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。     

多稳态力学超材料研究综述（英文）

多稳态力学超材料最重要的特点是能够在具有不同能级的稳态之间进行可逆的构型切换。本文总结了多稳态力学超材料的主要设计策略,包括基于自组装、突跳失稳、结构化机构以及几何失措的策略;重点讨论了可以实现的稳态数量以及稳态可控性;进而,集中分析了这些多稳态力学超材料的非常规力学性质,并详述其在可调控电磁器件、驱动器、机器人以及机械逻辑运算等领域的应用。最后,展望了多稳态力学超材料设计和应用中存在的挑战及机遇。     

直升机地面转弯运动特性研究（英文）

直升机地面转弯通过尾桨拉力和地面对尾轮的摩擦力实现,当直升机重心靠后时出现低速滑行或静止状态下转弯困难的现象。本文以某型号直升机为研究对象,基于动力学基础理论建立了直升机地面转弯运动动力学模型。该模型考虑直升机机体六自由度运动模型、起落架缓冲器运动模型、轮胎力学模型和支柱摩擦盘摩擦特性,对直升机地面直角转弯及静态转弯进行动力学仿真,并分析尾桨拉力、滑行速度、尾轮稳定距等参数对转弯动态响应的影响规律。结果表明,通过增大尾轮稳定距可提高直升机地面转弯性能。     

起落架指型锁解锁力特性的研究（英文）

研究了指型锁的长度、直径和指尖角度等因素对解锁力的影响,获得了解锁力的理论计算公式并分析了影响解锁力的敏感参数。首先对指型锁解锁力进行理论计算,获得解锁力与各个参数改变的变化规律;然后通过实验验证模型的有效性;最后使用正交实验法分析了各参数对解锁力影响的敏感性。结果表明,本文所得计算公式有效可靠;指型锁长度、直径1、直径2与解锁力负相关,指尖角度与解锁力正相关;影响解锁力的参数敏感性由高到低分别为指型锁长度、直径1、指尖角度和直径2。     

石墨烯基光热除冰表面的激光制备（英文）

重要设备,如飞机机翼、风力涡轮机、太阳能电池板等结冰会引起空气动力学形状变化和重要部件变形,严重威胁运行安全。然而,制造柔性、共形的光热除冰表面仍然具有挑战性。本文采用激光直写技术,设计并制备了多孔疏水的激光诱导石墨烯（Laser induced grapheme, LIG）基光热抗霜除冰表面。采用激光照射聚酰亚胺（Polyimide, PI）薄膜制备LIG薄膜。激光照射后,LIG薄膜呈现多孔结构和高C/O比。由于多孔结构和高C/O比的存在,LIG膜具有疏水性（CA,～123.2°）、高吸收率和良好的光热转化率,因此,LIG薄膜具有光热抗霜除冰能力。本文工作显示了开发柔性、共形的光热抗霜/除冰表面的巨大潜力。     

用于改善飞机螺旋桨防结冰性能的硅橡胶超疏水表面耐久性和延迟结冰性能研究（英文）

飞机螺旋桨在服役过程中由于地域性差异和天气的变化可能会遇到各种苛刻的环境。因此,理想的飞机螺旋桨用橡胶复合材料必须具备极好的超疏水性能、延迟结冰性能和环境耐久性。本文通过模板法和高温处理制备了硅橡胶超疏水表面,研究了低温冷冻、高温加热和紫外辐照对超疏水硅橡胶疏水性能的影响。此外,为了揭示超疏水硅橡胶在空气湿度影响下的延迟冻结行为,设计了延迟结冰装置,并利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy,SEM）和能谱仪（Enery dispersive spectrometer, EDS）分析了超疏水性能的变化和延迟冻结机理。结果表明,制备的超疏水硅橡胶具有良好的环境耐久性和延迟冻结性能,在飞机螺旋桨超疏水电热防冰方面具有实际应用价值。     

固定翼无人机的4D无冲突航迹规划（英文）

基于4D航迹的运行(Four-dimensional trajectory-based operation,4D-TBO)有利于增强高效飞行的计划和执行,减少潜在冲突并解决即将出现的巨大航班需求。大多数与4D航迹规划有关的研究都集中在有人驾驶飞机上,而不是无人驾驶飞机(Unmanned aerial vehicle,UAV)。本文着重于为起飞前或飞行期间的固定翼无人机规划无冲突的4D航迹。文中提出了一种基于Tau理论的4D航迹生成技术,该技术将时间约束的飞行航路点纳入了飞行计划中。然后,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法对4D航迹进行优化。仿真实验证明了所提出方法的有效性。     

