微纳米尺度流动实验研究的问题与进展

微纳米实验流体力学研究的流动特征尺度在1mm～1nm范围,处于宏观流动到分子运动的过渡区。连续介质力学与量子力学这两个经典理论的衔接,提出了诸如连续性假设适用性、边界滑移等基本理论问题。同时从微纳米尺度研究界面处液/固/气的耦合,化学、电学性质对流动的影响值得关注。微纳米实验测量仪器融入了力、电等测量手段,要求测量空间精度达到nm量级,力的测量精度达到pN,时间分辨率达到ns。本文围绕连续性假设适用性、边界滑移、微纳米粒子布朗运动及微尺度涡旋测量等问题,介绍了 Micro/Nano PIV、示踪粒子流场显示等技术应用于微纳流场观测的进展与难点。目前微纳米流动测量仍然沿着经典流体力学测量“小型化”的思路开展,而纳尺度的测量期待着新的实验方法与技术的提出。     

纳卫星变轨段质量矩姿态控制系统设计

提出应用质量矩控制技术实现纳卫星轨道机动过程中的姿态稳定控制。在设计出质量矩滑块构型后,利用动量和动量矩定理推导了八自由度(DOF)动力学模型,并根据动力学分析结果建立了简化控制模型。以此为基础,基于全局滑模控制理论设计了俯仰偏航通道姿态稳定和滑块位置跟踪的鲁棒控制器,并在参数不确定性条件下对控制系统进行了仿真,结果表明:所设计的二维质量矩控制系统能快速控制卫星姿态,并对系统扰动具有较强的鲁棒性,可以应用于纳卫星变轨段的姿态控制。     

微磁强计弱磁处理芯片设计与实现

为适应微纳卫星平台的应用需求、实现磁强计的微型化,针对巨磁阻抗(GMI)效应微磁强计的研制需求设计并研制了弱磁信号处理芯片.在分析GMI微磁强计构造的基础上,针对单机(微)小型化提出了弱磁信号处理电路芯片化的方案;结合空间应用特点,设计并实现了基于SOI CMOS工艺的弱磁信号处理芯片.实测结果表明:基于所研制的弱磁信号处理芯片不仅实现了磁强计的微型化、集成化,而且具有良好的弱磁测量性能.     

低轨微纳卫星全磁自主导航算法研究

针对低轨微纳卫星体积小、功耗低的设计约束,提出了基于低轨地磁的定轨/定姿全磁自主导航算法.该算法仅利用三轴磁强计测量值和卫星动力学方程建立Kalman滤波器,实现了低轨微纳卫星的全自主轨道确定和姿态测量,理论仿真结果表明,该全磁导航算法精度能够满足低轨微纳卫星的一般要求.利用高精度地磁模拟器搭建了微纳卫星全磁自主导航地面仿真验证系统,对算法进行了全物理仿真测试和实验误差分析,进一步验证了全磁自主导航算法的可行性,为低轨微纳卫星提供了一种低成本、高自主、高可靠性的导航方法.     

微纳米加工过程中环境因素对精确定位的影响

在激光干涉仪的微纳米加工过程中,着重分析了随着外界环境因素诸如大气压强、温度、相对湿度的变化而引起的测量结果的改变,进而分析对加工结果产生的影响。     

植物油替代鱼油对凡纳滨对虾的生长性能和肝体比的影响

试验选用初始体质量(0.33±0.00) g/尾的凡纳滨对虾Litopenaeus vannamei,在42 d的饲养期中分别投喂1种含6%鱼油的对照饲料(FO)和3种添加不同比例豆油替代鱼油的试验饲料,鱼油和豆油分别为:4.5%+1.5%,3.0%+3.0%和1.5%+4.5%(分别记作25SO、50SO和75SO),观察了不同比例豆油替代鱼油对凡纳滨对虾幼虾生长和肝体比的影响.养殖试验结束后,各试验组凡纳滨对虾的增质量率和特定生长率没有显著差异(P>0.05).随着豆油比例的增加,试验组存活率均显著高于对照组FO(P<0.05),其中75SO组存活率最高.与对照组FO相比,各试验组对虾的饲料系数均显著降低(P<0.05),其中75SO组饲料系数最低.随着豆油添加量增加,肝体比呈上升趋势,25SO组和50SO组肝体比与FO组无显著差异(P>0.05),75SO组肝体显著高于FO组(P<0.05).结果表明,在凡纳滨对虾幼虾饲料中,豆油可以部分替代鱼油,而不显著影响其生长性能.通过二次回归分析,得到增质量率(y)与饲料中不同比例豆油替代量(x)的关系为y=-0.016 8x2+1.207 4x+435.7,R2=0.781 9,当饲料中豆油替代鱼油比例为35.93%时,凡纳滨对虾获得最大增质量率457.39%.     

