航空发动机测温晶体的退火特性研究

针对航空发动机关键构件高温测试的技术难题,研究了1种用晶体作为传感器的测温技术,阐述了晶体的退火特性和缺陷观察方法,利用X射线衍射(XRD)研究中子辐照SiC晶体的退火特性,发现辐照后晶体的XRD峰的半高宽(Full Width at Half Maximum,FWHM)增大,又随退火温度的升高,在700～1230℃呈线性规律的回复。基于此发展了1种适合测量高温和复杂温度场的技术方法。采用添加K2CO3的KOH为腐蚀剂,对辐照前、后以及辐照后退火的SiC单晶进行位错腐蚀观察,结果表明:经中子辐照的晶体中位错面积比随退火温度的变化趋势与FWHM的变化趋势基本一致,由此认为经中子辐照所产生的位错可能是导致XRD峰的FWHM变化的1个重要因素。     

质子辐照聚酰亚胺薄膜的力学性能退化机理

利用自制的Φ800 mm空间综合辐照试验设备和X射线光电子能谱等分析手段对质子辐照聚酰亚胺薄膜的力学性能退化及机理进行了研究。研究发现:薄膜的断裂伸长率和拉伸强度随质子辐照注量的增加而呈指数减小,弹性模量基本不变;质子辐照后聚酰亚胺薄膜仍具有较好的热稳定性,但其在紫外可见光波段透射率降低,透射光谱发生红移;分子键的断裂和交联是质子辐照聚酰亚胺薄膜力学性能降低的主要原因。     

激光辐照强化技术的实验研究

 本文介绍了激光辐照强化技术在材料、结构方面的研究概况。在材料激光辐照参数优选的基础上,对Y7机长桁接头进行了辐照处理,并进行了模拟疲劳实验,研究了辐照参量对疲劳寿命的影响。试验结果表明辐照强化处理能显著地提高构件的疲劳寿命。     

酌射线和原子氧辐照对ZnO 颐Al 薄膜的影响

利用直流磁控溅射法制备了两组ZAO 薄膜,使用60 Co 放射源对一组薄膜进行了酌射线辐照,在原子氧地面模拟设备中对另一组进行了原子氧辐照,并对辐照前后的样品进行了微观结构、表面形貌及电学特性的表征。结果表明,较高剂量率的酌射线辐照会降低薄膜的结晶程度,而低剂量率的辐照有相反作用。酌射线可激发薄膜中的电子,提高其载流子浓度,最大比率为16. 39%。AO 辐照仅对ZAO 薄膜的表面具有氧化效应,导致表面化学成分中晶格氧比例的提高和薄膜载流子浓度的下降。随着薄膜厚度的增大,载流子浓度的下降比例逐渐减小。
     

SR107-ZK在空间辐照下的物性变化

研究了SR107-ZK在紫外辐照、质子辐照和综合辐照环境下太阳吸收率αs的退化情况,利用XPS和SEM对样品表面的成分和形貌进行了分析.结果表明：SR107-ZK的αs受紫外辐照影响较小,但是在质子和综合辐照条件下,αs退化明显.紫外辐照会对SR107-ZK的硅橡胶黏合剂产生裂解作用,这种作用在带电粒子的协同辐照下更加明显.     

航天器用Parylene-C涂覆材料空间辐照适用性研究

派瑞林（Parylene）薄膜主要用于功率电刷的三防，确保电功率的稳定传输。本文对两种规格（17和27 μm）Parylene薄膜的厚度、热性能、绝缘性能、在铍青铜上的附着性能以及耐空间辐照性进行了研究。结果表明：通过真空气相沉积法制备的Parylene-C涂覆材料厚度误差可控在2 μm内；膜层在铍青铜上的附着力等级为1级，薄膜热分解温度为453 ℃，两种厚度薄膜击穿电压分别为3.65 kV（17 μm）和5.27 kV（27 μm）；经2.5×10¹⁵ p/cm²质子辐照后，膜层外观均完好，附着性能、热性能、绝缘性能仍满足工程使用需求；经2.5×10¹⁶ e/cm²电子辐照后，膜层出现严重开裂、起皮现象。对电子辐照前后膜层的热性能、红外结构等进行了进一步的研究，分析了电子辐照后膜层的失效机理并获得了Parylene-C涂覆材料膜层耐空间电子辐照上限为1×10¹⁴ e/cm²。     

激光辐照温度场数值计算及应用研究

本文以数学物理模型为基础,借助于较为简单的计算方法,对激光辐照金属内温度场进行了计算,计算结果与实物吻和较好,为激光辐照预选辐照参数提供了依据。     

激光辐照对LY12CZ铝合金疲劳断裂性能的影响

 介绍利用激光辐照处理LY12CZ铝合金的研究情况。辐照参数优选、疲劳寿命对比试验、裂纹扩展试验、位错胞运动分析都表明:辐照参数对疲劳寿命影响显著。疲劳寿命仅在特定的辐照参数范围内才能显著地增加,抗疲劳断裂能力也会较大地提高。     

