多孔复合微结构的制备与减反射性能

主要研究了多孔-金字塔和多层多孔-金字塔两种多孔复合微结构的减反射性能。多孔-金字塔是将带有金字塔结构的单晶硅片置于HF/Fe(NO3)3溶液中二次化学腐蚀得到的,而多层多孔-金字塔复合微结构是将带有金字塔结构的单晶硅片置于HF/CH3CH2OH溶液中二次电化学腐蚀得到的。用扫面电镜和UV-vis-NIR分光光度计分别分析了这两种复合结构的表面形貌和反射率。结果表明,在400~800 nm波长范围内,多孔-金字塔和多层多孔-金字塔复合微结构的平均反射率分别为5%和2.1%。多孔-金字塔微结构表面的孔洞较大,表面的金字塔有少量的塌陷,但多层多孔-金字塔微结构表面的孔洞细小且覆盖均匀,表面的金字塔基本上保持完好。通过比较,电化学方法制备的多层多孔-金字塔复合微结构的减反射效果要优于采用化学腐蚀制备的多孔-金字塔复合微结构的减反射效果。     

圆柱形微凹坑表面织构对流体动压润滑性能的影响

通过建立具有规则田往形微凹坑分布的表面织构流体动压润滑模型,分析了微凹坑几何参数及微凹坑分布形式对流体动压润滑性能的影响.研究结果表明:在微凹坑直径及深径比不变时,存在最优的微凹坑面积率,约为30%;在微凹坑分布密度不变时,存在最优的深径比,约为0.027.在此最优微凹坑面积率及深径比下,本文创新性地通过优化微凹坑的分布形式,进一步提高了润滑膜承载力21.7%.研究结果对进一步的研究工作提供了理论依据,具有指导意义.     

圆化处理法制备高效大尺寸多晶黑硅太阳电池

采用金属辅助化学腐蚀法制备了多晶黑硅,并研究了极低浓度NaOH溶液对扩孔后黑硅结构的圆化作用及其对多晶黑硅太阳电池性能的影响。用扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和量子效率(Quantum efficiency, QE)测试仪对黑硅表面形貌及黑硅电池性能进行了表征。结果表明,利用极低浓度的NaOH圆化扩孔后黑硅的尖端及棱角可以减少表面复合的影响。处理后的黑硅表面孔洞均匀且平滑,黑硅太阳电池400~900 nm可见光波段平均反射率为4.15%,批量生产的电池平均转换效率达到17.94%,比常规酸制绒工艺制备的电池平均转换效率提高了0.35%。     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段，在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟，得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外，考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构，数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性，微锥结构的光热特性最好。同时，详细讨论了微结构尺寸参数，如特征尺度和高宽比，对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能，最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

卧矩台精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层材料去除机理

纳米结构陶瓷涂层具有优异的性能,但在工业应用中不但其涂层制备技术而且其精密磨削技术对涂层的使用性能均具有重要影响,因此对其磨削时的材料去除机理的研究成为必要。本文就磨削参数对纳米结构W C/12Co(n-W C/12Co)涂层卧矩台精密平面磨削的磨削力分力比、比磨削能和磨削表面粗糙度的影响规律进行了试验研究,结合n-W C/12Co涂层精密平面磨削后的表面/亚表面形貌的SEM观察分析,揭示了n-W C/12Co涂层精密磨削的材料去除机理。研究结果表明,n-W C/12Co磨削的材料去除机理主要是非弹性变形方式,材料脆性去除方式较少。     

内连导线线宽对沿晶微裂纹演化的影响

基于应力诱发表面扩散的经典理论,用有限元法模拟了线宽对铜内连导线中沿晶微裂纹演化的影响。数值模拟结果表明:随着线宽的减小,椭圆形沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势,且演化分节存在临界线宽珔hc;当珔h≤珔hc时,沿晶微裂纹分节成3个新的沿晶微裂纹;当珔h珔hc时,沿晶微裂纹圆柱化。沿晶微裂纹分节时间^tf随线宽的减小而减小,即减小线宽会加速微裂纹分节。临界外载珋σc与临界形态比βc随线宽的减小而减小,即减小线宽有利于沿晶微裂纹分节。临界外载和临界形态比随晶界能与表面能比值的增大而减小,且沿晶微裂纹比晶内微裂纹更易发生分节。     

