航空电磁超材料研究进展及发展建议

电磁超材料是由亚波长微结构周期排列而成的人工复合材料,对电磁波有很强的传导调控作用或吸收作用,在航空武器装备隐身设计领域被广泛研究。本文首先介绍了电磁超材料的概念,综述了电磁调控型超材料、电磁吸收型超材料、主动可调型超材料和智能超材料的最新研究进展;然后介绍了航空电磁偏折超材料、电磁吸收超材料和频率选择超材料的隐身机理及应用研究现状,分析认为隐身机理丰富和可设计性强是电磁超材料有别于传统吸波材料的主要优势。从拓展吸波频谱、增强吸波性能、吸波智能可调三方面对电磁超材料提出发展建议,包括吸波频谱进一步向红外、激光、紫外波段拓展,宽频吸波性能进一步提升,吸波频带智能可调。     

星载硬质吸波材料真空功率耐受性能验证

星载吸波材料是复杂空间环境条件下天线、微波部组件大功率使用中满足隔离度要求的核心部件。本文研究了星载吸波材料真空功率耐受性能和吸波材料原材料制备工艺关键要素之间的关系,文中首先介绍了星载吸波材料电磁波吸收机理,其电磁参数直接关系到电磁波吸收性能优异与否;接着给出了影响电磁参数稳定性的原材料制备关键要素,以及成型材料的机加工艺特点;随后构建了一套星载吸波材料功率耐受性能的验证平台,开展功率试验;对两种工艺固化方法制备的原材料,分别制作了波导型吸收负载试验件进行试验验证。结果表明：（1）未进行高温预处理的吸波材料,残存未固化的小分子,会导致在高温真空工况下可凝挥发物析出增多,与外导体镀银层发生氧化反应,进而使负载组件的驻波变化率较大;（2）经过高温预处理后的吸波材料,在高温下的真空质损和可凝挥发物均得到了有效控制,其电磁参数也趋于稳定,负载组件的驻波变化率试验前后差异不大。因此,吸波材料原材料工艺制备过程中高温预处理属于关键要素;该工艺固化方法的有效实施将有助于星载吸波材料的应用,提高航天器在轨服役可靠性和安全性。     

吸收剂复合改性对材料电磁性能的影响

采用硅烷偶联剂对W型铁氧体类吸收剂和F型铁氧体类吸收剂进行复合改性,通过扫描电镜(SEM)研究偶联剂改性对吸收剂微观结构的影响,分析复合改性对吸波材料电磁性能的影响,并通过有效媒质理论(effective medium theory)讨论吸收剂电磁参数理论值与实际值的差异。结果表明:通过吸收剂复合改性可以实现复合吸波材料的电磁性能调整,实现材料宽带匹配,提高吸波材料吸收效率;改性后的吸波材料在8～18 GHz时反射率小于–10 dB,最小反射值可达–14.5 dB,附着力为6.32 MPa;耐热性能实验后,吸波材料外观和反射率无明显变化,说明复合改性后吸波材料耐环境性能优异。     

飞行器隐身结构材料优化设计与分析

在飞行器隐身结构材料研究中,为达到宽、轻、薄等设计指标要求,通常需要对隐身结构材料进行有效的优化设计。本文基于一种电磁损耗型吸波结构材料的电磁参数的测量值,给出了反射系数与入射波频率和各层厚度、电磁参数的函数关系,构造了多目标优化函数,并用计算机模拟的方法对各层的厚度和整体材料的吸波性能进行了优化。     

低浓度磁性纤维对吸波结构隐身材料电性能影响研究

吸波结构隐身材料电性能提升与其内部的吸波成分关系密切,研究发现,磁性纤维具有形状各向异性及良好电磁性能,与吸波结构隐身材料结合可形成具有一定吸波能力及力学性能的吸波结构隐身材料。雷达吸波材料性能主要依赖于其中的雷达波吸收剂损耗特性。首先利用成熟的CST仿真软件针对磁性纤维与雷达波相互作用开展了仿真研究,验证了磁性纤维散射具有显著效应。通过等效电路模拟及电磁理论分析,完成了低浓度磁性纤维吸波结构隐身材料的电磁参数数学模型的建立及验证。同时完成了纤维参数对材料电性能的影响研究,获得了其磁性纤维参数的影响规律:纤维线度(直径、长径比)首先影响极化因子,从而影响等效介电常数;当极化因子小到一定程度后,其等效介电常数变化趋于平坦;纤维线度、电导率、浓度最终影响吸波结构隐身材料的吸波性能。     

