基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统性能分析

为了实现航空碳减排的时代需求,亟需在航空燃料体系和航空动力系统方向实现技术革新。本文提出了基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统方案,甲醇通过机载在线催化重整制氢为燃料电池供氢,燃料电池和内燃机发出的电能带动电动螺旋桨进行工作。进行了模块化建模方法和混合动力系统性能仿真分析研究,结果表明：混合动力系统的发电效率达到了55%,相比甲醇内燃机有了15%绝对值的效率提升,有助于降低燃料消耗。进行了混合动力系统性能参数影响规律分析,结果表明：混合动力系统的效率随着压比的增大而提高,随着燃料利用率的提高而呈现先升高后降低的效果。进行了混合动力系统的?分析,结果显示：混合动力系统中?效率最高的部件是燃料电池,?损最大的部件是重整器。质量分析结果表明：混合动力系统的功率密度达到0.488 kW/kg。     

燃料电池研究新进展

燃料电池供电效率高,可降低飞机的燃油消耗量,减少污染物排放,是未来全电飞机的关键设备之一。     

可逆固体氧化物燃料电池性能的数值模拟研究

可逆固体氧化物燃料电池(rSOFC)可正向工作放电和反向工作电解。船舶排放污染和化石资源枯竭的问题使rSOFC在船舶动力推进上的运用具有较好的前景。本论文利用流体力学理论描述rSOFC多物理输运过程、水气反应（WGS）和电化学反应,并采用Ansys/ Fluent建立了二维单通道rSOFC的数值模型以研究合成气为燃料的rSOFC电极厚度和气体组分等因素对电流密度、WGS反应速率和燃料利用率等性能的影响。结果表明,电极的厚度和气体组分等参数对rSOFC宏观性能有较大影响;WGS在rSOFC反应过程中起着重要作用;在双模式运行下,C/H元素比的增大会改善电流密度和电化学反应的不均匀分布。本研究对理解rSOFC可逆运行工况的性能以及在船舶推进系统的应用有着重要的意义。     

质子交换膜燃料电池驱动直流电机转速性能的动态仿真模型

燃料电池具有能量转化效率高、低噪声、低排放、稳定可靠等优点,被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统.燃料电池已经成为无人机、轻型飞机的主动力,并用于大型客机的辅助动力装置.本文设计了应用质子交换膜燃料电池直接驱动直流电机和螺旋桨的方案,并利用Matlab/Simulink构建了仿真模型,模拟燃料电池的动态输出特性以及电动机的转速特性.该模型可以为燃料电池飞行器的研发提供参考数据.     

镀镍碳纳米管的制备及电磁性能

将碳纳米管经过纯化、敏化、活化处理后,采用化学镀方法制备镀镍碳纳米管,利用DSC分析出合适的热处理温度,然后在惰性气体保护下进行退火处理.利用TEM、EDS、XRD对退火前后镀镍碳纳米管的形貌、元素组成、结构进行表征.结果表明:碳纳米管表面被成功镀上了一层镍磷合金,热处理后镀层更光滑,并发生晶化反应得到晶态镍,使得电磁性能得到较大提升.电性能测试表明,镀镍碳纳米管的电导率为450 S/m,热处理后提高到1400 S/m.磁性能测试表明,镀镍碳纳米管热处理前后均表现为软磁性,热处理前饱和磁化强度为2.753 emu/g,热处理后提高到11.254 emu/g.     

吸热型碳氢燃料用SAPO-34催化剂的合成与性能

采用三乙胺为有机模板剂，异丙醇铝为铝源，硅酸四乙酯为硅源，用水热法合成新型SAPO－34硅磷酸铝分子筛催化剂。通过X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等方法对该新型催化剂的结构进行了分析，并研究了其热稳定性、表面组成及催化性能。实验结果表明，SAPO－34分子筛催化剂有高的不饱和烯烃选择性，说明是一类很有发展前景的吸热型碳氢燃料用的催化剂。     

