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长焦镜头光学系统设计及无热化研究

光学学报 2024年第8期44卷 219-228页

作者：张丽芝陆秋萍段帆琳戴幸乔大勇西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室陕西西安710072 宁波永新光学股份有限公司浙江宁波315048 西北工业大学宁波研究院浙江宁波315103

为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求,本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合,通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案,设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头,研究了其... 详细信息

为满足车载激光雷达接收光学系统在复杂环境实际应用中的温度适应性要求,本文基于一种将长焦镜头与线阵探测器相结合,通过局部图像级成像显著提高激光雷达系统探测分辨率的方案,设计了一款轻小型无热化的四片式全玻璃长焦镜头,研究了其在不同温度下的像面漂移。分析结果表明,所设计的长焦镜头在整个-40~100℃的温度范围内焦移量为0.021 mm,小于焦深0.074 mm,在30 lp/mm处各视场调制传递函数(MTF)均大于0.5,全视场内光斑半径在7μm以下,水平及垂直角分辨率为0.045°(H)×0.045°(V)。此长焦接收光学系统结构简单、成像质量高、环境适应性强,在车载激光雷达领域具有良好的应用前景。

关键词：车载激光雷达长焦光学系统光学设计无热化

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高支柱起落架走步振动与稳定性分析

兵工学报 2024年第8期45卷 2793-2805页

作者：杜晓琼李斌罗琳胤刘木君杨荣西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710072 中航通飞华南飞机工业有限公司广东珠海519040

为改善装备碳陶刹车盘的高支柱起落架走步振动问题,对走步规律进行了深入分析。阐述走步机理,碳陶刹车盘摩擦特性引起的负斜率刹车力矩会向起落架航向系统引入负阻尼,引起走步振动的发散。基于3自由度走步动力学方程,开展了刹车力矩参... 详细信息

为改善装备碳陶刹车盘的高支柱起落架走步振动问题,对走步规律进行了深入分析。阐述走步机理,碳陶刹车盘摩擦特性引起的负斜率刹车力矩会向起落架航向系统引入负阻尼,引起走步振动的发散。基于3自由度走步动力学方程,开展了刹车力矩参数、起落架结构参数以及机身初始速度对走步振动的影响研究,定义了走步振动发散的临界状态,并提出刹车压力随刹车动静盘相对转速减小的走步控制策略。仿真结果表明:刹车盘摩擦系数负斜率绝对值的减小,刹车压力的降低,支柱刚度和阻尼的增大都可增加走步系统的稳定性,刹车盘摩擦的最小值提高至0.186可确保飞机以任意速度刹车走步稳定;刹车压力下降的斜率随刹车速度的不同而改变,飞机从144 km/h开始刹车,刹车压力降低24.7%可使走步振动收敛,轮轴航向加速度峰值降低77.23%。

关键词：起落架走步刹车振动碳陶刹车盘负斜率刹车力矩

服役温度影响的DD6单晶高温合金磨削/喷丸加工表面完整性演化规律研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 410-420页

作者：何喆黄新春宋艺辉史耀耀张兆顷史恺宁西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072 西北工业大学科学技术研究院西安710072

DD6单晶高温合金因具备优异的耐高温性和抗蠕变性,是航空发动机涡轮叶片的重要材料。喷丸是高温合金表面强化的重要工艺,可有效去除加工刀痕,提高材料表层组织硬度,改善材料疲劳性能。为改善DD6磨削、喷丸强化后的表面完整性状态,提高... 详细信息

DD6单晶高温合金因具备优异的耐高温性和抗蠕变性,是航空发动机涡轮叶片的重要材料。喷丸是高温合金表面强化的重要工艺,可有效去除加工刀痕,提高材料表层组织硬度,改善材料疲劳性能。为改善DD6磨削、喷丸强化后的表面完整性状态,提高工件服役性能,通过温度载荷影响实验研究,探究服役温度对DD6磨削、喷丸表面状态的影响规律。研究发现随温度升高,因表面材料产生重熔现象,导致表面形貌一致性下降,表面粗糙度增大,表层微观组织再结晶层变厚,其中表面形貌和微观组织变化受温度影响较为显著,且在喷丸强化后更为明显。采用SEM分析和EDS分析的方法对不同温度下的表面形貌和微观组织进行分析,确定影响表面形貌和粗糙度的因素主要为表面氧化现象和表层组织再结晶现象。通过分析发现表面氧化会造成表面元素流失,而表层微观组织再结晶会产生再结晶晶界,导致表层材料改性。故在加工时应考虑温度对材料表面完整性的影响合理控制磨削、喷丸工艺参数,降低微观组织损伤。研究成果为镍基单晶高温合金抗疲劳制造提供了理论依据。

