“微藻-小白鼠”二元生态系统气体交换规律研究

为探讨“微藻-小白鼠”二元生态系统中氧气和二氧化碳交换规律,进一步评价空间微藻光生物反应器地面试验样机生产螺旋藻的能力,开展了螺旋藻和小白鼠的整合试验研究。将微藻光生物反应器和动物活动室组成气路闭环系统,试验期间连续监测系统中氧气和二氧化碳含量、小白鼠的活动状况、藻液pH变化以及藻体浓度含量等指标。试验结果表明,螺旋藻生长良好,系统闭环后促进了藻体的生长;从小白鼠的体征来看,小白鼠生活正常,但对小白鼠的生理影响还需深入研究。螺旋藻和小白鼠间能实现氧气和二氧化碳的完全交换,螺旋藻具有较强的吸收二氧化碳和放氧能力,可作为未来受控生态生保系统中的重要生物部件。     

光质对钝顶螺旋藻放氧效率及抗氧化剂含量影响的研究

为探究光质对螺旋藻放氧效率及抗氧化剂含量的影响规律,从而为CELSS中螺旋藻高效培养光照系统的建立提供理论基础,开展了钝顶螺旋藻在红、蓝、绿、黄、白五种LED光质处理下的培养实验,分析了不同光质对其生长速率、放氧效率和SOD、黄酮、VE、藻蓝素和类胡萝卜素五种抗氧化剂含量的影响规律。实验结果如下:1)红光处理下螺旋藻放氧效率可达161.7 mg·L~(-1)·k W~(-1)·h~(-1),较白光处理提高了32.64%,而黄光、绿光和蓝光处理下均低于70 mg·L~(-1)·k W~(-1)·h~(-1);2)蓝光处理下SOD活性、黄酮和VE含量最高,比白光处理分别提高了24.20%、57.45%和35.45%;绿光处理下藻蓝素含量最高,可达74.50 mg·g~(-1)。因此,红光最有利于螺旋藻放氧,可以作为螺旋藻培养光源的主要光质。蓝光有利于SOD、黄酮和VE合成,绿光有利于藻蓝素合成,可以作为光源的补充光质。     

类火星环境的低气压和水对发状念珠藻复苏的影响

为了考察发状念珠藻(发菜)在类火星表面半开放体系复苏的可行性,搭建了在线监测模拟类火星环境密闭体系内发菜复苏时放氧速率的试验装置,并考察了水对发菜光合放氧复苏的影响。结果显示,在气压超过5℃、15℃、25℃所对应的水饱和蒸气压时,发菜放氧最高速率分别为5、7和10μmol O_2·h~(-1)·g~(-1)(DW),分别是发菜最大放氧速率的1%、2%和3%;而在气压低于相应的水饱和蒸气压时,发菜放氧平均速率分别下降为1、2和3μmol O_2·h~(-1)·g~(-1)(DW),且随着反应时间的延长,发菜在5℃放氧速率下降为0;然而,在5℃,气压为1.7~1.9 k Pa,加入10 mL BG11时,发菜放氧速率最高上调至12μmol O_2·h~(-1)·g~(-1)(DW)。以上结果显示,水对发菜在类火星表面半开放体系复苏的影响大于气压。     

模拟月壤对蓝细菌生长特性的影响

阐明地球生物在月球环境中的适应性是未来月球探索和基地构建所面临的重要课题,为此以蓝细菌为实验材料,对其在模拟月壤cas-1中的生长状态进行了研究,从生长速率、细胞形态、细胞色素含量等方面表征了月壤对蓝细菌适应性的影响。实验结果表明,四种实验蓝细菌的生长能够适应模拟月壤的影响,其生长速率在模拟月壤处理中保持与常规培养基相似的生长曲线;模拟月壤颗粒上附着生长的菌体形态与对照相比无明显变化;模拟月壤处理后的菌体内色素含量与对照条件下培养的结果无显著差异。该结果对于未来开发月壤资源和构建月球基地受控生态生保系统具有重要意义。     