模块化可展开天线支撑结构设计与力学特性研究（英文）

为满足空间可展开天线大型化、高精度、高刚度发展的迫切需求,提出一种模块化空间可展开天线支撑结构新构型,并对其进行了力学特性研究。首先,基于机构学基本理论,开展了天线总体结构方案设计和结构详细设计,建立了由19个六棱柱模块组成的模块化可展开天线三维模型。其次,根据压杆稳定理论,建立了天线支撑结构静力学分析模型,得到了拉索预紧力的取值范围。再次,建立了天线结构动力学分析模型,进行了模态分析,开展了固有频率影响因素及灵敏度分析与研究。最后,研制了一套天线支撑结构原理样机,并进行了展开功能试验与验证。研究结果表明：预紧拉索对结构刚度的影响较大,配置预紧拉索后结构刚度提高了约2.01倍;固有频率对杆件材料密度和弹性模量、弦杆及斜腹杆尺寸参数较为敏感;研制的原理样机展开平稳、顺畅,验证了结构设计的正确性。研究结果为模块化可展开天线的基础研究及工程应用提供了理论参考和技术支撑。     

基于分形理论的翼面复杂冰形表面粗糙度分析（英文）

模型表面的结冰外形是结冰风洞试验关注的核心信息,现有研究一般采用冰角高度、冰角角度、驻点冰厚等几何参数对二维冰形进行表征,忽略了冰形表面粗糙程度这一重要特征。针对此问题,提出将分形理论应用于结冰冰形的粗糙度表征,建立了基于分形理论的结冰表面粗糙度表征方法。首先在大型结冰风洞开展翼型结冰试验,采用激光线扫描在线测量系统对结冰生长过程中不同时刻翼面结冰的表面轮廓进行测量,获得翼面结冰的三维数值外形;然后结合分形理论对冰形进行分析,提取翼面不同位置冰的截面轮廓曲线,计算截面曲线的分形维数和粗糙度表征参数,以此归纳出分形维数的线性回归公式,并从截面曲线中提取数据点进行分形插值模拟实测冰形。研究结果表明,翼面结冰冰形粗糙表面具有分形特征;分形维数与粗糙度表征参数呈正相关,可作为冰形表面粗糙度的评定参数;分形插值模拟冰形曲线,逼近程度优异;冰形粗糙度的分形表达法为科学量化三维冰形特征提供了新思路。     

基于液滴定向反弹的混合润湿性表面设计准则（英文）

液滴撞击固体表面的定向反弹在防结冰/起雾、自清洁等工程应用中具有重要意义。混合润湿性表面已被证明是一种有效的液滴操纵方法。本文对液滴撞击构筑有亲水条纹的疏水基底进行数值模拟研究,采用已验证的扩散界面法来捕获界面演化。首先,研究卫星液滴在撞击过程中的形成过程,通过分析液滴的垂直速度和横向速度,明确混合润湿性表面在液滴扩散、收缩和反弹阶段中的作用。然后,系统探究条纹宽度对液滴反弹形式和接触时间的影响,重点关注液膜演化和液滴弹跳过程中的动力学和能量传递机制。所得结果可以指导混合润湿性表面的优化设计和液滴定向回弹的控制。     

基于复杂网络模型的航路网络特性分析（英文）

航路网络是航空运输的基本载体,挖掘其特征对航空运行效率的提高有显著意义。以2018年中国大陆1 479个航路点组成的航路网络为研究对象,结合空域结构、交通流特征以及交通流支配关系等,从复杂网络视角构建了物理航路网络、无向航路交通网络、有向航路交通网络,以及基于交通流支配关系的有向航路交通网络等4个网络模型。基于典型网络测度指标统计了不同网络的拓扑特征,并分析了典型测度指标在不同网络中所展现的差异特征,进而提出了测度指标的综合指数概念。统计结果表明,航路网络在交通流的影响下展现了更丰富的异质性,节点间的关系并不对称,不同网络中的指标分布特征有明显差异。测度指标综合指数和交通量水平的对比分析表明,某些航路点不但在多个测度指标的综合指数中有较大值且交通量繁忙;某些航路点虽然在多个测度指标的综合指数中有较大的值,但交通量不繁忙;还有一些航路点只在某一特定指标的综合指数中比较突出。为反映航路点的综合重要程度,采用K-means方法基于度综合指数、介数综合指数、接近度综合指数将航路点的重要性划分为3个级别,交通量、机场数量、航班延误等的统计结果验证了分级结果的合理性。     

