

关键词：飞行载荷机动载荷气动弹性载荷减缓风洞试验飞行试验