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壁面渗透气膜工质对圆锥高超声速边界层稳定性的影响

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物理学报 2024年第12期73卷 221-234页

作者：胡玉发易仕和刘小林徐席旺张震张臻国防科技大学空天科学学院长沙410073

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质... 详细信息

壁面渗透气膜是一种有应用前景的高超声速边界层转捩控制和减阻降热方式.在马赫数6高超声速静音风洞内,使用纳米粒子示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术和高频脉动压力测试技术,研究了壁面渗透气膜工质(氦气、空气和二氧化碳)在相同体积流量条件下对圆锥高超声速边界层的影响.实验结果表明,壁面渗透气膜显著增厚了边界层,最厚位置都出现在渗透区域下游边界处,且氦气气膜时边界层最薄,二氧化碳气膜时最厚.通常,空气气膜和二氧化碳气膜使得边界层内提前出现规则的绳状交织的第二模态波结构,但体积流量较大条件下二氧化碳气膜时,扰动波结构类似剪切层不稳定性.氦气气膜时,扰动波结构不是第二模态波,其形状不规则,随时空变化较大,壁面脉动压力功率谱密度没有出现峰值频率.空气气膜时第二模态波波长大约是边界层厚度的2—3倍,而二氧化碳气膜时增大到3倍以上.二氧化碳气膜时第二模态波峰值频率最小,频带范围最窄,波长最长,幅值最大,扰动波传播距离较远且非线性相互作用较强.

关键词：高超声速边界层壁面渗透气膜第二模态波剪切层不稳定性

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低对称性二维过渡金属硫族化合物的化学气相沉积法制备

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化学进展 2024年第4期36卷 537-555页

作者：陈芸张辉罗政毛卫国潘俊安王珊珊湘潭大学材料科学与工程学院国防科学技术大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室长沙理工大学材料科学与工程学院

低对称性二维材料是一类晶格对称操作少，纵向仅有原子级厚度的新型纳米材料。在二维过渡金属硫族化合物（Transition metal dichalcogenides,TMDs）体系中，1T’-MoTe2、1T’-WTe2、1T’-ReS2和1T’-ReSe2是典型低对称性成员。独特的... 详细信息

低对称性二维材料是一类晶格对称操作少，纵向仅有原子级厚度的新型纳米材料。在二维过渡金属硫族化合物（Transition metal dichalcogenides,TMDs）体系中，1T’-MoTe2、1T’-WTe2、1T’-ReS2和1T’-ReSe2是典型低对称性成员。独特的晶格对称性为它们带来了丰富的各向异性理化性质，因而在微纳光子学、触觉传感器、各向异性逻辑器件等领域具有特殊应用前景。低对称性二维TMDs材料的基础研究和应用开发依赖于对这类材料的高质量、大尺寸、稳定制备。本文以这4类材料为典型，首先按金属前驱体进行分类，综述了近年来有关低对称性二维TMDs材料的化学气相沉积（Chemical vapor deposition, CVD）制备方法；其次，针对制备过程中1T’-MoTe2容易发生相转变，1T’-ReS2、1T’-Re Se2与基底间相互作用力弱等特点，介绍了1T’-MoTe2制备过程中的相调控机制，以及1T’-ReS2、1T’-ReSe2制备过程中的基底工程研究；最后，本文对低对称性二维TMDs材料未来的挑战与机遇进行了展望。

关键词：二维材料低对称性化学气相沉积相调控基底工程

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基于全矩阵椭圆成像法的加筋板结构损伤检测

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 2033-2042页

作者：章盟樊程广余孙全国防科技大学空天科学学院长沙410073

对航天器结构进行损伤检测对于保障航天器的可靠运行十分重要。Lamb波声学定位是一种常用的损伤检测方法,但在航天器常用的加筋板结构中,加强筋会对板中Lamb波的传播产生反射、透射、延迟叠加等效应,导致常用检测方法的效果大打折扣。为... 详细信息

对航天器结构进行损伤检测对于保障航天器的可靠运行十分重要。Lamb波声学定位是一种常用的损伤检测方法,但在航天器常用的加筋板结构中,加强筋会对板中Lamb波的传播产生反射、透射、延迟叠加等效应,导致常用检测方法的效果大打折扣。为此,提出一种基于全矩阵采样和模型补偿的超声Lamb波的全矩阵椭圆成像定位方法。将全矩阵采样方法引入椭圆成像定位中,通过聚焦的方式,减小加强筋对信号的衰减和干扰所产生的误差。针对Lamb波在加强筋结构中绕筋和直达两种传播特征,提出了一种绕筋补偿策略,消除加强筋的延迟叠加影响。实验表明,全矩阵椭圆成像法能够实现损伤信号的聚焦,提高损伤定位的精度,引入绕筋补偿策略后,实现加筋板的准确损伤定位。

