全红外光激发里德堡原子微波电场测量

基于高激发里德堡原子的微波电场测量技术与传统金属天线相比有诸多优越性,是未来微波电场高精度测量的重要方案之一。采用全红外光激发里德堡原子的方案不再依赖复杂而昂贵的短波长激光器,大大减小了激光器系统的体积与能耗。在三红外光级联激发里德堡铷原子的过程中,发现了中间态对应的双光梯形电磁诱导透明光学参数对三光激发里德堡态电磁诱导吸收峰信噪比具有重要影响,因此采用光失谐方法能很好地优化三光EIA光谱。利用微波场下的Autler-Townes分裂效应和标准天线方法对微波喇叭天线发射的微波电场实现精确的校准,并以此为基础通过超外差接收技术成功探测到本地场与信号场所形成的拍频信号,得到了拍频光电信号与信号场强度之间的线性关系。最终通过实验噪声基底的噪声功率谱得到三红外光里德堡铷原子微波测量的极限灵敏度为37.5(5.5) nV·■。采用三束红外光激发的方法为研制小型里德堡原子微波电场探测仪器奠定了物理基础。     

基于里德堡原子天线的微波场强仪比对验证

基于里德堡原子的微波场强测量可基于量子效应接收和测量微波电场,被认为在微波场强计量领域具备实用化潜力。通过对激光器、激光光路、室温铯原子天线等组件的定制与优化,制作了集成式原子微波场强仪。在微波暗室中,将基于该集成设备的测量方法及结果与现有计量体系下的微波场强计量标准,即标准场及标准场探头方法的结果进行比对。在3.10GHz点频上的比对结果为：1)高功率(4.17V/m～14.85V/m)下,重复性为0.44%～0.71%,非线性度为3.8%,比对误差为-2.61%～3.31%;2)低功率(2.00V/m～4.69V/m)下,重复性为0.28%～0.80%,非线性度为1.7%,比对误差为-5.08%～4.30%。结果表明,该原子微波场强仪的测试结果与现有标准场法测量结果吻合,而在重复性等指标上表现更优。     

里德堡原子微波传感器

微波传感器现广泛应用于商业、军事、勘测等领域,而传统传感器已经无法满足现实的需求,因此需要一种新型微波传感器来实现弱场的测量。针对传统的微波偶极振子传感器灵敏度低、测量时需要校准、自带天线会影响测量、工作频段窄等问题,介绍了一种基于里德堡原子的微波传感器。这种传感器不仅能够更好地对弱场进行探测,还能传递基带信号,达到无线通信的目的。从基本的物理原理对里德堡原子微波传感器进行了详细的介绍,对掌握微波弱电场探测原理与技术基本知识以及进一步推广和应用具有重要的意义。     

一种应用于低频电磁波通信的快响应原子磁强计

相较于传统线圈,原子磁强计作为低频电磁波通信信号磁传感接收器具有体积小、灵敏度高的优势。基于射频-光双共振原理实现原子的宏观极化和相干进动,并通过探测磁矩横向分量来获得待测磁场信息,最终实现一台灵敏度500 fT/Hz^1/2@1～5 Hz,响应带宽3.5 kHz的原子磁强计。并利用该原子磁强计作为磁传感器对频率200 Hz、磁场分量幅度10 nT的电磁波开展了通过探测磁场分量接收通信信号的实验,实现码率200/s的电磁波通信信号的接收,验证了该磁强计作为接收机接收低频电磁波通信信号的能力。     

维修扩孔对碳纤维复合材料层合板与金属板双钉连接强度的影响分析

文摘复合材料双钉连接结构的复材孔周由于载荷分布不均、应力状态复杂而易于损伤破坏,开孔区域通常是连接结构的薄弱环节,飞机结构维修时一般将连接孔圆整为标准尺寸来恢复其结构强度,对此研究双钉扩孔维修后的载荷分布规律及影响因素,对结构部件保证适航性和提高连接效率具有重要意义。本文以复合材料/铝合金连接结构为研究对象,通过ABAQUS软件建立了嵌入Hashin失效判据和改进Camanho刚度折减系数的双钉单剪连接三维渐进损伤分析模型,并进行了试验验证,着重分析了不同维修孔径组合对双钉单剪连接的拉伸静强度及损伤的影响。结果表明,有限元分析得到的载荷-位移曲线和失效模式与试验结果基本吻合,最大误差为8.9%;靠近加载端的螺栓D₂的载荷高于靠近金属板固定端的螺栓D₁;按标准连接参数增大D₂直径(W/D₂减小)可以改善双钉连接孔边应力集中,提高初始强度和极限强度,过大的D₂直径会减小复材板的净横截面积,导致连接强度下降;摩擦系数增大会延缓复材板初始损伤的发生,导致整体刚度衰减显著延缓。     

