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三维电镀陶瓷基板激光封焊技术

发光学报 2024年第3期45卷 506-515页

作者：罗霖丁勇杰苏鹏飞赵九洲彭洋陈明祥华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 华中科技大学航空航天学院湖北武汉430074

气密封装是推动电子器件高可靠发展的一项重要技术,传统气密封装技术存在焊接温度高、热冲击大、应用范围窄等问题,无法满足三维电镀陶瓷基板气密封装要求。本文结合脉冲激光焊接的技术优势,研究了脉冲激光焊接三维电镀陶瓷基板实现气... 详细信息

气密封装是推动电子器件高可靠发展的一项重要技术,传统气密封装技术存在焊接温度高、热冲击大、应用范围窄等问题,无法满足三维电镀陶瓷基板气密封装要求。本文结合脉冲激光焊接的技术优势,研究了脉冲激光焊接三维电镀陶瓷基板实现气密封装,重点探讨了焊接过程中脉冲激光与材料相互作用模式,分析了焊接样品界面微观形貌、气密性、力学性能等。研究表明,焊接金属区裂纹的出现与基底金属铜向可伐侧的扩散密切相关;焊接过程稳定、焊接熔深小的热传导模式和过渡模式可以避免焊接裂纹出现。通过试验优化了焊接工艺参数,当激光峰值功率为120 W、脉冲宽度为1 ms、重叠率为80%时,三维陶瓷基板腔体结构获得了最佳高气密性,泄漏率为5.2×10^(-10)Pa·m^(3)/s,接头剪切强度为278.06 MPa,满足第三代半导体器件高可靠气密封装需求。

关键词：脉冲激光焊接模式气密封装三维电镀铜陶瓷基板(3-D DPC)

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连续小推力轨迹优化间接法研究进展综述

宇航学报 2024年第7期45卷 995-1007页

作者：武迪郭祥蒋方华宝音贺西李俊峰清华大学航天航空学院北京100084

针对空间探测中连续小推力轨迹优化,总结了间接法在最优控制理论、初值估计和同伦延拓方法等方面的研究进展。首先介绍了连续小推力轨迹优化问题的建模及其相应的最优控制问题的状态方程、约束方程和性能指标,对比了两类主要优化方法,... 详细信息

针对空间探测中连续小推力轨迹优化,总结了间接法在最优控制理论、初值估计和同伦延拓方法等方面的研究进展。首先介绍了连续小推力轨迹优化问题的建模及其相应的最优控制问题的状态方程、约束方程和性能指标,对比了两类主要优化方法,即直接法和间接法的求解思路与优缺点。随后总结了轨迹优化初步设计、间接法初值估计以及同伦延拓方面的研究进展,探讨了智能优化和深度学习在轨迹优化间接法中的应用,进一步结合当前大规模任务规划、实时最优控制等需求讨论了间接法的应用。最后,对连续小推力轨迹优化间接法的发展展望进行了总结。

关键词：空间探测连续推力间接法打靶法初值估计同伦延拓

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液滴撞击柔性基底研究进展

力学学报 2024年第6期56卷 1529-1539页

作者：许勇琪彭泽瑞周新平华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 华中科技大学航空航天学院武汉430074 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074

液滴撞击固体基底现象广泛存在于自然界、日常生活及工业生产中.在多数液滴撞击场景中,固体基底可以近似地视为理想刚性基底.然而在一些场景中,具有较小杨氏模量或者几何结构为薄壁或细长类的固体基底在受到液滴撞击后会产生明显的变形... 详细信息