关键词： Lamb波椭圆成像小波变换加筋板结构健康监测

采用态-态模型的高温空气非平衡喷管流数值研究

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力学学报 2024年第5期56卷 1377-1394页

作者：王辉曾明段欣葵王东方刘伟国防科技大学空天科学学院长沙410073

采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组... 详细信息

采用态-态模型在总温T_(0)=2000K~8000 K、总压p_(0)=1~20 MPa范围,开展高温空气准一维非平衡喷管流动数值模拟.考虑5种化学组元(N_(2),O_(2),NO,N,O),其中N_(2),O_(2),N_(O)分别有61,46,48个振动能级,将不同振动能级上的粒子视为不同组元,共157个组元.对未见公开文献给出速率系数的分子能级跃迁过程,综合振动能方程松弛时间和其他类似微观过程跃迁速率系数进行折算.计算结果表明,喷管喉道前流动接近平衡,喉道后出现非平衡,喉道下游不远处发生化学组元质量分数、较低振动能级分子数和表征振动能的振动温度的冻结,N_(2)的振动温度冻结较NO和O_(2)早,冻结值也更高;对振动能级跃迁起主导作用的微观机制是平动-振动能量交换(VT)过程,复合反应生成的分子更多位于中等振动能级;喷管非平衡和冻结区域分子能级分布偏离振动温度下的玻尔兹曼分布,高能级出现过分布;提高驻室总压能够降低喷管流动非平衡程度,推迟热化学冻结发生.

关键词：热化学非平衡态-态模型振动能级分布喷管流动高焓风洞

基于MatchNet和多点匹配约束的可见光-SAR图像匹配

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航空学报 2024年第10期45卷 225-242页

作者：叶熠彬滕锡超于起峰李璋国防科技大学空天科学学院长沙410073

基于可见光和SAR成像的异源图像匹配是实现复杂场景下飞行器视觉导航的关键。由于成像机理的差异,可见光-SAR图像匹配需要面对成像几何特性差异、非线性辐射失真以及噪声干扰等挑战。近年来,基于深度学习的图像匹配方法表现出比传统方... 详细信息

基于可见光和SAR成像的异源图像匹配是实现复杂场景下飞行器视觉导航的关键。由于成像机理的差异,可见光-SAR图像匹配需要面对成像几何特性差异、非线性辐射失真以及噪声干扰等挑战。近年来,基于深度学习的图像匹配方法表现出比传统方法更优的场景适应性,但现有深度学习方法仍未完全解决上述几个挑战,还无法完全满足视觉导航中的高精度匹配需求。基于经典的MatchNet匹配框架,针对其单个模板匹配精度不足的问题,提出一种多点匹配约束的匹配方法(MMC-MatchNet)。方法主要分为2步:第1步生成子模板并利用MatchNet进行匹配,第2步基于多点几何约束剔除误匹配子模板并优化匹配结果。该方法在保持MatchNet输入尺寸不变的同时提升了网络对多尺寸可见光-SAR图像的匹配精度。此外,还提出了一种多级数据集构建方法来训练MatchNet。与随机采样构建负样本的方式相比,所提方法更关注于匹配任务中的困难样本,是一种适用于图像匹配的数据增强手段。对MMC-MatchNet在2种可见光-SAR图像匹配数据上进行了测试,取得了比NCC、NMI、HOPC以及单模板MatchNet方法更好的匹配结果,在与HOPC匹配精度相似的前提下,MMC-MatchNet可大幅提高匹配正确率(CMR)。同时,多点匹配约束和多级数据构建方法还适用于其他基于Patch的图像匹配模型。

关键词：图像匹配模板匹配可见光图像 SAR图像 MatchNet

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基于合成双射流的翼型阵风载荷减缓

航空学报 2024年第16期45卷 63-74页

作者：王浩罗振兵邓雄周岩张鉴源赵志杰国防科技大学空天科学学院长沙410073

为研究基于合成双射流的阵风减缓策略,针对NACA0012翼型在其上表面阵列式布置合成双射流激励器,通过反向射流方式主动诱导流动分离,并详细研究分离涡的演化及动态涡脱落过程,为开展基于零质量射流的载荷控制提供了新的理念。结果表明,... 详细信息

