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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

主动式气膜冷却对高超声速飞行器等离子体鞘套的影响

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中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2025年第1期64卷 250-256页

作者：徐春光张源耕中山大学航空航天学院广东深圳518107

以钝锥模型为研究对象,采用热化学非平衡计算方法并结合可压缩N-S方程、SST k-ω湍流模型,对钝锥模型肩部台阶喷流和头部逆向喷流流场进行了数值模拟。在考虑不同喷流压强、喷口位置和数量等因素的基础上,分析了主动式气膜冷却对等离子... 详细信息

以钝锥模型为研究对象,采用热化学非平衡计算方法并结合可压缩N-S方程、SST k-ω湍流模型,对钝锥模型肩部台阶喷流和头部逆向喷流流场进行了数值模拟。在考虑不同喷流压强、喷口位置和数量等因素的基础上,分析了主动式气膜冷却对等离子体鞘套的影响。结果表明:高超声速飞行器采用主动式气膜冷却技术时,喷口的数量、位置及喷流压强对等离子体密度均具有显著的影响。肩部的切向喷流可有效抑制模型壁面附近的等离子体密度,进而可能对高频电磁波的传输和目标雷达散射截面(RCS)产生影响。头部逆向喷流可显著改变等离子体的分布情况,不同的逆向喷流参数配置会导致明显的差异。

关键词：高超声速飞行器等离子体鞘套主动式气膜冷却热化学非平衡双温模型

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基于康达效应的高速气流推力矢量喷管

中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2025年第1期64卷 265-274页

作者：姚清河王思淼杨耿超白欣彤李明洋王昱森中山大学航空航天学院广东深圳518107

基于康达效应设计了一种高速气流推力矢量喷管,利用其对流体的偏转作用实现主流方向控制。喷管由主通道以及外侧八个独立气室和出口处的康达壁面组成,可通过气室外部的开合情况来实现八个偏转方向的控制。本文对所设计的高速气流推力矢... 详细信息

基于康达效应设计了一种高速气流推力矢量喷管,利用其对流体的偏转作用实现主流方向控制。喷管由主通道以及外侧八个独立气室和出口处的康达壁面组成,可通过气室外部的开合情况来实现八个偏转方向的控制。本文对所设计的高速气流推力矢量喷管进行了仿真计算,研究了主流速度、气室开合情况及康达壁面曲率三个参数对主流偏转效果的影响。数值模拟结果表明:(1)主流速度在50~160 m/s时,不同的开合组合的偏转效果有较为显著的差异。(2)气室打开数量为奇数时,偏转效果优于偶数。只有一个气室开口时,偏转效果最优。(3)计算得到三维喷管最优康达壁面的曲率是55.26。本文设计的高速气流推力矢量喷管能够达到较好的偏转控制效果,最大偏转角度可达到85.91°。

关键词：康达效应高速气流推力矢量喷管气流偏转

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基于预测误差法的无人机安全控制器设计

电光与控制 2025年第1期32卷 90-94页

作者：姜燕王道波柏婷婷张莹南京航空航天大学自动化学院南京210000

具备安全性的无人机控制器是保障无人机作战完整性的重要因素之一,该控制器能够在安全的界限范围内控制无人机的飞行性能。针对无人机的安全控制器的设计问题,首先,对无人机的闭环控制系统进行分析,并采用非参数预测误差估计的方法对闭... 详细信息

具备安全性的无人机控制器是保障无人机作战完整性的重要因素之一,该控制器能够在安全的界限范围内控制无人机的飞行性能。针对无人机的安全控制器的设计问题,首先,对无人机的闭环控制系统进行分析,并采用非参数预测误差估计的方法对闭环控制系统中的执行机构模块进行辨识,以证明辨识得到的模型与实际模型无偏;其次,阐明了无人机安全性的含义,并在闭环控制系统的辨识模型的基础上,对无人机的安全控制器进行了设计;最后,以无人机飞行姿态角中的俯仰通道为例,对安全控制器性能进行了仿真验证。实验结果证明了无人机安全控制器的有效性,能够将无人机的飞行性能控制在安全范围内,为飞行安全提供保障。

关键词：无人机闭环控制系统安全性控制器预测误差估计

基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

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工程科学学报 2025年第1期47卷 56-65页

作者：原帅超王建峰段宇航郝璐静占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核... 详细信息

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

关键词：拓扑优化静力学分析增材制造轻量化设计结构设计

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低空经济的内涵、特征和运行模式

新疆师范大学学报（哲学社会科学版） 2025年第1期46卷 108-117,F0002页

作者：沈映春北京航空航天大学公共管理学院北京100083

低空经济作为低空飞行活动与产业融合的新型综合性经济形态,具有空间立体性、区域依赖性、数字生态性、产业融合性以及辐射带动性等特征。党和政府高度重视发展低空经济,将其确定为国家战略性新兴产业,各地加紧布局,发展势头良好。但具... 详细信息

低空经济作为低空飞行活动与产业融合的新型综合性经济形态,具有空间立体性、区域依赖性、数字生态性、产业融合性以及辐射带动性等特征。党和政府高度重视发展低空经济,将其确定为国家战略性新兴产业,各地加紧布局,发展势头良好。但具体实践中仍存在发展低空经济的体制机制不畅、技术创新支持不足、新型基础设施不全、产业领域需不断拓展等问题。针对上述问题,文本依据螺旋理论,提出“政产学研金服用”的低空经济开放式创新生态模式。