颗粒尺寸对Fe-Si-Al 电磁与吸波性能的影响

为阐明吸收剂的颗粒尺寸与吸波材料电磁、吸波性能之间的关系,以气雾化球状Fe-Si-Al粉末为原料,通过筛分获得不同颗粒尺寸的Fe-Si-Al合金,以硅橡胶为基体制备了Fe-Si-Al吸波材料。借助振动样品磁强计和矢量网络分析仪分别研究了颗粒尺寸对Fe-Si-Al粉末和吸波材料的比饱和磁化强度、电磁参数和吸波性能的影响。结果表明:随着颗粒尺寸的减小,Fe-Si-Al粉末的比饱和磁化强度增加;吸波材料的复磁导率增加,复介电常数减小;3 mm厚的Fe-Si-Al吸波材料随其颗粒尺寸的减小,匹配频率向低频移动。减小吸收剂的粒径有助于提高其磁性能和吸波材料的低频吸收效果。     

吸收剂颗粒形状对吸波材料性能的影响

首先介绍了颗粒型混合物的等效电磁参数理论，并根据理论通过对羰基铁粉等吸收剂的数值分析，得到当吸收剂颗粒的形状为圆片形或针形时，吸波材料的吸波能力大于吸收剂颗粒为球形的结论，并讨论了频散效应的影响。     

雷达波吸波涂层理想电磁参数的计算机模拟分析

目前吸波涂层计算机模拟分析多是从现有材料出发,研究厚度、排布次序等参数对于涂层吸波性能的影响.本文介绍了一种通过预先设定雷达吸波涂层的厚度、反射率等多个参数,反推得到一定入射频率下达到预定反射率所需理想电磁参数区域的研究方法,并通过实验进行了验证.结果表明这种分析方法能够较好的预测吸波剂在不同频段的吸波性能并明确指出吸波剂的改性方向,对于吸波涂层的设计具有重要的作用和意义.     

高熵陶瓷:吸波材料设计新策略北大核心CSCD

微波技术的进步促进了电磁防护技术的发展。吸波材料可以将过剩的电磁辐射以热量形式耗散,因此受到了广泛关注。面对复杂的电磁环境,寻找在1~18 GHz频段内兼具强吸收和宽频吸收性能的吸波材料具有重要意义。目前,吸波材料的设计方法主要包括制备纳米复相材料和掺杂改性。通过将介电损耗型和磁损耗型的材料在纳米尺度复合可以实现两种损耗机制的耦合,但制备工艺复杂、纳米填料分散性难以精确控制、高温热稳定性及抗氧化性差等问题是制约纳米复相材料应用的主要因素。超高温陶瓷具有高温热稳定性及抗氧化性好等优点,但阻抗匹配差使其难以作为吸波材料应用。通过设计和制备含有磁性组元的高熵陶瓷可以使超高温陶瓷材料兼具宽频吸收和强吸收的高效吸波性能。采用高熵设计方法可以同时调节导电性和增强磁损耗能力,为导电性良好的介电型吸波材料提供了调控阻抗匹配的新思路。     

复合型雷达吸波材料结构优化设计的数值计算

基于多层复合型雷达吸波材料的设计要求构造了多目标优化的模型,将基本遗传算法(SGA)改进为自适应-混合遗传算法(MAHGA),通过数值计算为多层雷达吸波材料的结构优化提供了依据,依据计算结果制备了多层复合雷达吸波材料并进行了反射率和电磁参数测试实验,实验结果与计算结果吻合较好,复合材料具有良好的吸波性能,在8~18GHz低于-10dB的带宽可达7.8GHz,最大衰减量为-34.6dB,总厚度为3.5mm。     

有翼高超声速再入飞行器气动设计难点问题

有翼高超声速再入飞行器是近年来的研究热点,气动设计是飞行器设计的关键。为了更清楚地认识有翼高超声速再入飞行器气动设计的难点问题,对有翼高超声速再入飞行器的发展、优势及总体任务剖面进行了介绍,从5个方面详细介绍了该类飞行器气动设计的难点问题,包括多约束复杂面对称气动布局设计、高温真实气体效应对气动特性影响、天地差异与天地换算方法、反作用控制系统(RCS)喷流干扰对气动特性的影响以及气动数据不确定度等,简要阐明了这些难点问题对总体设计的重要性以及初步的解决思路,为有翼高超声速再入飞行器气动设计提供了一些参考。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