板料渐进成形超磁致伸缩超声换能器设计及磁场均匀度研究（英文）

设计了一种超磁致伸缩超声换能器,用有限元分析软件对理论设计的超声振动系统进行动力学分析,并对换能器进行了实验测试,验证了理论设计和仿真分析的正确性。为了研究导磁材料厚度对超磁致伸缩材料内磁场均匀度的影响规律,在超磁致伸缩棒与永磁体之间设置导磁材料,对换能器进行了磁场仿真分析。在对换能器进行阻抗分析和振幅测量基础上,对有无导磁材料时换能器的性能进行对比。实验结果表明:在超磁致伸缩材料与永磁体之间设置1.6 mm左右厚的导磁材料时,超磁致伸缩棒内的磁场均匀度最高;添加导磁材料后,超磁致伸缩换能器的输出振幅增大,机械品质因数减小,阻抗减小,使换能器工作更加稳定。     

热气流环境下非球形冰晶的运动换热特性（英文）

针对冰晶被航空发动机吸入后在热气流环境下的运动换热问题,建立了拉格朗日框架下冰晶运动-传热传质耦合的数值计算方法,对比了不同的冰晶融化模型和不同形状、粒径冰晶的运动换热差异。结果表明,相较于水覆盖模型,使用“裸”冰粒子模型时完全融化需要更长时间,20μm粒子需要0.04 s才能完全融化,但0.023 s之前“裸”冰粒子的融化速率却更快;相同条件下球形冰晶液态水含量较高,20μm球形冰晶在计算出口处液态水含量为49.05%。椭球形和宽六角形冰晶液态水含量很相近,出口处液态水含量为40%左右;粒径越小,越早开始融化,冰晶液态水含量总是更高。20μm的冰晶在出口处液态水含量高达60.4%,而40μm冰晶在出口处液态水含量只有15.5%。     

基于ISPSO的半透明介质中多种辐射特性参数反演（英文）

半透明介质广泛存在于工业和化工设备中,其热辐射特性在研究介质传热过程中起着重要作用。本文提出了一种改进的随机粒子群优化（Stochastic particle swarm optimization, ISPSO）算法,从角度光散射测量信号中反演半透明介质的热辐射特性参数,即吸收系数、散射系数和不对称系数。研究结果表明,与随机粒子群算法（Stochastic particle swarm optimization, SPSO）相比,ISPSO算法避免了局部最优和收敛精度低的现象,即使在5%的随机测量误差下也能获得合理的检索结果。当只需要研究两个参数时,反结果的鲁棒性是令人满意的。当反演的参数较多时,反演精度会降低。此外,在5%随机测量误差下,同时反演多个辐射特性参数时,即吸收系数、散射系数和不对称因子,本文提供的方法仍能得到满意的结果。结果表明,本文提供的反演方法是一种有效可靠的方法,可以同时估计半透明介质中的多个辐射特性参数。     

基于时频谱的变速行驶车辆悬架系统动态共振频域特性研究（英文）

车辆变速行驶时悬架系统的动态响应通常是非平稳随机过程,对其进行时频分析是近年来车辆平顺性研究中的重点与热点问题。本文依据人体对不同频带的振动敏感性不同,提出动态频域概念以开展非平稳车辆动力学评价研究,主要包含前后轮输入数值分析与非平稳随机激励下悬架系统时频特性研究。应用精细积分法获得悬架系统的垂向加速度与俯仰角加速度,研究不同加速度工况下的响应均方根值。结果表明,非平稳激励下响应均方根值为时间的函数,同时随速度增加而增大,且垂向加速度的动态频域区间有向低频迁移的趋势,可为复杂驾驶工况下主动悬架的设计提供重要参考依据。     

基于修正模式的健康监测系统研究（英文）

现有的健康监测系统通常忽略了老年人真实健康需求并且缺少对不同被试者差异因素的考量,导致监测结果不准确,测量值与真实健康状态可能出现偏差,延误了对突发健康问题的救治。为解决这一问题,本文提出了一种新的健康监测系统,包括生理参数的测量、修正和反馈。本研究收集了老年人临床样本,建立回归方程和统计模型,分析性别、年龄、测量时间和体征值之间的关系。通过设计修正算法对体征测量值多次修正,将最终数据与标准值进行比较来判断是否正常。这一过程有效降低了误判风险,同时更准确地匹配用户实际健康状况。本文以老年人心率的测量及修正作为应用实例验证了该创新方法的有效性,并给出具体修正过程,为未来健康监测研究中其他影响因素的剔除或修正提供了科学依据。     