微机电系统中薄膜结构在静电力和Casimir力作用下的稳定性

研究了静电驱动的微机械薄膜的稳定性问题。当微机械构件之间的间距在亚微米尺度以下，构件会受到量子效应的影响，如Casimir效应。通过对薄膜在静电力及Casimir力共同作用下的行为进行分析，由数值计算得到了决定薄膜稳定性状态的无量纲参数K及K曲线的临界值Kc，若K值大于Kc，薄膜结构为不稳定，会引起塌陷失效，薄膜粘附在基底上，且不可恢复。Kc值大小与微机械薄膜和基底表面的距离以及外加电压相关。由此提供了设计高长厚比(L／h)的静电驱动薄膜结构的方法，使其不产生失稳塌陷的失效。     

双层滚动轴承转速分配比

针对双层滚动轴承,分别采用纯滚动理论和摩擦力矩理论推导出转速分配比的理论计算公式,并对不同结构和不同润滑方式下的转速分配比进行了试验研究。研究结果表明:根据摩擦力矩理论计算得到的转速分配比比根据纯滚动理论计算得到的转速分配比更接近于试验测得的结果。双层滚动轴承的转速分配比与内、外层轴承的节径比有关,节径比越大,转速分配比越好。当工作转速为10000r/min时:节径比为0.59时,转速分配比为0.038;节径比为0.75时,转速分配比可达0.17。转速分配比还与内、外层轴承的润滑方式和润滑粘度有关,内、外层轴承都采用油润滑比都采用脂润滑得到的转速分配比更加稳定。     

表面微纳结构对气-水界面稳定性和流动减阻的影响

利用压力-流量测量和流动显示方法研究了6种具有不同微纳结构尺寸的超疏水表面的减阻效果以及表面微结构形状对气-水界面稳定性的影响。实验结果表明:设计的各种超疏水表面在层流和湍流下均具有一定的减阻效果；在相同的固体面积分数情况下，微结构间距越小，减阻效果越好；在具有最小结构间距的微纳二级结构表面上实现了最大减阻率（38.6±4.5）%。流动显示观测发现:减阻率与微结构的层级、尺寸、形貌及槽道流态有关，它们均对气-水界面稳定性有一定的影响，揭示了复合微纳结构之所以能够显著提升减阻效果，是由于添加纳米二级结构减小了原有表面的固体面积分数，并提高了气-水界面的稳定性。此外，对于具有双内凹（伞状）微结构表面的微槽道，即使表面为亲水材料，也可以有效捕捉气体，形成稳定的气-水界面，从而实现超疏水性能。     

机械加工对烧结金属多孔材料孔隙的影响

建立了烧结金属多孔材料连通孔隙形成的模型,通过控制机械压制压力获得了一定孔隙率的金属多孔材料。为了拓展烧结金属多孔材料在工业领域中的应用,文中研究了放电线切割、水切割和磨削加工对材料表面孔隙结构及材料透气性的影响,采用扫描电镜和显微镜分析了材料加工后表面上孔隙的形貌。实验结果表明,放电线切割、水切割和磨削对烧结金属多孔材料加工之后,材料被加工的表面孔隙被部分堵塞,材料的透气性有一定程度的降低,但材料内部的孔隙仍有较好的连通性。     

非结构网格生成技术

描述了非结构网格生成的过程,网格的生成方法基于Delaunay 三角形方法,并对物面附近网格进行拉伸以便获得在边界层内高拉伸比的三角形单元。网格的生成过程分两部分:(1) 按Delaunay 三角形方法生成适于无粘情况下的非结构网格。(2) 对近物面的部分三角形单元进行拉伸,使生成的网格能适用于粘流。使用上述方法本文构造了二维弯管内绕叶栅区域的非结构网格     

线切割上下异型面加工工件描述新方法

在高速走丝电火花线切割机上实现上下异型面切割是国内首创的锥度切割新技术,其中如何描述上下异型直纹曲面工件是上下异型面切割的关键之一。本文详细论述了适用于上下异型面切割的上下面独立编程方法,其原理就是用轨迹合成算法使两个独立的二维程序合成为一个四维联动的线性程序。在文[3]中,作者曾介绍了两种轨迹合成算法,但它们具有加工程序段数多和分割计算误差大的缺点。本文介绍的最少分割段数法是一种新的轨迹合成算法,使用该方法进行轨迹合成计算,既可以获得最少的加工程序段数,又可以保证分割计算精度。     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。     