吸热燃料裂解催化剂CuAPSO-34的合成及性能

采用Cu离子对硅磷酸铝分子筛SAPO－34进行离子改进,成功合成出CuAPSO－34分子筛。通过XRD,SEM,EDX及NH3－TPD等分析手段对改性分子筛进行结构及酸性的表征和对照分析,表明Cu的掺入较好改变了SAPO－34分子筛的微观结构及表面酸性。通过对吸热燃料模型化合物－正庚烷进行催化裂解的对比试验,获得了转化率和低碳烯烃的收率数据。结果表明CuAPSO－34能明显提高催化活性,大幅降低裂解温度;且在经济裂解温度区间500℃－600℃对低碳烯烃的选择性亦有所提高,因而吸热 燃料能够提供更高的热沉。     

聚醚醚酮/多壁碳纳米管复合材料的凝聚态结构与交流电性能

利用同体合金化方法,制备了不同质量比的聚醚醚酮(PEEK)/多壁碳纳米管(MwNT)复合材料,通过场发射扫描电镜观察了凝聚态结构;对比研究了缓冷和速冷模压成型复合材料的熔融吸热峰和热焓的变化、交流电性能参数.结果表明:固体合金化方法能实现MWNT在PEEK基体中的短切与良好分散,有利于导电网络的形成:添加MWNT可促使低温晶相的形成;随MWNT含量的增加,PEEK/MWNT复合材料低温结晶相的熔融峰更加明显;速冷成型能降低复合材料的结晶度,增大晶粒尺寸分布,促进不同尺度晶粒晶界处形成不同长度MWNT的导电网络,有效降低材料的电阻和体系的逾渗阈值;PEEK/MWNT复合材料的交流电性能参数随频率和MWNT含量的变化而变化,但缓冷成型和速冷成型具有不同的临界频率和逾渗阈值.     

热处理前后包覆Co及Co/Fe碳纳米管电磁性能的研究

表面包覆金属Co及Co-Fe多壁碳纳米管是一种比重较轻的电磁吸收剂,通过对包覆金属Co及Co/Fe的多壁碳纳米管进行700℃下的热处理,研究了对其电磁性能的影响。分别采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能谱仪(EDX)和X-射线衍射仪(XRD)对包覆Co和Co/Fe碳纳米管表面组成和结构进行了表征;用网络矢量分析仪和振动样品磁强计(VSM)对Co和Co/Fe包覆的碳纳米管的电磁性能进行了测试,并通过计算分析了其微波吸收性能。结果表明热处理能改善包覆Co和Co/Fe的碳管在高频范围的微波吸收性能,并提高其饱和磁化强度,降低矫顽力。     

碳纳米管力学性质的理论研究进展

自从碳纳米管发现以来，其优异力学性质(小尺寸、低密度、高强度和高韧性)引起了人们的广泛关注，研究者们针对起各种力学行为进行了实验和理论上的大量研究。本文对碳纳米管力学性质的理论研究进行了回顾。首先简要的介绍了一下各种用于碳纳米管力学性质研究的理论方法，包括原子学方法和连续介质方法；然后对各种理论研究结果作了详细的综述，主要关注的是碳纳米管的扬氏模量、结构的影响、强度及塑性性质。本文对今后理论研究的方向作了初步展望。     

从生物燃料到燃料电池，航空能源将多样化

替代能源在2009年始终都是热门的话题．其中一条重头消息是,2009年年中,瑞士的“太阳动力”飞机完成了36小时的“昼夜”飞行。这种用太阳能为动力的飞机,预计在2012年将做世界环球飞行。     

催化剂及加入方法对HTPB复合推进剂燃烧性能的影响

通过热重分析(TG),差热分析(DTA)、高压差热分析(HPDTA),对三种催化剂(亚铬酸铜C,C、铜的有机络合物TP和铜、铬、铅盐的混合物TX)、催化剂和胶的混合物、催化剂和高氯酸铵(AP)的混合物、催化剂与AP的共同结晶物(简称共晶)的热解特性进行了研究.还对配方相同,仅催化剂加入方法不同的HTPB推进剂及不同部位、不同方法加入催化剂的AP-HTPB夹心件作了燃速测试.实验研究的结果表明:三种催化剂对AP的凝相放热反应均有加速催化作用:在AP结晶中加入催化剂的催化效率高于以混合方法加入催化剂的催化效率,进而对其机理作了探讨.     