中国受控生态生保技术研究进展与展望

建立受控生态生保系统是开展长期载人深空探测和地外星球定居与开发的重要保障条件。中国受控生态生保技术已有二十余年的发展历史,走过了从概念研究、单项关键技术攻关到系统集成技术攻关的过程,以及从地面模拟试验到飞行验证的过程,取得了阶段性重要成果。就中国受控生态生保技术的发展历史、现状水平、当前仍存在的主要技术瓶颈问题和下一步的主要发展思路和重点发展方向等进行了综合介绍与分析,以期推动中国受控生态生保技术深入发展,尽快满足载人深空探测对环控生保技术的实际应用需求而发挥参考与借鉴作用。     

小型低压蔬菜培养装置研制

针对开展模拟低压高氧条件下蔬菜气体交换技术研究的需求,通过结构系统、温湿度与通风控制系统、大气总压与分压控制系统、植物培养系统以及测量与控制系统的设计,研制了小型低压蔬菜培养装置并进行了验证试验。结果表明,研制完成的小型低压蔬菜培养装置,运行稳定,环境参数如温度、湿度、总压、氧和CO_2分压等均能进行有效的测量和控制;装置各项实际性能指标基本满足设计和试验要求,可用于低压高氧蔬菜培养试验,为建立低压环境受控生态生保系统奠定了一定的技术基础。     

基于任务需求和ESM分析的受控生态生保系统植物部件品种规划

针对任务周期长、距离远的长期载人深空探测,长期地外生存等任务要求建立受控生态生保系统,通过合适的植物部件利用当地资源进行空间作物生产。利用等效系统质量方法,比较了地球携带食物补给和受控生态生保系统植物部件就地生产两种补给模式的优劣。从受控生态生保系统角度讨论了主食、果蔬和蛋白质-脂肪等食物需求与植物部件设计的关系,对1~2年任务周期的深空探测飞行任务首先应配备小量蔬菜栽培装置。可以利用太阳光时,2年以上即可建立植物部件生产果蔬;15年以上方可生产粮食作物;而只能利用人工光源时,3.4年以上的深空探测任务才适合植物部件供应新鲜果蔬,而主食则需要76年以上。油料作物的空间生产在目前技术条件下不具备应用可行性。     

我国月球基地受控生态生保系统物质流调控分析研究

针对载人深空探测和月球火星等地外星球定居与开发对生保物资持续再生供应的需求,基于国内外多年的载人航天受控生态生保技术研究经验和我国的载人航天发展形势,提出未来我国月球基地环控生保系统的基本规模、驻留人员和时间等边界约束条件设想(乘组规模约为6人,大气、水、食物及废物循环闭合度分别为100%、100%、95%和95%),以此为基础进行了其中大气、水、食物和废物等物质流配置的分析与计算,并提出其动态平衡调控方案。该工作以期为将来在我国的月球基地等环控生保系统中实现物质流的长期高效与安全可靠调控发挥参考作用。     

极端低气压处理后低温高温交替对发状念珠藻的光合生理活性的影响

为考察发状念珠藻在类地行星环境中生存的可行性,搭建了模拟类地行星环境的极端低气压实验装置,并研究极端低气压与低温-高温交替作用对发状念珠藻光合生理活性的影响。结果显示,在气体组成为CO_2和N_2(体积比为95∶5)的氛围中,在-20℃、100 Pa、600 Pa和1200 Pa气压下,分别处理发菜4天、7天、15天、30天和60天,发菜的呼吸和光合放氧速率与未处理样品没有差别。此外,不同气压下,-20℃到25℃交替处理发菜10天、20天和30天,发菜的光合及呼吸速率与正常相比也没有差异。以上结果表明,发菜能够生存在极端低气压下的低温-高温交替环境。通过分析样品的脂肪酸组成和游离脯氨酸含量发现,处理后样品的游离脯氨酸含量升高,脂肪酸组成也发生了相应的变化,这些变化是维持发菜耐受极端低气压和低温-高温交替的物质基础。     