液滴撞击固体基底现象广泛存在于自然界、日常生活及工业生产中.在多数液滴撞击场景中,固体基底可以近似地视为理想刚性基底.然而在一些场景中,具有较小杨氏模量或者几何结构为薄壁或细长类的固体基底在受到液滴撞击后会产生明显的变形,而固体基底的形变反过来又会影响液滴的动力学行为.相比于刚性基底情况,液滴与柔性基底的耦合作用可能会引发新的动力学现象和机制.因此,柔性基底液滴撞击动力学的研究很有意义,也成为一些学者当前关注的研究焦点之一.根据几何结构的特点,柔性基底可以分为柔性体、柔性面和柔性杆3种类型.文章据此分类介绍与这3类柔性基底相关的液滴撞击动力学的研究进展.柔性基底的可变形性是导致其液滴动力学与刚性基底液滴动力学存在差异的根本原因.现有的研究表明,基底柔性对液滴撞击的接触时间、最大铺展因子、气泡捕获、回弹和溅射等方面均存在着影响,其中关于接触时间及溅射方面的结论可能为制造防水、抗冰和防溅射材料提供新思路.

关键词：液滴撞击柔性基底流固耦合基底形变杨氏模量

多通道聚焦激光差分干涉法测量高超声速边界层不稳定性研究

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实验流体力学 2024年

作者：李学良张亚寒吕闯薛涛吴杰华中科技大学航空航天学院

聚焦激光差分干涉仪（Focused Laser Differential Interferometry,FLDI）已经被广泛应用于高超声速边界层转捩研究的空间测量。但是，目前国内使用的FLDI系统每次只能测1或2个空间点的密度变化，不能高效率地开展边界层内沿流向或法向... 详细信息

聚焦激光差分干涉仪（Focused Laser Differential Interferometry,FLDI）已经被广泛应用于高超声速边界层转捩研究的空间测量。但是，目前国内使用的FLDI系统每次只能测1或2个空间点的密度变化，不能高效率地开展边界层内沿流向或法向的实验测量，且两次风洞实验测点之间的密度脉动信号不能进行有效地相关性分析。本文设计和搭建了一套多通道FLDI测量系统，可以在单次风洞运行周期内同时获得高超声速边界层内多个测点的不稳定波特征。基于华中科技大学Φ0.25 m马赫6高超声速Ludwieg管低噪声风洞，在来流单位雷诺数为1.19×107 m-1工况下，本文将多通道FLDI测量系统应用于尖锥边界层不稳定性的测量研究。实验表明，多通道FLDI系统成功地测量到高超边界层内主频在316.4kHz～322.3 kHz区间典型的第二模态不稳定波，该频率范围与相同测点位置处PCB传感器测得的第二模态不稳定波主频319.3 kHz吻合较好；进一步对基于多通道FLDI系统获得的密度脉动数据开展互相关性分析，发现相邻测点间求得的不稳定波相速度相同，具有尖锥标模边界层内第二模态不稳定波传播速度特征，验证了多通道FLDI测量结果的可靠性。多通道FLDI系统具有效率高、成本低、准确性高、空间分辨率高等优点，适合用于高超声速边界层不稳定性和感受性机制等问题研究。

关键词：聚焦激光差分干涉法高超声速密度脉动边界层不稳定性流场测量风洞实验

支板火箭构型对引射进气与主次流相互作用特性影响实验研究

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推进技术 2024年

作者：罗飞腾姚达豪李新珂渠镇铭陈文娟龙垚松华中科技大学航空航天学院

一次火箭射流与二次空气流之间的主次流相互作用是火箭基组合循环（RBCC）发动机引射模态工作过程的主导机制，对引射模态性能具有关键性影响。基于典型支板火箭RBCC发动机特征流道模型，进行了三种不同支板火箭构型的宽工况冷喷流引射... 详细信息

