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数字试验测试验证：理论、关键技术及应用探索

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机械工程学报 2024年

作者：陶飞高鹏飞张辰源易航邹孝付王琰隆张建康张贺刘蔚然王凯旋杨春霞中国商飞民用飞机试飞中心北京航天万源科技有限公司北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京航空航天大学国际交叉科学研究院数字孪生国际研究中心中国运载火箭技术研究院北京航空航天大学人工智能研究院

试验测试验证(ETV)是了解产品级、系统级、复杂巨系统级物理对象的基本属性和性能特征的一般性方法，ETV结果能为物理对象的论证规划、研发设计、生产制造、运维服役等全生命周期各阶段的相关决策提供重要参考，对于物理对象的迭代优化... 详细信息

试验测试验证(ETV)是了解产品级、系统级、复杂巨系统级物理对象的基本属性和性能特征的一般性方法，ETV结果能为物理对象的论证规划、研发设计、生产制造、运维服役等全生命周期各阶段的相关决策提供重要参考，对于物理对象的迭代优化和性能管控具有重要意义。结合不同阶段产品和系统的典型特征与ETV需求，从实施手段、可实现种类和发展增速等角度，总结分析给出了ETV的五个发展阶段，包括物理ETV、物理数字ETV、数字物理ETV、数实融合ETV、数字ETV(D-ETV)。从“结果准、速度快、内容全、成本低、风险小”五大核心需求出发，分析了D-ETV未来发展面临的挑战。探讨了数字ETV的概念内涵，提出了D-ETV“指南针”体系架构、成熟度模型、通用流程“D”模型、技术体系和应用系统架构，并阐述了D-ETV的理想能力。基于所提D-ETV理论体系，面向重大装备和复杂系统试验测试验证需求，对数字试飞、数字风洞试验、发动机数字测试、数字战场决策验证、高档数控机床数字验证、卫星制造数字验证、数字空间站性能测试、可回收火箭数字验证、核电站安全数字测试、水下装备性能数字验证十个领域应用进行探索。期望相关工作对发展D-ETV理论与技术，更好地满足物理对象和系统在全生命周期各阶段的ETV需求提供启发和参考。

关键词：数字化试验测试验证数字工程数字物理融合

基于单颗金刚石划擦的单向C_(f)/SiC复合材料去除机理

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金刚石与磨料磨具工程 2024年第3期44卷 327-334页

作者：温家宙王庆霞余爱武吴重军东华大学机械工程学院上海201600 上海航天设备制造总厂有限公司上海201108 上海航天工艺与装备工程技术研究中心上海201108

为研究单向C_(f)/SiC复合材料划擦去除机理,采用单颗金刚石磨粒开展准静态划擦试验,分析不同压痕载荷下划擦材料的声发射信号变化,结合SEM形貌分析材料的去除行为和划擦去除机理。试验结果表明:声发射信号强度随着压痕载荷增加而增强,... 详细信息

为研究单向C_(f)/SiC复合材料划擦去除机理,采用单颗金刚石磨粒开展准静态划擦试验,分析不同压痕载荷下划擦材料的声发射信号变化,结合SEM形貌分析材料的去除行为和划擦去除机理。试验结果表明:声发射信号强度随着压痕载荷增加而增强,相同参数下SB方向信号值更大,信号波动更剧烈。结合声发射信号与SEM形貌分析,得出材料在不同方向的划擦去除行为,材料以脆性去除为主,SA方向纤维以拉伸断裂和纤维拔出为主,SB方向纤维主要断裂方式为弯曲断裂和剪切断裂。根据SEM形貌分析,阐述去除行为的形成过程,即解释材料划擦去除机理。

关键词：单向C_(f)/SiC复合材料单颗磨粒划擦试验声发射信号材料去除机理

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激光熔化沉积TiC/TC4复合材料热-流行为及陶瓷颗粒分布状态

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焊接学报 2024年第5期45卷 74-83页

作者：蔡绪康王磊磊杨兴运占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106 南京航空航天大学深圳研究院深圳518000

颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景,采用仿真与试验相结合的方法,对激光熔化沉积TiC/TC4复合材料过程中的热-流行为和沉积层中陶瓷颗粒的分布状态进行了研究.结果表明,工艺参数对熔池的热-流行为及沉积层形貌具... 详细信息

颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景,采用仿真与试验相结合的方法,对激光熔化沉积TiC/TC4复合材料过程中的热-流行为和沉积层中陶瓷颗粒的分布状态进行了研究.结果表明,工艺参数对熔池的热-流行为及沉积层形貌具有显著的影响,熔池表面的流体流动呈波纹状,熔融金属从熔池中心向四周流动;熔池底部等温面上熔融金属从四周流向熔池底部,并出现漩涡现象.在激光熔化沉积过程中,TiC颗粒穿透熔池表面的Marangoni对流区,在熔池中与流体交互作用,最终在沉积层中出现沉积层中上方部位团聚、沉积层中下方部位团聚、沉积层中均匀分布等分布状态.