关键词： DD6 服役温度表面完整性磨削-喷丸演化规律

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自击撞击式双组元推进剂雾化过程数值模拟

力学学报 2024年第6期56卷 1606-1614页

作者：张孟祎伍磊巴燕杨文婧刘海湖西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西北工业大学固体推进全国重点实验室西安710072

肼类双组元推进剂在卫星和导弹等各类航天器动力系统液体火箭发动机中应用广泛.为了深入理解自击撞击式肼类双组元推进剂的雾化过程,基于OpenFOAM开源平台,通过引入有效液体相分数,发展了三维三相VOF-LPT转换算法,并进一步开发了该转换... 详细信息

肼类双组元推进剂在卫星和导弹等各类航天器动力系统液体火箭发动机中应用广泛.为了深入理解自击撞击式肼类双组元推进剂的雾化过程,基于OpenFOAM开源平台,通过引入有效液体相分数,发展了三维三相VOF-LPT转换算法,并进一步开发了该转换算法的耦合求解器;结合网格局部加密技术与自适应加密技术,实现了对液体界面的动态捕捉;通过与前人横向燃料喷射实验结果的对比,验证了所开发耦合求解器的准确性和有效性.利用所开发的耦合求解器数值研究了入射速度扰动、燃料偏靠角度和射流速度对自击撞击式肼类双组元推进剂雾化效果的影响.结果表明,入射速度扰动使液滴尺寸分布整体减小,比表面积增加,有助于提升雾化效果;对于燃料液膜和氧化剂液膜的撞击段,增大燃料偏靠角度或提高射流速度均会增加燃料液膜与氧化剂液膜之间的有效撞击动量,从而提高了燃料液膜与氧化剂液膜之间的混合度;在喷雾场完全发展后,液滴尺寸分布随燃料偏靠角度的增大而整体增大,随射流速度的增加而整体减小.此外,由于燃料偏靠角度限制了混合区域的范围,导致液膜混合破碎程度随射流速度的增加逐渐趋于定值.

关键词：双组元 VOF-LPT 液滴喷雾

增益分布对GaN基蓝光微盘激光器模式分布和发光功率的影响

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 136-143页

作者：许湘钰刘召强贾童楚春双张勇辉张紫辉河北工业大学电子信息工程学院天津300401 河北工业大学天津市电子材料与器件重点实验室天津300401 河北工业大学河北省先进激光技术与装备重点实验室天津300401

通过FDTD仿真模拟计算,文中系统地研究了电流阻挡作用对GaN基蓝光激光器增益分布和光学性能的影响,发现回音壁激光模式主要在靠近微盘边缘1.5个波长范围谐振,因此,如果电流阻挡层面积太小,无法最大化减小激光器电流阈值;如果面积太大,... 详细信息

通过FDTD仿真模拟计算,文中系统地研究了电流阻挡作用对GaN基蓝光激光器增益分布和光学性能的影响,发现回音壁激光模式主要在靠近微盘边缘1.5个波长范围谐振,因此,如果电流阻挡层面积太小,无法最大化减小激光器电流阈值;如果面积太大,回音壁激光模式与无增益区存在耦合效应,从而减少激光功率。另外,随着无增益区域向微盘边缘发生偏移,各个激光模式输出的峰值功率均下降,其中二阶模式峰值功率比一阶模式下降得更加显著,这主要是由于二阶模式分布范围更接近微盘中心区域。同时,进一步发现如果在微盘激光器的仿真模型中引入侧壁缺陷,则将导致边缘无法形成增益区,相比于二阶模式而言,一阶模式的发光功率随侧壁缺陷区域增加而下降的幅度更为显著,这主要是由于一阶模式分布范围更接近微盘边缘。

关键词：激光器微盘增益 FDTD

行人过街事件网联HUD预警系统对驾驶行为的影响

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 114-125页

作者：边扬张钰赵晓华赵雪娜李雪玮北京工业大学交通工程北京市重点实验室北京100124

为探索行人过街事件网联环境下平视显示预警系统在不同天气条件下对驾驶行为的影响,以论证预警系统的有效性。文中首先设计基线条件(Baseline)、低头显示(HDD)、平视显示(HUD)3种预警系统,依托驾驶模拟平台开发晴天和雾天天气条件下城... 详细信息