燃料串/并联的航空SOFC-GT混合系统性能对比分析

固体氧化物燃料电池-涡轮(SOFC-GT)混合系统作为电推进飞机的动力源时,会面临低温低压的大气环境以及对重量有严苛的要求,因此通过优化系统构型使得该混合系统满足航空应用是一种有效的解决方式。为此本文提出了燃料并联和串联的两种SOFC-GT混合系统构型,并从热力循环理论、系统热力学性能以及系统功重比等方面依次对其进行了对比分析。结果表明,并联系统的热力学性能要优于串联系统,对于系统发电效率、比功和功重比分别提高3.32%,113.14%和34.04%,CO₂排放率降低3.22%。随压比的提升串联系统的效率存在最优点,随燃烧室温度的提升并联系统的效率持续下降。在空燃比为4～6的变化范围内,串联系统的输出功率变化幅度更大,相对并联系统为116.29%～87.11%。除此之外,虽然SOFC-GT混合系统的功重比相对较低,但基于其优异的效率,在系统能量密度方面整体要优于锂电池,这有利于提升电推进飞机的性能。     

分散方法对碳纳米管/环氧树脂性能的影响

使用超声波振荡法和超声波破碎法两种方法制备了不同含量的碳纳米管/环氧树脂,分析了分散前后碳纳米管的形态,对比了分散方法对环氧树脂固化特性、流变性能、热性能、力学性能的影响,并研究了产生这种现象的机理。研究结果表明:超声破碎分散的CNTs形貌发生一定的变化,分散方法对树脂的固化特性、流变性能影响不明显,但是对树脂的玻璃化转变温度、力学性能影响较为明显。     

电控汽油喷射改善小型无人机发动机性能的研究

电控汽油喷射能有效地改善发动机的性能,特别对小型无人机发动机,可以实现空中飞行过程中对发动机各参数的实时控制。本文以试验研究为手段,介绍了电控汽油喷射在小型无人机发动机上应用研究的初步成果,然后从理论上分析了电控汽油喷射改善发动机性能的因素和潜力,并且强调了它在小型无人机发动机上应用的重要性。     

碳纳米管改性对碳/ 环氧复合材料层间性能的影响

研究了在碳纤维织物上生长碳纳米管的改性对环氧树脂基复合材料层间性能的影响,对比了有无碳纳米管的碳纤维复合材料的层间剪切和弯曲性能,并采用碳纤维表面结合碳纳米管膜的方法研究了碳纳米管对碳/环氧复合材料层间性能的影响。结果表明,由于生长的碳纳米管长度过长(10μm)、末端无序排列为笼状,树脂无法进入碳纳米管内部,碳纳米管无法发挥增强作用,同时由于碳纳米管过长,复合材料内部缺陷增多,使得四种生长碳纳米管的碳纤维复合材料层间性能均有下降;而碳纳米管膜与碳纤维和树脂基体结合较好,使得复合材料层间剪切强度提高12%。     

基于金属铝水反应的固体氧化物燃料电池/氦氙布雷顿循环动力系统研究

为提高闭式动力装置续航,本文建立了一种基于金属铝水反应的闭式布雷顿循环与固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)联合动力装置。本文以100 kW为输出功率为设计目标进行数学模型的建立,通过布雷顿循环与SOFC循环换热特点进行迭代分析,分别以最大化铝水放热量和提高铝水反应热品质为目标搭建了两个动力系统,并确定了联合动力装置的功率分配和主要参数的设计。结果表明：以提高铝水反应热品质为目标的系统在效率和能量密度方面更具优势。SOFC输出功率占50.98kW,布雷顿循环占49.13kW,系统发电效率为40.02%。     

碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响

用浇铸成型法制备了碳纳米管／环氧树脂复合材料，研究了其力学性能，并探讨了该材料的微观结构与性能之间的关系。结果表明，碳纳米管对环氧树脂具有明显增强增韧作用。在碳纳米管加入量为3.0％(质量分数)时，复合材料的综合性能较好，拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率较纯树脂分别提高了90％-100％、60％-70％、150％-200％。