关键词：激光熔化沉积 TC4钛合金复合材料热-流行为颗粒分布

大气环境监测卫星星载IPDA激光雷达的大气二氧化碳柱浓度反演及多源数据对比验证

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光学学报 2024年第12期44卷 182-194页

作者：赖锴婕卜令兵王勤毛志华 Khalid Muhammad Burhan 樊纯璨刘继桥陈卫标赵少华南京信息工程大学大气物理学院天津气象雷达研究试验中心中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室生态环境部卫星环境应用中心

基于星载积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达探测数据对全球二氧化碳柱浓度（XCO2）进行反演并利用全球CO2柱浓度观测网（TCCON）、轨道碳观测者2号（OCO-2）卫星以及碳追踪器三者的CO2数据产品验证了反演结果的准确性。结果表明：IPDA... 详细信息

基于星载积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达探测数据对全球二氧化碳柱浓度（XCO2）进行反演并利用全球CO2柱浓度观测网（TCCON）、轨道碳观测者2号（OCO-2）卫星以及碳追踪器三者的CO2数据产品验证了反演结果的准确性。结果表明：IPDA激光雷达的反演结果与TCCON的观测结果一致性较好，两者的平均偏差为0.3×10-6，决定系数（R2）为0.952，均方根误差（RMSE）为0.584×10-6。与OCO-2和CT的XCO2数据产品的对比结果也显示出IPDA激光雷达反演结果与TCCON数据产品的吻合程度均高于OCO-2卫星与碳追踪器，进一步表明IPDA激光雷达能够获得更准确的全球XCO2观测数据。IPDA激光雷达对于不同地表类型上空的XCO2探测精度存在一定差异，在空间分辨率为50 km（陆地）和100 km（海洋）下，其探测精度主要分布在（0.80～0.82）×10-6与（0.76～0.78）×10-6，均满足1×10-6的探测精度要求。星载IPDA激光雷达的全天时、高精度探测技术将在今后全球碳源碳汇研究中发挥重要作用。

关键词：大气二氧化碳大气环境监测卫星星载激光雷达积分路径差分吸收验证

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递增式连续降雨条件下典型山区坡面径流产沙水动力学特征

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农业工程学报 2024年第9期40卷 88-97页

作者：童晓霞崔远来邵东国李建明张冠华路良伟刘纪根武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 长江水利委员会长江科学院武汉430010 水利部山洪地质灾害防治工程技术研究中心武汉430010 长江水利委员会水旱灾害防御创新团队武汉430010

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山... 详细信息

山区复杂的下垫面条件导致了山区小流域水文响应过程的复杂性,山区坡面作为山区小流域水文响应的基本单元,研究其不同下垫面条件下径流产沙水动力特征具有重要意义。为明晰山区坡面不同下垫面条件下径流水沙水动力特征,该研究选用官山河小流域作为研究对象,基于室内模拟递增式连续降雨试验方法,研究了坡度、土层厚度分布和土层底部透水性等山区坡面下垫面特性共同作用下的坡面径流产沙水动力学特征。结果表明:1)连续降雨条件下,雷诺数、水流剪切力和径流功率随着产流时间和雨强增加呈现增加趋势,Darcy-Weisbach阻力系数呈降低趋势。2)雨强增加使雷诺数均值和径流功率均值显著增加(P研究坡面产流产沙规律时,除考虑雨强和坡度外,还应兼顾考虑土层厚度分布和土层底部透水性及其交互作用的影响。该研究结果可为山区坡面复杂下垫面条件下的坡面产流产沙机理提供一定的理论支撑,并为改进山区小流域水文过程分布式模拟提供参数率定依据。

关键词：降雨坡度侵蚀土层厚度分布土层底部透水性径流产沙水动力参数

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吸湿耦合四点弯曲载荷条件下碳纤维复合材料的性能演变规律

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复合材料学报 2024年

作者：范燕生顾轶卓王俊涛石亮王绍凯李敏中国航空综合技术研究所检测与损伤评价中心北京航空航天大学材料科学与工程学院天目山实验室

为研究吸湿耦合四点弯曲载荷条件下碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能演变规律，通过自行设计的夹具施加四点弯曲载荷，并耦合5倍浓度模拟海水吸湿环境以模拟复合材料承载结构在海水中的服役条件。通过裂纹观测系统原位监测复合材料... 详细信息