关键词：低空经济新质生产力战略性新兴产业开放式创新生态运行模式

基于改进APF-QRRT^(*)策略的移动机器人路径规划

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电光与控制 2025年第1期32卷 21-26,33页

作者：刘文浩余胜东吴鸿源胡文科李小鹏蔡博凡马金玉温州大学机电工程学院浙江温州325000 国科温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 浙江温州325000 南京航空航天大学航空学院南京210000

针对Q-RRT^(*)算法在路径规划过程中无法兼顾可达性和安全性的问题,提出一种改进APF-QRRT^(*)(IAPF-QRRT^(*))路径规划策略。IAPF-QRRT^(*)策略通过Q-RRT^(*)算法获得一组连接起点到终点的离散关键路径点,较传统的快速搜索随机树(RRT^(... 详细信息

针对Q-RRT^(*)算法在路径规划过程中无法兼顾可达性和安全性的问题,提出一种改进APF-QRRT^(*)(IAPF-QRRT^(*))路径规划策略。IAPF-QRRT^(*)策略通过Q-RRT^(*)算法获得一组连接起点到终点的离散关键路径点,较传统的快速搜索随机树(RRT^(*))算法具备更好的初始解和更快的收敛速度。改进传统人工势场(APF)方法获得一种新的无势正交向量场,在一定条件下使整体排斥向量场与吸引向量场正交,并将其作用于关键路径点,从而提高路径的安全性。将IAPF-QRRT^(*)策略与其他算法比较,通过数值模拟实验证明了所提策略的有效性。

关键词：移动机器人路径规划人工势场法 Q-RRT^(*)算法安全性

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渗透氢对BCC金属裂纹扩展行为的影响

原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 45-52页

作者：朱云蝶赵可可张吉鼎江晓禹西南交通大学力学与航空航天学院成都611756

在氢环境下,氢原子会吸附在金属材料表面.随着时间推移,氢原子会渗透进入金属内部占据空隙位置.氢原子的聚集会导致应力集中,最终进一步影响材料的力学行为.本文通过分子动力学方法研究氢在裂纹尖端行为的力学响应.研究结果表明,裂纹尖... 详细信息

在氢环境下,氢原子会吸附在金属材料表面.随着时间推移,氢原子会渗透进入金属内部占据空隙位置.氢原子的聚集会导致应力集中,最终进一步影响材料的力学行为.本文通过分子动力学方法研究氢在裂纹尖端行为的力学响应.研究结果表明,裂纹尖端吸附的氢降低了原子间的键合力,导致局部应力集中所需的临界外加载荷减小;使得材料在较低的断裂强度条件下发生破坏,并在很大程度上促进了裂纹的扩展.模拟观察到在外加载荷下吸附氢在裂纹尖端的渗透过程,氢原子会聚集在高应力区域,造成材料塑性降低.另外,渗透进材料的氢原子数目会随着计算时间的增加达到一个最大临界值.当施加应变增大,裂纹尖端渗透氢原子数最大临界值和达到临界值的时间会增加.

关键词：分子动力学裂纹扩展氢渗透塑性损失

钢板混凝土墙-钢筋混凝土楼板连接节点抗剪性能

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哈尔滨工业大学学报 2025年第1期57卷 92-100页

作者：于跃隋春光雷永旺郭全全中国核电工程有限公司北京100840 北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191

模块化技术正在推动新一代核电厂的设计和发展,兼具优良工作性能和工业化施工性能的钢板混凝土(SC)结构在模块化结构具有广泛应用前景。SC墙-RC楼板连接节点作为SC模块结构与RC结构之间的典型传力构件,其结构设计必须既要保证荷载的有... 详细信息

模块化技术正在推动新一代核电厂的设计和发展,兼具优良工作性能和工业化施工性能的钢板混凝土(SC)结构在模块化结构具有广泛应用前景。SC墙-RC楼板连接节点作为SC模块结构与RC结构之间的典型传力构件,其结构设计必须既要保证荷载的有效传递,又要考虑模块化施工的可行性。为研究SC墙-RC楼板连接节点抗剪性能,设计并完成了2个“薄墙厚板型”SC墙-RC楼板连接节点循环加载试验,包括GB/T 51340—2018建议的钢筋连接器连接、附加抗剪键等两种连接方式。试验结果表明:在剪跨比1.50下试件均发生RC楼板弯剪破坏,节点主要传力破坏路径为加载端至楼板根部的斜压杆区域,说明节点结合面不配置抗剪键仍满足抗剪要求;试验过程中,直螺纹钢筋套筒无滑脱、未发生钢筋或焊缝拉断,延性系数均大于4,说明钢筋连接器连接的传力性能良好,可作为SC墙-RC楼板连接节点的有效连接方式;该节点核心区仍属于抗剪薄弱区域,若要满足“全强度连接”设计准则,核心区对拉筋体积含钢率应不低于0.59%。

关键词：钢板混凝土墙钢筋混凝土楼板连接节点钢筋连接器抗剪键