无人机用燃料电池阴极供气系统建模与控制

燃料电池因其高效、无污染、噪声小等特点，被认为是未来最具有潜力的无人机（UAV）用动力源，燃料电池阴极供气系统的控制技术是决定燃料电池系统性能和可靠性的关键。针对无人机用质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极供气系统，首先，考虑外界温度、压力、空气密度以及雷诺数等随高度变化的参数，建立了跨高度离心空压机模型并分析了其在不同高度下的工作特性，基于无刷直流电机反电势特征构建了高速空压机驱动电机模型。其次，通过计算燃料电池阴极氧气和氮气的动态分压获取了PEMFC电堆输出电压。设计了基于分数阶PI^λD^μ的过氧比和阴极气压控制方法，驱动电机采用有限集模型预测控制（MPC）实现快速的转矩响应，仿真结果表明设计的控制器可在无人机跨高度运行条件下实现过氧比的快速调节，同时维持阴极气压稳定，满足燃料电池阴极供气需求。     

航空发动机离心式喷嘴宏观喷雾特性

为探究航空发动机离心式喷嘴的喷雾宏观特性，通过将该喷嘴在高温高压定容弹中进行喷雾过程的实验，并结合阴影法与纹影法进行光学测量。首先以水作为射流工质，观察不同喷射压力下水进入大气环境中的雾化角变化，发现喷嘴结构对雾化角有着重要影响，最大雾化角与喷嘴出口的导流结构夹角相等。其次以正癸烷作为工质，通过不同环境压力和温度下的多组实验测量其它喷雾宏观特性如液膜破碎长度，结果表明在背压大于1.75MPa的工况下，该离心式喷嘴无法形成清晰稳定的锥形喷雾结构，此外还揭示了高背压加强了气动力而高环境温度减小了表面张力和粘性力，两者都起着促进雾化的作用。     

阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响

采用电化学阳极氧化技术在含NH4F的乙二醇电解液中对TiAl合金进行阳极氧化处理。研究阳极氧化对TiAl合金高温氧化行为和力学性能的影响。结果表明:由于“卤素效应”,阳极氧化处理的TiAl合金经高温氧化后表面形成致密、连续的Al₂O₃氧化膜,有效阻止了氧的内扩散,进而显著提高合金的抗高温氧化性能。经1000℃氧化100 h后,阳极氧化试样增重由未经阳极氧化处理试样的85.86 mg/cm²降至0.67 mg/cm²。另一方面,阳极氧化TiAl合金表面硬度和弹性模量随高温氧化时间延长呈先降低后升高的趋势。阳极氧化TiAl合金在高温服役后,合金的摩擦系数较未经阳极氧化处理试样上升,但表面耐磨性先降低后升高。这是由于TiAl合金经阳极氧化后,表面形成了一层富铝含氟氧化膜,由于氧化膜中F元素在高温氧化过程中与Ti、Al结合形成卤化物,卤化物蒸气选择性扩散在原始氧化膜处形成致密的Al₂O₃保护膜。阳极氧化对TiAl合金力学性能的影响主要是由于氧化膜中Al₂O₃的含量变化所致。     

SiC/CVD SiC复合涂层的抗氧化及抗热震性能研究

为了提高C/SiC复合材料耐高温性能,采用泥浆浸渍裂解与真空化学气相沉积(CVD)在材料表面制备了SiC/CVD SiC复合涂层,通过XRD、SEM分析了涂层组成与结构;研究了复合涂层的高温抗氧化(700～1 500℃)和抗热震性能。结果表明,泥浆浸渍法制备的SiC涂层具有一定的封孔效果,可使材料开孔率下降,但高温抗氧化效果并不佳,1 200℃氧化10 min后材料弯曲强度保留率下降明显仅有86%。CVD SiC涂层结构致密,与SiC封孔涂层结合较好,在700～1 500℃具有较好的抗氧化效果,随着氧化温度的升高,氧化后涂层完好,表面O元素逐渐增加,材料失重率缓慢增加但不大于0.5%,且材料性能并未下降。涂层材料在1 200℃-10 min短时热震5次后材料弯曲强度保留率仍有95%以上,且未出现开裂、剥落等热震损伤。在1 200℃-30 min长时热震10次后,涂层材料基本被完全氧化,材料失去保护作用,弯曲强度下降至90%左右。     