水滴撞击冻结过程的数值模拟研究（英文）

利用发展起来的数值算法模拟了微尺度水滴在冷表面上的撞击冻结过程,采用格子玻尔兹曼通量求解器计算流场,应用相场方法追踪水气界面,基于焓模型确定冰水界面。通过与实验对比水滴在表面上撞击冻结过程中的外形,验证了数值方法的准确性与可靠性。本文研究水滴动态冻结过程时考虑了水滴尺度、撞击速度及冷板温度3个因素的影响。结果表明,水滴底部冻结限制了水滴在表面上铺展后的弹跳过程,可能形成帽子状的形态。水滴撞击速度增加,冰层在水滴径向上发展更快,水滴与表面间的传热增强。另外,温度控制着水滴中心的动力学过程,当表面温度更低,水滴可能会在中心出形成凹坑。通过对水滴内部温度分布情况分析可知,热流密度随着离冷表面距离的增加而降低。随着结冰增长,水滴轴线上逐渐降低的温度与冷表面温度呈非线性关系,表面温度越低,由于温差增加,冰层内部的无量纲温度变得越低。     

Au纳米结构的常温冷焊接研究（英文）

基于种子生长法制备了常见的Au纳米结构(纳米球,纳米棒和纳米片),并探究了这些非单晶纳米结构在常温下的冷焊接现象。系统研究表明,表面活性剂(Cetyltrimethylammonium bromide,CTAB)的浓度和干燥条件是决定焊接过程中纳米结构演变和最终构型的重要因素。表面活性剂浓度低至0.3 mmol/L是冷焊的关键因素,且焊接需在缓慢蒸发和足够的驰豫时间条件下进行,而非快速干燥过程。同时,结合电镜表征和密度泛函理论,模拟金棒头尾焊接过程中的结构演变,揭示焊接纳米结构的稳定性优于分散纳米结构:相同晶体结构的Au纳米结构在慢蒸发过程中,附着在纳米粒子表面的低表面活性剂增加了纳米粒子之间的吸引力,使得相互靠近的纳米粒子由于相互作用而出现附着,由于金属表面原子的扩散、外延和表面弛豫引起的交叉点物理性能的改善。本文结果为纳米结构的物性分析和缺陷器件的构建提供了研究基础。     

超疏水/电热协同防/除冰策略在冰风洞中的实验研究（英文）

无人机结冰严重威胁飞行安全。无人机可供能量不足,因此需要一种节能的结冰防护策略。本文以一种内嵌电热膜与外喷涂超疏水涂层（Super-hydrophobic coating and embedded electro-thermal film, SHS-EET）的一体化玻璃纤维复合翼型为研究对象,采用比例积分微分法（Proportional integral derivative,PID）调节表面温度和加热功率。在结冰风洞中开展试验验证了该策略的防/除冰性能。结果表明,没有热源的超疏水涂层不能避免积冰的形成。此外,SHS-EET策略下除冰时间缩短了64.6%,能耗降低了72.3%。当表面温度低于10℃时,SHS-EET实现了干防冰效果,对比电热膜布置在蒙皮内表面的玻璃纤维复合翼型（Fiberglass airfoil with underground electro-thermal film, FG-UET）只能实现湿防冰效果,能耗降低了27.5%。混合防/除冰策略有利于无人机结冰防护系统的发展。     

飞机结冰中水滴撞击特性欧拉法的网格影响分析（英文）

过冷水滴撞击特性计算研究是飞机结冰预测与防除冰系统性能分析的基础,欧拉法是过冷水滴运动及撞击特性计算的常用方法之一,分析欧拉法在计算复杂表面水滴运动撞击时的准确性具有重要意义。以NACA0012翼型、冰风洞风道、S形进气道及三段翼为研究对象,利用欧拉法采用不同网格计算获得了水滴运动及局部水收集系数,结果表明：当水滴运动没有受到上游部件的导流或者遮挡时,欧拉法计算结果具有网格无关性;当水滴运动受到上游部件影响发生轨迹偏转时,欧拉法计算结果具有网格相关性,不同网格计算得到的液态水含量及局部水收集系数不一致,需要进一步考虑水滴运动受到上游效应影响时网格对欧拉法计算结果的影响。