短期低压低氧下莴苣的气体交换、超微结构和抗逆特性

为探索低压低氧环境中培养植物的可行性,研究了短期低压和低氧对莴苣气体交换、叶片超微结构和抗逆特性的影响。将莴苣植株(25天株龄)在两种总压(101 k Pa和30 k Pa)和三种氧分压(21 k Pa、6 k Pa和2 k Pa)条件下进行了1小时和24小时平衡处理。发现短期低压和低氧均未影响莴苣植株生物量、根冠比、含水量和大部分矿质养分含量;短期低氧(6 k Pa或2 k Pa)提高莴苣叶片光合速率,增加可溶性糖和丙二醛的含量,但降低暗呼吸速率,并且2 k Pa氧分压导致线粒体变形和蒸腾速率下降;短期低压处理(30 k Pa)增加暗呼吸速率和蒸腾速率,减少可溶性糖和丙二醛的含量。研究表明,莴苣可以在短期低压低氧环境中生长,但短期低氧(6 k Pa或2 k Pa)造成莴苣逆境胁迫,而低压(30 k Pa)能够提高其抗逆性。     

红蓝LED光照强度对密闭生态系统中生菜生长状况及光合速率的影响

研究利用红蓝LED进行不同光照强度下的生菜培养实验。通过设置不同生长期的对照试验,确定了CELSS中生菜的最佳收获期。试验结果显示,生菜光合速率（Pn）和产量均随光照强度增加而上升,但增幅逐渐变小;通过公式拟合,光照强度达到556μmol·m-2·s-1时,继续增加光照强度产量不再增加,同时光能利用率随着光照强度的增加而降低。在保证生菜供氧能力及产量满足乘员对氧气、食物需求的前提下,选择合适的光照强度水平,可有效提高系统的能源利用效率。出苗后第40天为最佳收获期,此时收获,生菜的日产量和光能利用率最高,营养品质最好。     

微藻反应器用于水气净化与产氧的功能验证

将微藻和电去离子技术引入密闭生态系统,设计单元反应器旨在验证其在空气再生、水净化和潜在食物的生产。在反应器中对尿液进行消解和NH4＋硝化转化得到超过90%NH4＋-N硝化为NO-3-N-的培养液适宜于螺旋藻养殖并获得高质量的微藻生物量;此时,CO2的平均吸收速率VCO2=458.6 mL/m3·min、O2产生速率VO2=616.5 mL/m3·min,即螺旋藻的同化系数VCO2/VO2≈0.74,接近人的呼吸系数VCO2/VO2=0.86;EDI法水净化率97%可直接回用。结果表明：该体系能实现CO2吸收、O2释放和螺旋藻生物量的生产,同时将水净化。     

与飞机融合的单边膨胀喷管排气系统

单边膨胀喷管（Single Expansion Ramp Nozzle,SERN）是1种新型的排气喷管,具有可以有效抑制航空发动机排气系统的红外辐射和雷达反射截面积、后体阻力小、质量轻、增加飞机的敏捷性和可操控性等优点。运用计算流体力学/红外辐射（CFD/IR）数值模拟的方法,采用标准k-ε湍流模型和标准壁面函数,研究了轴对称喷管、单边膨胀喷管和开缝冷却单边膨胀喷管的排气系统与机身融合后的红外辐射特性空间分布规律。结果表明：单边膨胀喷管大幅度降低了排气系统尾向红外辐射峰值,其降幅达到60%以上,说明了单边膨胀喷管与后机身融合、遮挡内部高温部件,从而降低了尾向红外辐射的卓越红外抑制效果。     

非烧蚀型防热材料烧蚀性能初步试验研究

介绍了在CARDC等离子体风洞中开展的非烧蚀型防热材料超高温陶瓷（UHTC）的试验研究结果。对Ф20mm平头圆柱体试验模型,采用亚声速驻点试验技术,在驻点热流478W／cm2,气流焓值27．9MJ／kg,环境压力18kPa条件下,分别对代号C（15、10）型、Y型、S（30、15、10）型3种材料模型进行了试验研究,并对模型试验前后的长度变化、质量变化以及模型表面温度进行了测量,初步分析了模型的表观变化、抗氧化特性和表面辐射特性。结果表明：Y型模型试验前后表观变化不大,表面温度达到1930℃;S型模型表面生成一层薄氧化层,稳定情形下模型表面温度达到1964℃;C型模型表面烧蚀严重,模型表面温度达到2462℃,防热性能最差。     

直升机机内PWM照明调光系统产生音频干扰问题的研究

在直升机机内照明调光领域，国外军机已广泛采用脉冲宽度调制（PWM）调光方式。PWM调光方式相比传统线性调光方式具有以下明显优点：效率高，调光范围宽，功耗小，带载能力强，附加损耗小等。但PWM调光系统的不足是电磁辐射，尤其会对机内通话系统产生音频干扰，在机通耳机中会出现明显干扰声，影响机内通话质量。本方案能有效抑制PWM...     