镍铝涂层晶粒细化与金属氧化物掺杂改性研究

包埋渗铝获得的镍铝涂层是一种最早使用的Al_2O_3膜热生长型高温涂层。自20世纪50年代应用于航空发动机热端部构件的高温防护以来,进一步提高其抗高温氧化性能的机理和技术研究延续至今。基于对合金氧化及Al_2O_3膜热生长机制的理解,提出了晶粒细化与特定金属氧化物掺杂可提升镍铝涂层抗氧化性能的观点,介绍了涂层晶粒细化与金属氧化物弥撒掺杂方法,讨论了这些结构和成分改性影响涂层抗高温氧化性能的关键因素:包括Al_2O_3膜生长速度、亚稳态相向稳态相转变、涂层的黏附性以及涂层与合金基体的互扩散。这些新的研究结果有望为进一步挖掘渗铝涂层的应用潜力、延长其服役寿命提供理论和试验基础。     

过氧化氢/紫外线/臭氧氧化技术处理肼类污水的应用

采用放大试验规模（处理量1 m³/h）的H₂O₂（过氧化氢）/UV（紫外线）/O₃（臭氧）氧化技术处理肼类推进剂污水，在30.0±1.6 ℃，pH=9.0±0.2的条件下，研究肼类的过氧化氢增强光解臭氧化降解。对比不同氧化技术的协同效应以及对污水降解的影响，重点考察过氧化氢、紫外线、臭氧和初始浓度等工艺参数对降解效果的影响，对氧化技术的应用进行了优化。研究结果表明：该技术可使COD去除率提高27.66%，肼类的降解速率随着过氧化氢投加量、紫外线辐射强度、O₃投加速率和水质地提高而升高，随着初始质量浓度的提高而下降。在最佳工艺下，处理5 000 mg/L质量浓度的废水，处理60 min时，COD去除率分别为98.62%（偏二甲肼）、99.17%（甲基肼）、99.94%（肼）和93.25%（单推-3）。     

机械振动对平面触觉感知特性的影响

触摸屏上的触觉再现技术增加了人机交互的真实感和丰富性。在触觉再现中，掩蔽效应改变了触觉感知特性（绝对阈值和分辨阈值），影响了触觉渲染模型的准确性及触觉再现效果的真实性。基于机械振动、空气压膜与静电力三元融合的触觉再现装置，采用“三下一上”的实验方法，研究5种不同幅度的机械振动触觉反馈作为掩蔽刺激时，空气压膜触觉反馈感知特性的变化。与静电力触觉反馈作为目标刺激时感知特性的变化进行比较，得出如下结论:在绝对阈值方面，当机械振动驱动电压幅度由0 V增加到100 V时，空气压膜绝对阈值由34.30 V增加到46.41 V，增加了35.31%，增长幅度为静电力绝对阈值增长幅度的14.95%；在分辨阈值方面，当机械振动驱动电压幅度由0 V增加到100 V时，空气压膜分辨阈值在（15.21±0.67）V范围内浮动，变化趋势与静电力触觉反馈基本相同。      

旋转整流罩积冰过程中水膜流动和脱离的数值研究

为了更准确地模拟旋转整流罩积冰过程，在现有三维积冰与冰层表面薄水膜流动耦合模型基础上，基于功平衡分析的方法引入了旋转部件表面水膜脱离模型，并发展了相应的计算方法，给出了水膜脱离的判定依据:当气流曳力做的功和由于离心力使水膜增加的潜能之和大于黏附功时整流罩表面的水膜会发生脱离。对旋转整流罩积冰进行数值模拟，计算结果与实验结果吻合得较好，验证了该模型的合理性和计算方法的可行性。之后分析了转速和来流速度对整流罩表面水膜脱离和积冰的影响，结果表明:转速和来流速度越大，水膜发生脱离的比例越大。在研究范围内，转速为3000r/min和6000r/min时，因水膜脱离导致积冰总量分别减少13.4%和15.8%；来流速度为40、50m/s和60m/s时，因水膜脱离导致积冰总量分别减少为12.2%、13.4%、14.2%。      

C/C-Cu复合材料的烧蚀形貌和烧蚀机理

以PAN预氧化纤维整体毡为增强体,经碳化、等温CVI致密化后制备多孔的C/C复合材料预制体,利用气体压力浸渗法将Cu引入C/C预制体中制备C/C-Cu复合材料。采用氢氧(H2-O2)焰考核C/C-Cu复合材料的烧蚀性能,经扫描电镜和电子能谱对不同烧蚀区域的微观结构和成分进行分析,结果表明:预制体密度为0.96 g/cm3的C/C-Cu复合材料的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.75μm/s、0.223 mg/s,烧蚀性能优良;其烧蚀表面具有不同的宏观形貌,在烧蚀中心区产生了明显的凹坑,主要烧蚀机制为C/C预制体的氧化和铜基体的机械冲刷;烧蚀过渡区聚集了大量的铜基体,其烧蚀机制为Cu的热氧化和机械冲刷;烧蚀边缘区材料表面变黑,主要因为C/C的氧化。为了提高C/C-Cu的烧蚀性能,需要发挥C/C预制体的"钉扎"作用,阻止Cu在高温下被气流冲刷而发生流动。