一次火箭射流与二次空气流之间的主次流相互作用是火箭基组合循环（RBCC）发动机引射模态工作过程的主导机制，对引射模态性能具有关键性影响。基于典型支板火箭RBCC发动机特征流道模型，进行了三种不同支板火箭构型的宽工况冷喷流引射试验，获得了引射进气特性、主次流相互作用特性与规律。研究结果表明：随着一次流流量、总压比增加，二次流引射进气马赫数逐渐增大，流量逐渐增加至某一最大值，而引射比持续单调减小；无量纲分析显示，单矩形喷管的支板火箭构型相对于双圆形喷管构型具有更强的引射能力，在相同一次流流量与喷管喉道面积时能提高10%～40%的流量通量比，且支板尾缘带波瓣凹槽结构有利于提升引射能力。从主次流内流过程来看，随着一次流流量、总压比增加，内流道压力分布整体上逐渐降低，马赫数分布逐渐提高，反映出内流加速降压、引射进气流量增加的过程，同时下游的引射增压比呈增大趋势，以更大的总压损失为代价；相同一次流流量时，单矩形喷管构型相对于双圆形喷管引起的内流道压力更低、马赫数更高，实现基本相当的引射比时总压恢复系数相对更高。随着主次流总压比的增加，主次流的速度比和对流马赫数呈现减小的趋势，而压比和密度比则有所增加；双圆形喷管构型时速度比和对流马赫数明显高于单矩形喷管构型，而压比和密度比则相对更低；这些参数梯度变化在初始状态层面上决定了主次流相互作用的过程及其宏观特性。

关键词：火箭基组合循环发动机主次流相互作用引射模态支板火箭实验研究

超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化方法

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航空学报 2024年

作者：单程军贡天宇易理哲杨浩辉龙垚松华中科技大学航空航天学院

如何降低声爆强度和提高巡航气动效率是超声速民机的关键研究问题之一。针对目前声爆/气动多学科优化研究中存在的高可信度优化效率低和忽略大尺度布局参数等问题，提出了一种超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化方法。自研了一... 详细信息

如何降低声爆强度和提高巡航气动效率是超声速民机的关键研究问题之一。针对目前声爆/气动多学科优化研究中存在的高可信度优化效率低和忽略大尺度布局参数等问题，提出了一种超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化方法。自研了一套基于非线性Burgers方程的远场声爆传播程序“BoomProp”，结合基于CFD的近场流动预测方法，建立了高可信度地面声爆强度预测流程。采用基于CEHVIM(Constrained Expected Hypervolume Improvement Matrix,CEHVIM)准则的高效全局约束多目标优化算法，耦合高维不规则设计空间的最优拉丁超体试验设计方法、布局参数化自动成型、网格自动生成与高可信度声爆/气动性能预测方法，搭建了超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化平台。基于该平台针对机翼布局开展了声爆/气动多学科优化，优化结果在声爆与阻力性能方面有较为明显提升，同时与基于Kriging代理模型的NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对比，综合验证了所提出方法的有效性与高效性。

关键词：超声速民机非线性Burgers方程计算流体力学声爆多学科优化方法高效全局约束多目标优化方

激光浸液诱导冲击调控电火花线切割热变形行为

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机械工程学报 2024年第9期60卷 273-285页

作者：邱文哲张臻王鹏刘邓华魏世川张国军华中科技大学航空航天学院武汉430074 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

电火花线切割(WEDM)加工金属薄壁过程中产生的热变形现象几乎无法避免,制约了WEDM在薄壁类零件精密加工中的应用。本研究提出一种利用激光浸液诱导冲击调控WEDM加工金属薄壁热弯曲变形的新工艺,以获得低/无变形薄壁件。对不同线切割参... 详细信息

电火花线切割(WEDM)加工金属薄壁过程中产生的热变形现象几乎无法避免,制约了WEDM在薄壁类零件精密加工中的应用。本研究提出一种利用激光浸液诱导冲击调控WEDM加工金属薄壁热弯曲变形的新工艺,以获得低/无变形薄壁件。对不同线切割参数加工的In718与TC4金属薄壁热变形量进行标定,获得热弯曲量与工艺参数间的规律。薄壁热弯受脉冲时间影响最为明显,脉冲间隙的影响则并不显著。基于激光冲击仿真与实验结果选取合适的激光参数对薄壁区域进行冲击加工,能够有效恢复薄壁热变形。针对不同厚度的In718与TC4薄壁,均能使用激光浸液诱导冲击对热弯曲变形量进行调控,当激光能量为80 mJ,光斑间距(x-y)为0.5~0.5 mm,冲击次数为1时,调控效果最好。调控后的所有薄壁翘曲度最低仅1.4μm,热变形最高可减少98.35%。对加工后的薄壁表面完整性进行检测,结果表明新工艺在调控薄壁变形的同时,薄壁表面硬度提高了20%以上,降低表面粗糙度与重铸层厚度,此外还能一定程度改善薄壁表面裂纹。