多级轴流压气机二维性能预测方法

为了满足多级轴流压气机性能预估需求,在一个流线曲率程序基础上开展了经验、半经验关系式研究。通过对文献中的损失模型进行校验及融合,建立了相匹配的损失计算模块,并改进了端壁损失计算方法;研究了利用S₁流面计算修正S₂正问题的方法,解决了基于传统平面叶栅试验数据的攻角、落后角模型与先进技术叶型之间不匹配的问题,继而发展出了一个高精度的S₂正问题计算方法。为了验证计算方法,利用3个不同负荷水平的、经试验验证的多级压气机进行了校验计算。对比表明,发展的程序对多级压气机具有很高的计算精度和稳定性,可用于多级轴流压气机性能分析。     

纳米铝颗粒在二氧化碳气氛下燃烧的反应分子动力学研究

为研究核壳结构纳米铝颗粒(ANP)在CO₂气氛下加热与燃烧的过程,采用反应分子动力学方法 (ReaxFF MD)对原子扩散过程进行研究。加热前期,在热膨胀与电场力作用下,核心处的铝原子与壳层的氧原子间相互扩散,在ANP内部形成空腔;加热中后期,ANP在电场力与浓度梯度作用下,转变为均匀分布的亚氧化物(AlO,Al₂O等)。分析原子间化学键以及产物数量的变化趋势发现,未氧化的铝原子会抑制一氧化碳的产生。当CO₂进入ANP时,发生2Al+CO₂=Al₂OC+O反应,产生中间产物,游离的O原子优先氧化未反应的铝原子。当铝原子消耗殆尽后,亚氧化物与中间产物分别发生AlO+CO₂=AlO₂+CO和Al₂OC+2AlO₂=4AlO+CO反应产生CO。研究揭示了ANP在CO₂气氛下加热与燃烧阶段的微观反应机理,为Al/CO₂反应体系在火星探测领域的应用提供理论依...     

拉曼光频移对原子干涉测量中原子数的影响

冷原子干涉测量技术在重力加速度测量等领域已经超越传统测量方法,成为量子精密测量的重要发展方向。在干涉测量过程中,由于原子受到重力场影响,速度不断变化,因此激光相对原子具有多普勒频移效应。本文通过对原子跃迁概率及速度选择的理论分析,计算了在拉曼激光脉冲持续时间内,由于多普勒频移造成的原子跃迁概率改变。进而,具体计算了π/2-π-π/2干涉方案中,频移造成的有效原子数损失,及其对干涉条纹对比度产生的影响。     

吸附式压气机转子叶片气动优化设计

进行吸附式压气机转子叶片气动设计方法研究.提出通过迭代设计,应用三维流场计算结果提供S₂流面通流计算损失模型,提高了S₂流面流场计算精度;将最优化方法与数值模拟技术相结合,建立吸气与型面耦合的回转面二维叶型优化设计和三维叶片优化设计软件;应用所构建的设计软件,进行吸附式压气机转子设计,数值模拟结果表明:该转子在0.86的叶尖载荷下,设计点总压比为1.631、等熵效率为0.965,实现了高气动性能.      

基于TDLAS的电弧风洞流场Cu组分监测

电弧风洞是进行防热材料和防热结构考核与研究的必要设备，也是高超声速地面试验能力的重要组成部分，但电弧加热器的电极烧蚀会导致较为严重的流场污染，影响试验准确性。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），通过对20 MW级片式电弧加热器内部流场中Cu原子809.25 nm跃迁谱线进行实时测量，研究了电弧风洞流场中Cu污染情况和电极烧蚀情况。在获得Cu原子该谱线低能态数密度基础上，估算了运行功率分别在7.3、8.7、10.0和11.7 MW时流场中Cu组分（原子态和离子态）总数密度平均为10.6×10¹³、11.2×10¹³、11.7×10¹³和16.4×10¹³ cm^-3，同时得到平均电极烧蚀率约为1.65×10^-5 g/C。试验还发现，TDLAS信号在高温流场建立阶段起伏变化明显，并且在功率跃变时也会出现突然增强而后迅速回落的现象，表明电弧抖动会使电极烧蚀严重加剧。     