传感技术中的仿生与智能

传感器是信息获取的源头,是信息技术中的关键部件。本文首先阐明了传感器在信息技术中的地位及其重要性;结合仿生技术与人工智能的相关理论,分别对视觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器、触觉传感器和智能传感器的概念、原理、应用领域进行了介绍;结合当今科技发展趋势,针对传感器技术的发展对策提出了一些建议。     

真空100 keV质子辐照对石墨膜热性能的影响

研究了25 μm石墨膜在能量100 keV最大注量2.5×10¹⁵ p/cm²的真空质子辐照条件下的微观结构和热性能，采用拉曼光谱（Raman spectrum）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）进行微观结构分析，采用激光闪射法（LFA）进行热性能分析。石墨膜晶面间距为0.335 83 nm，石墨化度为95.0%。结果发现，质子辐照会导致石墨膜表层产生缺陷，片层间距增大，石墨化度降低，氧含量升高；随着质子辐照注量的增加，Raman光谱中D和G峰的积分面积比表明缺陷密度不断增加。25 μm石墨膜经过能量为100 keV注量为2.5×10¹⁵ p/cm²质子辐照后，石墨膜热扩散系数无明显变化。     

Flutter control of a composite plate with piezoelectric multilayered actuators

Active flutter velocity enhancement scheme is presented for lifting surfaces, employing Linear Quadratic Gaussian based multi-input multi-output controller with multilayered piezoelectric actuators. To numerically test the developed concept, a composite plate wing, surface bonded with eight piezoelectric bender actuators and sensors has been considered. A modal flutter control model is formulated in state-space domain using coupled piezoelectric finite element procedures along with unsteady aerodynamics and optimal control theory. The bending – torsion flutter instability has been actively postponed from 44.13 to 55.5 m/s using the energy imparted by the multilayered piezoelectric actuators. As the power requirement by these actuators is comparatively very low with respect to stack actuators, they can be employed in an integrated form to develop active lifting surfaces for real time applications.     

含脱胶压电传感器/驱动器的智能结构的有限元分析

将压电传感器、驱动器粘贴在复合材料结构的表面可实现结构的振动主动控制 ,但若传感器、驱动器部分脱开会对结构的静、动态特性产生显著影响。建立了一个新的加强假定应变压电固体单元 ,用于压电自适应层合结构振动主动控制的模拟仿真。与现有的压电固体单元相比 ,所建单元性能更优越 ,精度和计算效率更高 ,并能用于壳体结构的分析。采用相同坐标值但不同的节点号的方法模拟脱层 ,利用该单元分析了传感器、驱动器脱开对结构动力学特性的影响。     

基于固体壳单元的功能梯度材料板壳主动控制模拟仿真

基于假定自然应变法和加强假定应变法,推导了一用于压电层合FGM壳静、动态主动控制模拟的固体壳单元,该单元既可用做实体单元,又可模拟薄曲壳结构,在厚跨比非常小的情况下也能获得令人满意的精度.FGM壳的性能沿厚度方向按一定体积分数幂指数分布,并具有温度相关性,通过改变幂指数n,研究了组分材料体积分数对FGM壳力学性能的影响.采用闭环速度反馈控制算法来模拟压电层合FGM壳的静、动态响应的主动控制,算例表明了算法的有效性.     

面向结构振动控制的压电作动器优化配置研究

 为了研究压电主动结构振动控制当中作动器的位置优化问题,从系统的状态空间方程出发,在系统可控性Gram矩阵特征值的基础上来描述性能指标,以输入的能量吸收率为优化目标函数,提出了一种新的位置优化配置准则。利用有限元分析(FEA)方法分析作动器的配置,并与遗传算法(GA)结合进行优化计算,计算过程中对作动器的位置采用二进制编码加以描述。通过对一压电简支板结构的仿真计算对该方法进行了验证,并与其他几种不同的配置方法进行对比,从而证明了新方法的优越性。     

基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振系统

随着遥感卫星光学成像设备等精度的不断提升,其对振动环境的要求也在不断提高,简单的线性被动Stewart平台已经无法满足苛刻使用要求。提出了一种新型基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振平台,其单自由度元件主要由多边形膜片弹簧、压电致动器、力传感器以及柔性铰链组成。相较于传统线性隔振器存在的高静刚度和低动刚度之间的固有结构矛盾,所提出的多边形膜片弹簧作为隔振器的关键原件,兼具高静-低动（HSLD）特性,能够使隔振系统同时具备较高的静态刚度进行静态承载以及较低的动刚度进行动态减振。为了降低被动隔振系统中存在的共振峰幅值,本文在被动膜片弹簧元件的基础上串联一个压电致动器与力传感器组成的主动控制元件进行主动振动控制。仿真结果表明,采用比例积分力（PIF）反馈控制算法的主动控制系统,在频域上不仅可以通过积分力环节搭建出天棚阻尼的效果来降低共振峰峰值（11.19 dB）,而且其比例-力环节可等效为增大了质量矩阵项,能够有效降低减振系统的固有频率（20.9 Hz）,拓宽其减振带宽,并同时能维持高频段的高衰减性,在时域上也能够将系统的加速度振动幅值从±0.6g降低至±0.07g,振动衰减达88%。     