为探索行人过街事件网联环境下平视显示预警系统在不同天气条件下对驾驶行为的影响,以论证预警系统的有效性。文中首先设计基线条件(Baseline)、低头显示(HDD)、平视显示(HUD)3种预警系统,依托驾驶模拟平台开发晴天和雾天天气条件下城市道路网联场景,通过实验测试提取驾驶行为参数;然后,从微观层面刻画行人过街事件网联HUD预警系统作用下驾驶行为的整个空间变化过程,分析预警系统和天气状况两种因素对驾驶行为的作用规律,构建包含避险阶段和恢复阶段的驾驶行为影响模式,提出了反映避险阶段安全水平、恢复阶段恢复水平以及全过程稳定水平等3个层面的综合指标体系,包括首次制动距离、最小冲突距离、恢复稳定时间、速度恢复量、最大减速度和最大加速度;最后,量化不同预警系统(Baseline/HDD/HUD)、天气状况(晴天/雾天)以及两因素间交互作用对驾驶行为的影响。结果表明:行人过街网联HUD预警系统对驾驶人在避险阶段和恢复阶段中的驾驶行为存在显著性作用,显著提高避险阶段驾驶行为的安全水平,同时对恢复阶段恢复效率具有明显的提升作用,也显著影响全过程运行特性的稳定水平;在雾天条件下行人过街网联HUD预警系统表现出更为明显的优势。

关键词：网联环境平视显示预警系统行人过街事件驾驶行为驾驶模拟技术

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航空航天装备的轻量化:挑战与未来

航空学报 2024年第5期45卷 1-7页

作者：张卫红唐长红西北工业大学陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 航空工业第一飞机设计研究院西安710089

轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备... 详细信息

轻量化是航空航天装备研发领域永恒的主题,它对装备的综合性能和服役效能具有决定性影响。在过去的数十年里,一系列高性能优化设计方法、新材料和制造工艺技术的研发和应用,不断推动航空航天装备轻量化水平的提升。然而,随着新一代装备对综合性能和多功能需求的不断增加,现有的轻量化设计制造技术正面临着日益严峻的挑战。因此,本文重点探讨了航空航天装备研发的总体设计、机电系统设计、材料与结构、高性能制造与装配等主要环节,并分析了轻量化技术在未来的发展趋势。

关键词：航空航天装备轻量化设计与制造装备总体技术材料与结构技术高性能制造与装配

激光选区熔化Al-Si合金组织特征及腐蚀行为研究进展

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 870-881页

作者：郭林通王文礼杨海鸥刘文强西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 北京科技大学工程技术研究院北京100083

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制备的Al-Si合金在航空航天材料定制化和轻量化的发展中有着巨大潜力。然而,影响SLM成形件寿命的腐蚀行为研究尚有不足。本文结合当前文献报道,根据SLM过程中的凝固特征分析了冶金缺陷和微观... 详细信息

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制备的Al-Si合金在航空航天材料定制化和轻量化的发展中有着巨大潜力。然而,影响SLM成形件寿命的腐蚀行为研究尚有不足。本文结合当前文献报道,根据SLM过程中的凝固特征分析了冶金缺陷和微观组织的形成原因,论述了SLM制备的Al-Si合金的腐蚀机制,归纳总结了冶金缺陷、微观组织和热处理工艺对于腐蚀行为的影响。发现试样的致密度,表面状态(粗糙度)和共晶Si的含量、形态及分布对腐蚀性能有重要影响。在此基础上,指出了目前SLM工艺下Al-Si合金腐蚀研究中存在的工艺参数不够系统,忽视Mg、Fe等元素的作用,研究手段和范围不够完善等不足以及未来进一步发展的方向。

关键词：激光选区熔化 Al-Si合金腐蚀行为冶金缺陷微观组织

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碳族单质超导性的第一性原理研究

原子与分子物理学报 2025年第4期 93-98页

作者：韩沛辰林永熠郑磊刘其军刘正堂高娟西南交通大学物理科学与技术学院西北工业大学凝固技术国家重点实验室

同为第四主族的元素，碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布，但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导，硅和锗则需要在高压下才具有超导性，而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改... 详细信息

同为第四主族的元素，碳、硅、锗、锡、铅具有相似的价电子排布，但超导性却并不相同.锡和铅在常压下即可实现超导，硅和锗则需要在高压下才具有超导性，而碳的常规晶体结构在常压和高压下均尚未发现其超导性.压力在很大程度上是通过改变晶体结构和原子之间的位置进而影响其超导性，本论文基于密度泛函理论的第一性原理计算，对碳、硅、锗、锡、铅五种第四主族元素的单质的晶体结构、电子结构、声子性质以及超导性质进行系统地对比分析.计算结果表明费米能级附近的电子态密度越高，金属体系实现超导所需的压力越小.在具有金属性的体系中价带靠近费米能级处带隙的存在会使电子更容易局域在费米能级附近，从而增大费米能级附近电子态的数目并提高体系的超导性.此研究为探究超导机制并提高材料的超导性提供思路.

关键词：超导性第一性原理计算碳族元素电子结构