微纳结构CoCrFeNi基高熵合金粉末冶金制备及强韧化机理研究

针对CoCrFeNi基高熵合金强塑性失配问题,提出了基于高能球磨、放电等离子体烧结和热挤压相结合的粉末冶金制备方法,探究了制备工艺参数对晶粒尺寸、第二相颗粒和孪晶组织演变的影响规律,分别制备出由粗晶、细晶和纳米颗粒构成的多尺度异构CoCrFeNiMnTi_0.2高熵合金,以及包含超细晶、纳米颗粒和纳米孪晶的CoCrFeNiMnTi_0.2高熵合金。拉伸力学性能显示,两种高熵合金屈服强度和断后伸长率分别高达1298 MPa和13%,以及1507MPa和7%,均实现了较好的强塑性均衡。最后,基于对霍尔佩奇系数修订,建立了纳米颗粒增强超细晶CoCrFeNi基高熵合金强化模型,揭示了纳米颗粒与微纳异构组织耦合强韧化机制,以及超细晶、纳米颗粒与纳米孪晶协同强韧化机理,并进一步发现纳米孪晶能够增加高熵合金流变应力,使新的变形孪晶形核,从而诱发多级变形行为。     

脉冲激光刻蚀作用下冷喷涂沉积过程数值模拟

脉冲激光会烧蚀材料形成表面微纳结构,研究该刻蚀作用下的冷喷涂沉积过程,以提高表面修复质量与效率。首先,结合脉冲激光作用过程与实验观测结果建立了单/多粒子与基板的沉积模型;其次,运用热-结构耦合算法对存在表面微纳结构时的粒子/基板碰撞过程开展数值模拟,研究了脉冲激光刻蚀作用对冷喷涂材料沉积过程的影响;最后,分析了脉冲激光-冷喷涂复合修复过程中材料的沉积机理。结果表明,刻蚀作用形成的微纳结构使得粒子与基板的温度分布更加均匀,形变更加复杂,特别是碰撞中心区域的形变得到显著提升;且粒子碰撞在基板表面微纳结构的波峰处时应变、温升最大,波谷处时最小;脉冲激光-冷喷涂的沉积机理为塑性射流处的机械-物理结合与激光熔化区的冶金焊合。     

激光支持的空间微推进技术研究进展

对激光等离子体微推力器的相关研究进展进行了较为全面的介绍,总结了激光器与其它相关技术结合发展起来的极具潜力的空间微推进技术的研究进展,并指出激光支持的空间微推进技术研究所涉及的关键问题,包括星载激光器技术、先进的测试技术、高性能工质的选择与研制、激光光路设计以及空间微推力器一体化设计等方面。     

并列双方柱的疏水涂层防冰效果结冰风洞实验评估

采用结冰风洞实验研究的方法,利用0.3m×0.2m结冰风洞主实验段,在不同结冰气象条件下对涂覆在并列双方柱实验模型表面的不同纳米疏水涂层结冰特性进行了实验研究,对左右并排的方柱实验模型表面的结冰外形进行了测量和比较,建立了基于9个结冰外形几何特征量的防冰效果量化评估方法,对有、无纳米疏水涂层表面的结冰外形几何特征量无量纲化偏差进行了计算和分析。研究表明:基于结冰外形几何特征量的防冰效果量化评估方法可以较好地评估纳米疏水涂层的防冰效果。与未涂覆防冰涂层的铝合金材料相比,硅橡胶及其添加颗粒的纳米涂层均具有一定的防冰性能,与硅橡胶涂层相比,有的添加颗粒的纳米涂层防冰效果略好一点,而有的略差一点,没有明显提高。在硅橡胶基底材料中添加纳米疏水颗粒,可以在涂层表面构筑一些微纳结构,从而起到防冰作用。因此,在硅橡胶涂层中添加纳米疏水颗粒是一种值得探索的防冰涂层制备研究方向,但如果仅采用物理混合搅拌的方法,纳米颗粒难以在硅橡胶涂层表面形成稳定疏水性能的微纳乳突结构。纳米疏水涂层只能降低结冰速率,无法完全杜绝材料表面的结冰现象。      