Simulation and Analysis of Crashworthiness of Fuel Tank for Helicopters

Crashworthiness requirement of fuel tanks is one of the important requirements in helicopter designs. The relations among the protection frame, textile layer and rubber layer of the fuel tank are introduced. Two appropriate FE models are established, one is for an uncovered helicopter fuel tank without protection frame, and the other is for fuel tank with protection frame. The dynamic responses of the two types of fuel tanks impinging on the ground with velocities of 17.3 m/s are numerically simulated for the purpose of analyzing energy-absorbing capabilities of the textile layer and protection frame. The feasibility of the current crashworthiness design of the fuel tank is examined though comparing the dynamic response behaviors of the two fuel tanks.     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

突破技术趋同，波音再现竞争优势

 波音公司面临着来自空客公司的巨大挑战,企业战略性创新才是公司成功的关键。为此波音公司的全部战略性研究集中在扩大产品的差异性上,体现在3个方面：电子化（e-Enabled）运营环境、整体复合材料机身部件的制造技术和支持波音787客机的全球协同环境（GCE）。     

The effect of inlet conditions on the flow and heat transfer in multiple rotating cavity with axial throughflow

This paper discusses experimental results from two different build configurations of a heated multiple rotating cavity test rig.Measurements of heat transfer from the discs and tangential velocities are presented.The test rig is a 70% full scale version of a high pressure compressor stack of an axial gas turbine engine.Of particular interest are the internal cylindrical cavities formed by adjacent discs and the interaction of these with a central axial throughflow of cooling air.Tests were carried out for a range of non-dimensional parameters representative of high pressure compressor internal air system flows(Re up to 5×106 and Rez up to 2×105).Two different builds have been tested.The most significant difference between these two build configurations is the size of the annular gap between the(non-rotating) drive shaft and the bores of the discs.The heat transfer data were obtained from thermocouple measurements of surface temperature and a conduction solution method.The velocity measurements were made using a two component,LDA system.The heat transfer results from the discs show differences between the two builds.This is attributed to the wider annular gap allowing more of the throughflow to penetrate into the cavity.There are also significant differences between the radial distributions of tangential velocity in the two builds of the test rig.For the narrow annular gap,there is an increase of non-dimensional tangential velocity V/Ωr with radial location to solid body rotation V/Ωr=1.For the wider annular gap,the non-dimensional velocities show a decrease with radial location to solid body rotation.      

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于弯曲激波压缩系统的高超声速进气道反设计研究进展

总结了近十年来弯曲激波压缩研究的主要成果。提出了弯曲激波压缩系统的新概念,即利用特殊设计的楔形弯曲压缩面或空间弯曲压缩面,产生一系列与前缘弱激波相互交汇或叠加的压缩波系,从而使前缘激波弯曲,形成特殊的弯曲激波,它与波后的等熵压缩波来共同完成对气流的压缩。在此基础上,实现了由给定出口气动参数的超声速内流道反设计,实现了由给定压缩面压力分布和给定压缩面马赫数分布要求的型面反设计,实现了由给定激波波面的压缩型面反设计。研究证明,弯曲压缩面-弯曲激波压缩系统具有良好的综合气动性能,为高性能高超声速进气系统的气动设计提供了一种全新的设计方法。     

临近空间飞行器测控与信息传输系统频段选择

 临近空间飞行器是高性能信息化武器平台,测控（TT&;C）与信息传输系统是其信息保障的核心,而选择合理、可行的频段是展开系统设计的前提和基础。频段选择影响到整个技术方案的制定,是一个需综合考虑、影响深远并具有战略意义的关键问题,从国际电联（ITU）国际标准、高速数传、接收信噪比（SNR）、“三抗”、超视距中继、黑障、雨衰以及设备研制成熟度8个方面全面、细致论证了近空间平台测控系统的频段选择问题,最终得出在视距链路中以Ka频段为宜,在超视距链路中以Ku/Ka双频段为宜的结论。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。