具有弯曲叶片涡轮级的性能预估方法

给出了一个以S₂流面流函数为主控方程的具有弯曲叶片的涡轮级性能预测的通流计算方法。此方法的损失计算中叶型损失采用S₁流面数值模拟方法得到,叶栅端部区域附近的二次流损失以及动叶叶尖漏气损失采用经验数据的方法估算。其中二次流损失的计算考虑了叶片弯曲对其大小以及节距平均的径向分布的影响。通过与实验数据的对比,表明此损失模型是可信的。      

固态原子自旋微波大功率激发天线设计

固态原子自旋磁传感器具有磁灵敏度高、体积小等优势,在精密测量领域具有很好的发展前景。面向高灵敏度固态原子自旋磁传感器对大功率高均匀微波激发天线的需求,设计了一种类环形磁耦合天线结构,通过增加不规则移相回路和环形开口结构使微波场在环形天线中心处叠加,产生大功率高均匀微波场。实验中,通过仿真得到该结构S₁₁参数为-20.8dB,微波非均匀性小于6%。同时,通过与传统环形天线对比测试,该类环形天线使固态原子自旋ODMR谱对比度提升了330%,相应的磁传感灵敏度提升了约450%,实现了对固态原子自旋磁传感结构的灵敏度提升,为高灵敏固态原子自旋传感测量技术提供了技术支撑。     

Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金，但其铸态强塑性不足。本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti₁₂](AlTi₂)}₁₂+β-{[Al-Ti₁₄](V₂Ti)}₅：首先通过改变β相团簇式个数为2，使合金成分偏向α-Ti，其次增加β相团簇式中V原子个数至3，提高了β-Ti结构单元稳定性，然后用不同个数Zr(x=1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti，最后得到了团簇式α-{[Al-Ti₁₂](AlTi2)}₁₅-β-{[AlTi_14-x Zr_x]V₃)}₂，设计了Ti-(6.64～6.82)Al-(2.42～2.35)V-(1.44～7.02)Zr (质量分数/%)合金，采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭，并用真空铜模吸铸成合金棒材，进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。结果表明：合...     

等离子体助燃对燃烧产物影响的实验

采用介质阻挡放电在燃烧实验段中产生等离子体,进行了等离子体助燃条件下丙烷/空气混合气燃烧过程影响因素及其规律的实验研究.测量了空气、丙烷/空气混合气介质阻挡放电的光谱特性,通过烟气分析仪测量燃烧产物成份,得到了燃烧产物中O₂,CO体积分数随时间的变化,研究了激励器放电电压、空气流量、丙烷流量对燃烧产物的影响.实验结果表明:等离子体助燃时,O₂和CO体积分数变化速率增大;稳定燃烧后O₂和CO体积分数小于常规燃烧的,燃烧效率提高;减小放电电压,增大空气、丙烷流量,等离子体助燃的效果减弱.      

激光熔覆TiCx增强钛基复合涂层组织与增强相第一性原理研究

采用同轴送粉激光熔覆技术原位合成了碳化钛(Ti C_x)增强钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、显微硬度计等表征与测试方法,同时结合第一性原理研究了Ni Cr-Cr₃C₂添加量与复合涂层微观组织和显微硬度的内在关联性,探究了C/Ti原子比对Ti C_x力学性能及热力学稳定性的影响规律。结果表明复合涂层的微观组织主要由β-Ti型有序固溶体(基体相)和Ti C_x(增强相)组成。Ni Cr-Cr₃C₂添加量对复合涂层中碳化钛的含量、尺度、形态特征有显著影响,且复合涂层上部和下部区域的碳化钛组织存在显著差异。Ti C_x的C/Ti原子比与其形态具有高度相关性,复合涂层中Ti C_x主要包括异形Ti C_0.2-0.4、树枝状Ti C_0.4-0.6、花瓣状Ti C_0.6-0.8及类球状Ti C_0.8-1.0。此...     

铌合金表面Cr2O3/MoSi2/CoNiCrAlY复合涂层抗熔盐腐蚀性能研究

采用超音速大气等离子喷涂技术,在铌合金基体上制备Cr₂O₃/MoSi₂/CoNiCrAlY复合涂层,在1 000℃下进行Na₂SO₄熔盐腐蚀性能测试实验,对涂层腐蚀前后的物相、表面形貌和微观组织进行分析,并对涂层的熔盐腐蚀机理进行解释。结果表明：喷涂态复合涂层层间结合紧密,其中Cr₂O₃阻挡层组织致密,喷涂过程中颗粒完全熔化,形成的阻挡层有少量孔洞;循环腐蚀200 min后,Cr₂O₃阻挡层表面生成颗粒状腐蚀产物Na₂CrO₄,残留网络状Na₂SO₄。腐蚀后涂层内未发现熔盐渗入,无明显裂纹,涂层失重仅为1.28 mg/cm²,抗熔盐腐蚀性能良好。     