超疏水和超润滑防冰表面的制备技术概述

对超疏水和超润滑防冰表面的制备方法进行了综述。分析了制备防冰表面的重要意义,重点介绍了化学涂层、表面微纳结构和液体润滑层3种获得超疏水和超润滑防冰表面方法的研究现状,并对防冰表面的发展进行了展望。     

基于固体工质的空间微推进技术研究进展

采用固体工质的微推力器具备结构简单、可靠性高、成本低的优点，是最适合微纳卫星的动力装置之一。固体微推进技术可分为微电推进和微化学推进两大类。本文介绍了五种典型固体微推力器的工作原理，包括微脉冲等离子体推力器、真空弧推力器、电控固体微推力器、激光微推力器、固体阵列微推力器，系统梳理了它们的发展历程，总结了其最新的研究进展和应用现状。在此基础上，对固体微推进技术的发展方向进行了展望，以期为微纳卫星动力系统的研发与优选提供参考。     

面向未来的微纳卫星测控管理

针对如何根据微纳卫星的技术状态与测控需求特点,以建立对多目标、多体制下卫星的测控管理模式的问题,从系统规划、设备研制、测控网建设等方面进行了有益的研究与分析。主要从卫星使用频率、占用轨道等空间资源的合理分配方面着手,提出了适宜微纳卫星应用与发展的频率和轨道选用建议。再根据微纳卫星的技术特点,提出了采用符合CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)规程的数据格式的建议。同时,针对在轨管理,还提出了利用国内外现有有效测控资源的联网合作与商业运作的管理方式。这些观点,有可能对我国微纳卫星进行高效、可靠的测控管理提供借鉴参考。     

纳卫星激光反射器光机设计及激光测距分析

针对我国首个大气密度探测纳卫星高精度测轨应用需求,设计了重量约112g、有效反射面积大于1cm2、外形尺寸为Φ96mm×20mm的轻型八棱台结构被动型激光反射器,作为无功耗载荷应用于纳卫星激光精密测轨,解决了纳卫星高精度独立测轨和外部轨道精确标定问题。利用地面激光测距台站开展卫星跟踪和精密测量,提供亚厘米级精度的激光测量数据。根据激光雷达测距方程及地面测距系统参数,分析了纳卫星激光回波信号强度,以及激光观测数据精度。测量结果表明,纳卫星激光反射器设计结果与实测数据相符,测距数据精度达8~9mm,可以满足纳卫星高精度激光测距要求,并支持卫星精密定轨及大气密度探测科学任务。     

一种新型微纳量级的推进概念研究

皮纳卫星主要用于星群侦查任务,针对该量级卫星的推进系统,研究一种新型微纳量级的推进技术(光波纳米推进技术),该推进技术结合表面等离子体激元技术和聚焦光场中的"光镊"技术来产生推力。为验证工作原理的可行性,采用数值分析方法,对不同结构和材料的天线、不同级联通道形状以及不同推进工质下的推进效果进行仿真预估,对天线间隙的激元电磁场、其所产生的光梯度力以及级联后可实现的推力进行了研究,以确定工作原理可行。结果表明,光波纳米推进技术可以实现微牛量级的推力,可基本满足皮纳卫星的推进需要。     

微纳制造技术的发展现状与发展趋势

微纳技术一般指微米、纳米级(0. 1-100nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的研究、加工、制造以及应用技术.在基础科研以及制造行业中,微纳制造技术的研究从其诞生之初就一直牢据行业的尖端位置. 那么,我国的微纳制造技术研究现状怎样?面临着哪些急需解决的问题?微纳制造技术属于高、精、尖技术研究,与普通百姓的生活有没有关联?微纳制造技术研究对于我国的国防科技工业有什么重大意义?     

质量矩固体推进微纳卫星自适应反演控制律设计

为解决微纳卫星利用固体火箭推进器进行快速轨道机动时的姿态翻滚问题,提出了利用质量矩技术对卫星的俯仰、偏航通道姿态进行稳定控制。首先考虑推进剂燃烧、质量块运动等因素引起的系统质量特性参数的变化,建立质量矩固体推进微纳卫星姿态动力学模型;然后分析了推进剂燃烧、质量矩控制引入的系统模型参数不确定性、连续有界未知干扰;随后基于反演控制方法,设计了卫星姿态角和姿态角速度双回路自适应滑模动态面控制器,利用自适应算法调节控制参数估计来补偿不确定因素的影响;基于Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性。最后,通过数值仿真验证了控制算法的有效性。