高风速下介质阻挡放电等离子体气动激励抑制翼-身组合体失速分离的试验研究

在较高风速下研究介质阻挡放电等离子体气动激励对翼-身组合体绕流流动的控制效果.结果表明:在来流风速100m/s的情况下,介质阻挡放电等离子体气动激励能较好地抑制流动分离,失速迎角推迟约30%,升阻比最大提高80%.研究结果为等离子体流动控制技术的应用奠定重要基础.     

端部条件和展弦比对矩形断面节段模型气动力特征的影响

端部条件和展弦比是风洞试验节段模型设计的2个重要因素。为了研究端部条件和展弦比对节段模型气动力特征的影响，开展了不同端部条件和不同展弦比的宽高比5:1矩形断面刚性节段模型静态测压风洞试验。研究结果表明:(1)端部条件和展弦比共同影响着节段模型上流场展向分布。(2)当模型长度大于2倍端部影响区间的长度时，模型上气动力在展向呈现等腰梯形分布；当模型长度小于2倍端部影响区间的长度时，模型上气动力在展向呈现等腰三角形分布。节段模型设计时应重视模型展弦比，合适的展弦比能获得更可靠的结果。     

三维动态失速模型在风力机气动特性计算中的应用

为了适应风力机叶片的大展弦比、旋转和只有单侧叶尖涡的特点,对已建立的适用于小展弦比直机翼的三维动态失速模型进行了一系列的修正,然后用于风力机三维非定常气动特性计算。该动态失速模型所必须的气动输入参数将由动量叶素理论方法计算得到。本文将动量叶素理论、三维动态失速模型、三维旋转效应模型适当耦合起来,获得了风力机叶片的三维非定常气动特性计算方法。应用上述方法计算得到了不同工况下的风力机叶片各截面的非定常气动载荷结果,并与风洞实验结果以及用二维动态失速模型计算的结果进行比较,对计算方法和计算结果进行了详细的分析和讨论。本文模型相比于二维模型,能够更好地仿真风力机叶片的三维动态失速气动特性,尤其在叶片外部截面效果更佳。     

翼型叶片腹支／尾支对大飞机全机及部件的干扰──大飞机全模试验技术及支撑干扰研究之三

在研究了翼型叶片腹支（前、后位）／尾支对大展弦比飞机全机及部件的纵向干扰特性，尾支对全机横向干扰特性，并分析了各种支撑对飞机各部件干扰的影响之后表明：对于不同平尾位置的大飞机，前位叶片腹支是三种支撑中干扰最小的，其纵向干扰量均小于风洞试验最大误差。利用前位腹支－尾支组合进行大飞机纵、横向试验具有明显的优越性。     

电火花诱导可控烧蚀放电铣削实验研究

提出了一种电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工方法,在中空管状电极中间歇通入氧气,在氧气通入阶段电火花引燃金属,利用金属燃烧产生的化学能进行烧蚀加工,氧气关闭阶段进行常规电火花铣削修整,保证表面加工质量与精度。通过实验研究了极性、脉冲宽度、脉冲间隔、低压电流、氧气压力和供氧间隔等工艺规准对电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工材料蚀除率和电极相对损耗率的影响。结果表明:该加工方式适合采用正极性加工;电极相对损耗率保持较低的水平;进行粗加工时,应适当增加氧气通入时间,以增加材料蚀除率;进行精整加工时,则应减少氧气通入时间,增加电火花放电时间,以提高表面质量与精度。     

大展弦比无人机高速风洞测力试验技术研究

本文针对大展弦比无人机布局特点,开展了2.4m风洞测力试验技术研究,主要包括专用高精度大载荷天平研制、支撑系统的优化设计、支撑干扰的有效扣除等,利用CFD手段和ANSYS分析软件,有效地建立了大展弦比无人机高速风洞测力试验技术,并成功投入应用,获得了满意的试验结果.