为研究吸湿耦合四点弯曲载荷条件下碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能演变规律，通过自行设计的夹具施加四点弯曲载荷，并耦合5倍浓度模拟海水吸湿环境以模拟复合材料承载结构在海水中的服役条件。通过裂纹观测系统原位监测复合材料在力学实验过程中的损伤萌生与扩展，对比分析不同预处理条件对复合材料剩余力学性能及损伤模式的影响，分别通过四点弯曲、三点弯曲及短梁剪切力学试验，对预处理中复合材料的加载区域、等弯矩段进行评估。结果表明，预处理后复合材料的四点弯曲性能降低，一端加载处出现损伤破坏后，随之继续发生多次载荷下降直至最终失效发生；复合材料的等弯矩段短梁剪切性能无明显变化，三点弯曲力学试验结果表明预处理条件对等弯矩段的应力集中作用不显著。从而，预处理条件对加载区域影响显著，使其在失效过程中呈现出多断口扩展，伴随有层间裂纹扩展现象，而对等弯矩段无显著影响。

关键词：碳纤维复合材料四点弯曲模拟海水吸湿损伤模式

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液体火箭发动机用橡胶密封材料低温密封性能

润滑与密封 2024年第5期49卷 183-190页

作者：李晓鹏许灿薛立毅王倩西安航天动力研究所陕西省特种密封技术工程研究中心陕西西安710100

为研究液体火箭用橡胶密封材料的低温密封性能,采用多种橡胶材料低温特征温度测试方法对液体火箭发动机常用的5种橡胶密封材料低温性能进行表征,在不同压缩率、不同工作温度及不同压差下对各橡胶密封材料在低温下的密封能力开展试验研... 详细信息

为研究液体火箭用橡胶密封材料的低温密封性能,采用多种橡胶材料低温特征温度测试方法对液体火箭发动机常用的5种橡胶密封材料低温性能进行表征,在不同压缩率、不同工作温度及不同压差下对各橡胶密封材料在低温下的密封能力开展试验研究。建立橡胶密封圈仿真模型,分析橡胶密封圈在不同工作温度及不同压差的密封性能,并探讨其低温密封机制。研究结果表明:低温环境下橡胶低压缩率下的密封能力高于高压缩率下的密封能力;低温环境下由于橡胶的低温收缩和弹性模量急剧增大,在低压差下难以导致橡胶材料变形从而形成密封,须提高压差使得密封表面产生足够接触压力而形成密封。因此橡胶材料低温密封能力与材料低温收缩性能、弹性模量及压差相关,且工作温度超过橡胶低温下临界温度后,O形圈密封能力弱,易发生泄漏。

关键词：橡胶密封材料低温特征温度密封机制液体火箭发动机

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舰载直升机主动甲板着舰气动载荷特性

北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2206-2217页

作者：谭剑锋邢肖兵崔钊武杰张卫国南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 中国飞行试验研究院技术中心飞机所西安710089 中国空气动力研究与发展中心旋翼空气动力学重点实验室绵阳621000

被动与主动流动控制可减小舰艇艉流强度,但直升机着舰甲板处仍存在明显回流现象,由此导致直升机气动载荷变化显著。提出了自动升降的舰艇主动甲板,建立基于格子玻尔兹曼方法 (LBM)的舰艇主动甲板流场分析方法,并结合单向耦合模型,嵌入... 详细信息

被动与主动流动控制可减小舰艇艉流强度,但直升机着舰甲板处仍存在明显回流现象,由此导致直升机气动载荷变化显著。提出了自动升降的舰艇主动甲板,建立基于格子玻尔兹曼方法 (LBM)的舰艇主动甲板流场分析方法,并结合单向耦合模型,嵌入旋翼黏性涡粒子法,研究直升机主动甲板着舰气动载荷特性。通过与SFS2舰艇流场试验、分离涡模拟(DES)方法、大涡模拟(LES)方法比较,验证了所建方法的准确性。随后研究主动甲板对舰艇流场和直升机着舰气动载荷的影响特性。结果表明:相比于标准SFS2舰艇,主动甲板有效抑制了直升机着舰甲板处回流,以及直升机旋翼拉力损失、滚转和俯仰力矩,最大降幅分别为21.6%、55.1%、74.6%。

关键词：主动甲板直升机旋翼舰艇艉流格子玻尔兹曼方法黏性涡粒子

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水下航行体首部边界层转捩噪声源定位研究

实验流体力学 2024年第2期38卷 52-58页

作者：徐琛李晓东柏宝红黄红波刘建华北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国商飞北京民用飞机技术研究中心北京102211 中国船舶科学研究中心深海技术科学太湖实验室无锡214082

为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层... 详细信息

为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层、转捩和湍流边界层的脉动压力场。为定位声源位置,采用传声器阵列进行了水下航行体首部主要噪声源的三维声源定位,定位方法为基于小波变换的函数波束形成方法。试验结果表明:随着来流速度增大,首部边界层转捩起始位置不断向前移动,同时脉动压力频谱中的中频分量显著增加。声源定位结果表明:水下航行体首部主要噪声源呈三维环形分布,且声源所在流向位置与边界层转捩区位置基本重合,表明边界层转捩区是水下航行体首部的主要噪声源。

关键词：水下航行体边界层转捩水动力噪声导流罩自噪声三维声源定位噪声源

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