施放深度对气泡水体携带能力影响的实验研究

水中上升气泡对周围水体的携带能力受多方面因素的影响,由于测量手段缺乏等原因,其影响规律研究一直是两相流领域的难点。引入气泡上升携带水量的概念表征其水体携带能力的大小,进而利用专门设计的实验装置,采用双液分离测量法,调整喷嘴至27．5～52．5cm之间的不同施放深度,进行气泡上升携带水量的测量实验。结果表明：在注气量（20ml）和注气速度（3ml／s）等一定的条件下,随着气体施放深度的增加,气泡水体携带能力呈现缓慢增强并逐渐稳定的总趋势,但其间（施放深度约35．0～45．0cm）该能力会略有下降,并有极小值出现;且在绝大多数情况下,小口径喷嘴生成气泡的水体携带能力稍强。上述结论可为化工等领域工程应用中设计合理气体施放深度、确定最佳喷嘴口径等问题提供参考依据。     

共轴双旋翼桨毂减阻初步分析研究

基于CFD方法对不同构型的共轴刚性双旋翼桨毂阻力特性进行了对比分析研究,得出了桨毂气动阻力随不同曲线构型桨毂整流罩和不同构型连接轴整流罩的变化规律,建立了共轴双旋翼桨毂气动减阻方法.分析结果表明：构型3（钝椭圆＋翼型形状）的桨毂阻力比构型2（钝椭圆＋圆柱形）的桨毂阻力减小19％,构形3（钝椭圆＋翼型形状）桨毂阻力比构型1（尖椭圆＋圆柱形）桨毂阻力减小30％,构型3（钝椭圆＋翼型形状）为最佳减阻构型.     

三角形幅度激励的单脉冲阵列方向图

 文中讨论了离散元等间距排列成单脉冲阵列的和差方向图函数。激励幅度的包络是等幅、三角形和倒三角形（V形）分布。人们利用Z变换法或有限Z变换法已获得了紧凑的阵因子表达式（4）,S（z）=F（2）-G（z）。这里利用G（z）简洁公式（8）,有时兼用位移定理,只以单边Z变换求出S（z）,而不管包络函数对称与否。给出了计算例子。对和方向图还进行了实验研究,在主波瓣范围内实测数据同计算结果吻合得较好。差方向图也被实验验证过。     

滚动轴承加工质量与振动的灰色关联度

已经证明零件的加工质量对轴承振动会产生一定的影响,但现有的研究没有比较各种质量指标对轴承振动的影响程度。为此,通过实验研究,比较并评价不同性质的加工质量指标对轴承振动的影响程度。在研究中,采用两种航空轴承。考虑到统计理论的适用条件,采用了灰色系统理论。研究结果表明:结构尺寸误差参数对轴承振动的影响比较大,宏观形状误差参数和微观形貌参数对轴承振动的影响比较小。这表示轴承的宏观形状误差和微观形貌误差已经达到比较高的质量水平,以至于对轴承振动的影响不再成为主要因素,而轴承的结构尺寸参数及其公差存在着设计方法上的一些问题,从而成为影响轴承振动的主要因素。     

TiNiMo形状记忆合金的相变、形状记忆效应与力学性能研究

研究了TiNiMo形状记忆合金的相变特性、形状记忆效应和力学性能,结果表明:TiNiMo合金存在一个R相变,Mo的加入降低了TiNi合金的马氏体相变开始温度（Ms）,Ti50Ni48.5Mo1.5和Ti50Ni48Mo2.0合金的Ms分别达到了-85℃,-103℃,这两种合金分别在8.51%和8.26%的预应变下获得了8.06%和7.71%的形状记忆效应。Ti50Ni48Mo2.0合金的屈服强度和抗拉强度分别为589MPa和799MPa,比Ti50Ni48Fe2.0的相应强度分别高73%和31%,同时Ti50Ni48.5Mo1.5的力学性能也较为优异,因而TiNiMo合金是很有发展潜力的新型的记忆合金接头材料。