一种新型结构非本征光纤F-P传感器全应变测量性能研究

光纤传感器作为一种新的测量信息传输方式,在航空发动机部件材料高温测量领域具有重要的应用价值。基于多光束干涉原理,制作一种新型结构的非本征光纤 Fabry-Perot（F-P）传感器,探索其在航空发动机部件材料室温/高温环境静力拉伸试验过程中的变形测量性能。采用平板和圆棒两种形状的试样,在不同表面粗糙度和两种加载速率下,分别对比高级视频引伸计（AVE）进行室温、高温环境下静力拉伸试验。结果表明：新型结构的非本征光纤 F-P 传感器具有测量范围大,测量精度高,测量结果不受外界因素影响等优势,可实现航空发动机部件材料的超量程全应变测量;此外,在测量精度和设备体积方面明显优于 AVE。     

A fiber-optic current sensor for aerospace applications

A robust, accurate, broadband, AC sensor using fiber optics that is being developed for space applications at power frequencies as high as 20 kHz is described. It can also be used in low- and high-voltage 60-Hz terrestrial power systems and in 400-Hz aircraft systems. It is intrinsically immune to electromagnetic interference (EMI) and has the added benefit of excellent isolation. The sensor uses the Faraday effect in optical fiber and standard polarimetric measurements to sense electrical current. The primary component of the sensor is a specially treated coil of single-mode optical fiber, through which the current-carrying conductor passes. Improved precision is accomplished by temperature compensation by means of signals from a novel fiber-optic temperature sensor embedded in the sensing head. The technology used in the sensor is discussed, and the results of precision tests conducted at various temperatures within the wide operating range as well as the results of early EMI tests are reported     

基于数学建模的压电传感器动态特性补偿方法

近年来,基于压电传感器和Lamb波的结构健康监测技术因其对小损伤敏感以及监测范围广等优点被广泛地研究并应用于飞行器上。由于材料特性以及其它复杂因素的影响,压电传感器采集的信号与原始信号并不能够完全一致,需要后续补偿处理。针对圆形压电传感器,从其工作机理出发,推导了其动态特性的理论公式,建立起传感器数学模型。利用MATLAB建立数学建模仿真得到传感器模型的动态特性曲线,并与实验获得的标定曲线进行了对比,验证了模型的合理性。为了改善压电传感器的动态特性,采用零极点配置法设计了动态补偿滤波器。结果表明,经过补偿的压电传感器的各方面动态指标较未补偿前有了很大的改善,响应速度得到了很大的提高,工作频带从315.9 kHz拓宽到609.1 kHz,说明经过补偿后的压电传感器可以应用到工程实践当中。     

A Lamb wave quantification model for inclined cracks with experimental validation

This paper investigates the influence of crack orientation on damage quantification using Lamb wave in plate structures. Finite element simulation is performed to acquire Lamb wave signal responses for different configurations of crack orientations and crack lengths. Two Lamb wave features, namely the normalized amplitude and the phase change, are used as damage sensitive features to develop a crack size quantification model. A hypothesis based on the geometrical influence on signal features is proposed, and the crack size quantification model incorporating the orientation angle is established using the hypothesis. An index of Probability of Reliable Quantification (PRQ) is proposed to evaluate the performance of the model. The index can be used to determine the sizing risk in terms of probabilities. A realistic aluminum plate is used to obtain the experimental data using piezoelectric (PZT) wafer-type sensors around a center through crack. The experimental data are used to validate the overall method. Results indicate that the proposed model can yield reliable results for size quantification of inclined cracks.     

REMS: The Environmental Sensor Suite for the Mars Science Laboratory Rover

The Rover Environmental Monitoring Station (REMS) will investigate environmental factors directly tied to current habitability at the Martian surface during the Mars Science Laboratory (MSL) mission. Three major habitability factors are addressed by REMS: the thermal environment, ultraviolet irradiation, and water cycling. The thermal environment is determined by a mixture of processes, chief amongst these being the meteorological. Accordingly, the REMS sensors have been designed to record air and ground temperatures, pressure, relative humidity, wind speed in the horizontal and vertical directions, as well as ultraviolet radiation in different bands. These sensors are distributed over the rover in four places: two booms located on the MSL Remote Sensing Mast, the ultraviolet sensor on the rover deck, and the pressure sensor inside the rover body. Typical daily REMS observations will collect 180 minutes of data from all sensors simultaneously (arranged in 5 minute hourly samples plus 60 additional minutes taken at times to be decided during the course of the mission). REMS will add significantly to the environmental record collected by prior missions through the range of simultaneous observations including water vapor; the ability to take measurements routinely through the night; the intended minimum of one Martian year of observations; and the first measurement of surface UV irradiation. In this paper, we describe the scientific potential of REMS measurements and describe in detail the sensors that constitute REMS and the calibration procedures.