Specific grinding energy and surface roughness of nanoparticle jet minimum quantity lubrication in grinding

Nanoparticles with the anti-wear and friction reducing features were applied as cooling lubricant in the grinding fluid. Dry grinding, flood grinding, minimal quantity of lubrication（MQL）, and nanoparticle jet MQL were used in the grinding experiments. The specific grinding energy of dry grinding, flood grinding and MQL were 84, 29.8, 45.5 J/mm³, respectively. The specific grinding energy significantly decreased to 32.7 J/mm³ in nanoparticle MQL. Compared with dry grinding, the surface roughness values of flood grinding, MQL, and nanoparticle jet MQL were significantly reduced with the surface topography profile values reduced by 11%, 2.5%, and 10%,respectively, and the ten point height of microcosmic unflatness values reduced by 1.5%, 0.5%,and 1.3%, respectively. These results verified the satisfactory lubrication effects of nanoparticle MQL. MoS₂, carbon nanotube（CNT）, and ZrO₂ nanoparticles were also added in the grinding fluid of nanoparticle jet MQL to analyze their grinding surface lubrication effects. The specific grinding energy of MoS₂ nanoparticle was only 32.7 J/mm³, which was 8.22% and 10.39% lower than those of the other two nanoparticles. Moreover, the surface roughness of workpiece was also smaller with MoS₂ nanoparticle, which indicated its remarkable lubrication effects. Furthermore,the role of MoS₂ particles in the grinding surface lubrication at different nanoparticle volume concentrations was analyzed. MoS₂ volume concentrations of 1%, 2%, and 3% were used.Experimental results revealed that the specific grinding energy and the workpiece surface roughness initially increased and then decreased as MoS₂ nanoparticle volume concentration increased.Satisfactory grinding surface lubrication effects were obtained with 2% MoS₂ nanoparticle volume concentration.     

激光选区熔化TC4合金在HF–H2O2体系的化学抛光研究

采用HF–H₂O₂溶液对激光选区熔化TC4合金进行化学抛光。以抛光前、后试样表面的形貌、粗糙度、光泽度、失重和减薄率为指标,探究抛光时间、H₂O₂浓度对样品表面抛光效果的影响。结果表明,随抛光时间增加,粗糙度逐渐降低,光泽度、失重率和减薄率逐渐提高;随H₂O₂浓度增大,粗糙度先降低后增大,光泽度、失重率和减薄率则先提高后降低。其中,在HF/H₂O₂体积比1:5、时间8 min时,钛合金表面的抛光效果较好,试样表面粘附的粉末完全去除,表面粗糙度Ra达到(3.5±0.3)μm、表面光泽度达到(80.3±0.7)GU,相对于打印态表面(Ra(13.3±0.8)μm、光泽度(0.9±0.3)GU)显著提升。同时也探讨了钛合金在HF–H₂O₂体系的化学抛光机理。     

等离子喷涂BSAS环境障涂层SiCf/SiC复合材料扇形燃烧室环境损伤行为

针对基于化学气相沉积工艺(CVI)的SiC_f/SiC陶瓷基复合材料扇形火焰筒,利用扇形燃烧室试验台进行燃气环境性能考核。其中,扇形火焰筒试验件由内/外环和左/右侧板组成,并在其流道表面采用大气等离子喷涂工艺制得BSAS/Mullite/Si 3层结构环境障涂层(EBC)。试验后,取样并分别利用力学性能测试、扫描电子显微镜和X射线衍射分析等手段进行分析,对试验件的力学性能、微观结构和表面相组成的演变进行表征。结果表明,喷涂态涂层主要由单斜结构钡长石BSAS相和BaAl₂O₄相组成。试验后,核心烧蚀区域主要由斜方晶系莫来石相Al₂(Al_2.8Si_1.2)O_9.6、立方晶系Si和六方晶系BaAl₂O₄相组成,可以观测到表面出现硅熔滴和残留孔洞。取样力学性能分析结果显示,涂层完整区域SiC_f/SiC复合材料的拉伸强度未受影响;核心烧蚀区域,SiC_f/SiC...     

具有弯扭叶片的燃气透平正问题计算方法

本文开发了一个实用的多级燃气透平S₂流面跨音正问题的计算程序,用它对一台燃气透平的改型设计进行了计算。通过计算研究了弯扭叶片在透平改型设计中应用的可能性;分析了不同的叶片弯曲方法给透平性能带来的影响;提出了对弯扭叶片的气动设计具有指导意义的意见。