为研究基于合成双射流的阵风减缓策略,针对NACA0012翼型在其上表面阵列式布置合成双射流激励器,通过反向射流方式主动诱导流动分离,并详细研究分离涡的演化及动态涡脱落过程,为开展基于零质量射流的载荷控制提供了新的理念。结果表明,随着动量系数Cμ的增大,合成双射流对于阵风载荷控制能力逐渐提高且没有造成升力系数CL较大的脉动,当Cμ=0.033时,后缘分离区发展到翼型中部位置,CL,max响应幅值降低了47.9%。由于后缘处分离区较大,关闭射流激励器后分离涡在上翼面的卸载过程会对CL造成较大影响,在气流冲击分离涡的过程中,上下翼面压差迅速增大进而造成CL迅速减小;针对这一过程研究Cμ阶梯递减控制,设置Cμ区间式变化,相较于持续施加恒定Cμ的情况,这一控制方法在达到相同减缓幅值的情况下能耗更低,且翼型处于高载荷冲击的时间也更短。

关键词：阵风减缓合成双射流分离涡反向射流涡脱落

化学气相沉积HfO_(2)涂层的制备及性能

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材料工程 2024年第5期52卷 67-75页

作者：何锐朋朱利安王震叶益聪李顺唐宇白书欣国防科技大学空天科学学院长沙410073

采用化学气相沉积(CVD)法在难熔金属Mo表面制备厚约8μm的HfO_(2)涂层。通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO_(2)的反应过程,分析HfO_(2)涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能,测试涂层与基体的结合力及抗热震性。结... 详细信息

采用化学气相沉积(CVD)法在难熔金属Mo表面制备厚约8μm的HfO_(2)涂层。通过HSC Chemistry软件从热力学角度探究CVD HfO_(2)的反应过程,分析HfO_(2)涂层的微观形貌、择优生长情况和纳米力学性能,测试涂层与基体的结合力及抗热震性。结果表明:HfO_(2)涂层与基体结合良好,在经历25~2000℃,100次循环热震后涂层表面未出现宏观剥落;划痕法测定的涂层附着力约23 N;在2.5~5μm波段,涂层表面平均发射率为0.48,将Mo在该波段的平均发射率提高了近5倍。

关键词：化学气相沉积氧化铪涂层热力学计算发射率抗热震性

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用于航天器耦合微振动分析的修正动质量法

振动与冲击 2024年第5期43卷 283-291页

作者：柴江帅罗青国防科技大学空天科学学院长沙410073

针对航天器的微振动耦合问题,分别通过动力学平衡方程、动质量法和机械阻抗理论推导建立了微振动源与支撑结构的耦合传递模型,并对比分析了传统动质量法的适用范围。研究表明传统动质量法会对低频范围内耦合特性分析带来较大误差,且适... 详细信息

针对航天器的微振动耦合问题,分别通过动力学平衡方程、动质量法和机械阻抗理论推导建立了微振动源与支撑结构的耦合传递模型,并对比分析了传统动质量法的适用范围。研究表明传统动质量法会对低频范围内耦合特性分析带来较大误差,且适用于微振动源质量远小于支撑结构的情况。在此基础上,提出了基于机械阻抗理论的修正动质量理论方法,并据此建立了反作用飞轮与航天器平台结构的耦合动力学模型,重点给出了采用修正动质量法对陀螺效应的处理方式。利用所建模型,仿真分析了反作用飞轮微振动对航天器平台结构动态影响,以及陀螺效应对系统动态特性的影响规律。所提出的修正动质量法可为航天器耦合微振动分析及地面微振动测试的开展提供理论参考。

关键词：航天器微振动动力学耦合修正动质量法机械阻抗陀螺效应

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内流可视超声速喷管边界层实验研究

物理学报 2024年第16期73卷 143-151页

作者：曾瑞童易仕和陆小革赵玉新张博冈敦殿国防科技大学空天科学学院长沙410073

为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国... 详细信息

为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国军标合格标准;利用纳米粒子示踪平面激光散射技术,开展内流可视超声速喷管的流动显示试验,获取了喷管内全流场精细结构图像;通过图像处理技术提取边界层与主流交界面,采用分形维数的方法分析边界层状态,定位边界层转捩位置.结果表明:喷管型面的开始转捩位置比喷管上平直壁面更加靠近下游;分形维数可以定性地判断边界层的流动状态,对于层流边界层和转捩初期的发卡涡需要结合边界层厚度进行区分.

关键词：喷管边界层纳米粒子示踪平面激光散射转捩

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