关键词：激光诱导冲击电火花线切割变形恢复金属薄壁

高温气体效应下流动转捩及超声速模态的线性演化

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空气动力学学报 2024年第4期42卷 75-83,I0002页

作者：赵洲源陈贤亮王亮符松清华大学航天航空学院北京100084

对转捩的精确预测已成为飞行器气动设计的关键环节,然而转捩问题相当复杂并对诸多因素敏感。在超高速高温流动中,转捩和高温气体效应深度耦合,特别是在激波、壁面附近和分离区等速度梯度很大的区域,热化学过程对流动转捩的影响不容忽视... 详细信息

对转捩的精确预测已成为飞行器气动设计的关键环节,然而转捩问题相当复杂并对诸多因素敏感。在超高速高温流动中,转捩和高温气体效应深度耦合,特别是在激波、壁面附近和分离区等速度梯度很大的区域,热化学过程对流动转捩的影响不容忽视。在自然转捩过程中,不同的扰动形式在流场中的发展各不相同,进而对转捩进程造成的影响也不同。同时,超高速边界层内存在多种模态,其中第二模态下游区域出现的不稳定的超声速模态值得关注和研究。本文通过求解线性抛物化稳定性方程(LPSE)研究了高温气体效应下流动转捩及超声速模态的演化发展。结果表明:与量热完全气体流动相比,考虑热化学过程的流动使得温度边界层更薄,类似“冷壁”的作用,进而使得扰动的超声速模态更容易出现;分子振动平衡使得流动的温度边界层进一步变薄,即使在较高的壁温条件下,扰动的超声速模态依然存在;同时,低频扰动下的超声速模态更不稳定,流动易出现转捩。此外,马赫数20、半顶角6°的尖楔绕流算例中,“冷壁”和低频扰动下的超声速模态在特定扰动波角下会出现新的变化。

关键词：高温气体效应转捩扰动频率扰动波角超声速模态流动稳定性

具备消耗性热沉的燃油热管理系统性能分析及优化

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航空学报 2024年

作者：杨世宇于海育林远方梁新刚清华大学航天航空学院

为研究多温度限制点条件下具备消耗性热沉的燃油热管理系统（FTMS）工作性能，并通过优化消耗性热沉的使用延长FTMS的正常工作时间（热航时），以液态甲烷（LM）为消耗性热沉构建了仿真流路。首先，分析了FTMS的热回油特性，结果表明系... 详细信息

为研究多温度限制点条件下具备消耗性热沉的燃油热管理系统（FTMS）工作性能，并通过优化消耗性热沉的使用延长FTMS的正常工作时间（热航时），以液态甲烷（LM）为消耗性热沉构建了仿真流路。首先，分析了FTMS的热回油特性，结果表明系统正常工作时燃油热沉消耗速率随供油泵流量的增加而增大。当冲压空气不足时，返回燃油箱的燃油温度成为FTMS的主要限制温度，为满足热回油的温度要求，系统的最优供油泵流量过大，导致散热性能不佳。此时使用LM不仅可以冷却热回油，还可以通过减小最优供油泵流量进一步减少燃油热沉的消耗。随后，探究了中间回油支路（MFRB）对FTMS散热性能的影响，结果表明当冲压空气不足时，MFRB不仅可以增大燃烧燃油的散热量，同样可以通过减小最优供油泵流量进一步提升系统的散热能力。标准工况下无LM时的燃油热沉消耗速率可被新流路降低17.62%。接下来，分析了LM的流量特性，结果表明可根据LM的使用效果将LM供给流量划分成LM的高效作用区、一般作用区和低效作用区。最后，提出了一种LM的动态供给策略，相较于恒定小流量和大流量的LM供给策略，标准工况下热航时分别被提升了9.21%和27.44%。

关键词：热管理系统热沉性能分析动态优化热航时燃油