微重力煤粉燃烧实验装置的研制

介绍了一种空间煤粉燃烧实验装置, 用于研究微重力条件下煤粉颗粒群的热解、气化、着火、挥发的析出与焦碳燃烧及其燃尽等燃烧特性. 采用间断式喷入方式, 当炉膛内温度达到设定值时, 将煤粉通过一定氧气比例的空气喷入, 观察并记录煤粉在炉膛中的燃烧过程. 燃烧完成之后, 测量燃烧产物中的气体成分和含量. 给出了利用该装置在地面进行煤粉燃烧实验的结果. 详细介绍了该实验装置的系统构成、工作原理、工作过程, 并提出了进一步改进的方案.      

激光与热丝点火对多组分液滴着火及燃烧的影响

采用挂滴方法,实验研究多组分单液滴的着火和燃烧特性,考察激光和热丝两种点火方式对液滴燃烧速率、火焰形貌及着火延迟时间的影响.实验结果表明,随着热丝点火时间增加,燃烧速率因液滴周围自然对流增强而加快.常重力下液滴火焰为包覆型火焰,火焰高度与液滴初始直径之比的最大值约为18.当t/t_b>0.4时,尚处于热丝加热阶段的火焰高度比没有热丝加热的高约5D₀,比激光关闭后的火焰高度高5~10D₀.与热丝点火相比,激光点火响应迅速,对液滴附近气体干扰小,是地面上比较理想的点火方式.固定激光脉冲时间,随着激光强度的增加,单液滴的着火延迟时间缩短.      

发动机喷嘴表面化学改性抗结焦积碳

针对航空发动机喷嘴产生大量结焦积碳并影响其技术性能和使用寿命的问题,采用化学强氧化-阴极还原法,在航空发动机喷嘴材料表面制备了稳定的富铬氧化层.利用扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪对样品表面表征,开展静态结焦质量评定和动态航空发动机台架燃烧实验,探讨化学改性抑制结焦积碳的机制.结果表明,材料表面平整,氧化膜颗粒排列堆积紧密;喷嘴材料的抗结焦性能与其表面成分和界面张力密切相关;静态抑制结焦率最大约12.5%,动态燃烧实验效果更显著.     

SJ-10卫星固体材料燃烧实验装置

为对微重力条件下固体材料着火和火焰传播特性进行研究,研制了实践十号（SJ-10）卫星固体材料燃烧实验装置.利用空间高真空条件,采用实验段内气体环境更新和控制技术,实现了在有限实验空间内对多个实验样品进行研究,并提供准确可控的实验环境条件（氧气浓度和气流速度）.通过地面试验验证,该装置可通过实验样品、氧气浓度、气流速度、点火方式等实验参数的灵活组合,实现空间实验机会的充分利用和预定科学目标.      

超燃燃烧室等离子体点火和火焰稳定性能

为了研究热等离子点火器在超燃冲压发动机中的应用,在来流马赫数2.0工况下,针对乙烯和氢气两种燃料,进行了超燃环境中等离子体点火的试验和仿真研究.在来流总温1 500~1 950 K,燃料当量比0.1~0.55范围内对等离子点火器的点火和改善燃烧性能的性质进行了详细分析.结果显示:对于氢气和乙烯燃料,等离子体点火器使两种燃料的点火性能均得到明显改善,点火延迟时间大大缩短,燃料着火范围扩大、贫燃极限当量比降低.但未观察到其在加速掺混以及改善燃烧性能方面的明显作用.进行了与乙烯燃烧试验对应的数值仿真工作,选用了两种乙烯化学反应模型进行对比研究.仿真结果显示:8步9组分反应模型与试验结果符合较好,而3步6组分反应模型过高的估计了反应剧烈程度,燃烧室压力值偏高,压力起始上升位置偏向上游.所用的8步模型比3步模型更适合于超燃燃烧室中乙烯反应的模拟.     

Ti对Nb基合金高温抗氧化性能的影响

氧化物的体积与形成该氧化物消耗的金属的体积之比(PBR,Pilliing-Bed-worth Ratio),是判断氧化膜完整性的一个重要判据,是氧化膜内产生生长应力的主要因素之一.基于合金氧化行为建立了一个简化的氧化模型,给出计算合金单一氧化膜PBR的计算式,估算了Nb2O5,Ti2Nb10O29,TiNb2O7,TiO2的PBR.研究表明:在Nb基合金中加入合金化元素Ti,合金的高温抗氧化性能得到改善.实验表明:随着Ti含量的增加,合金氧化膜中氧化产物的种类和含量发生变化,致使氧化膜的PBR发生改变.随着Ti含量的增加,氧化膜的PBR值逐渐减小,致使氧化膜的完整性提高.     

航空发动机喷嘴结焦积碳的性质

针对航空燃料燃烧时会在航空发动机喷嘴处产生大量结焦积碳,影响航空飞行器的飞行安全和使用寿命这一问题,研究了某型航空发动机喷嘴零部件上结焦积碳的生成情况.采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscopy)、能谱仪(EDS,Energy Disperse Spectroscopy)以及X射线衍射技术(XRD,X-ray Diffraction)对结焦积碳的微观形态和性质进行了分析.结果表明:喷嘴零部件上生成的结焦积碳主要有两种形态:一种是丝状焦,另一种是颗粒状焦.其中,丝状焦只出现在零部件表面较光滑的位置,包括短纤维丝状焦和不定形丝状焦,是由金属催化作用所形成的;其形成与喷嘴零部件的结构、材质及表面粗糙度有关.颗粒状焦则主要集中在活塞表面,包括颗粒团聚状焦和颗粒分散状焦,是由催化作用与燃料热裂解共同作用所形成的.      

线结构光传感器标定点获取方法研究

提出了一种基于双重交比不变性的线结构光传感器标定点获取的方法,利用该方法和设计的标定靶标,可方便的获取大量的高精度的标定点,解决了线结构光传感器标定点不易产生且数量少的问题,从而可以在一定程度上提高标定的精度.仿真结果表明该方法是可行的.      

智能交通系统中路况信息的编码

 根据提出的一种交通量生成模型所产生的仿真数据,对城市交通中路况信息数据流的信源编码进行了研究. 压缩数据的方法是对初始信源等效变换,使变换后等效信源的概率分布比原信源更加有序,熵值更小,从而压缩率更高. 传输时还要对等效信源使用霍夫曼(Huffman)算法编出即时可译码,使该变长码的平均码长接近熵值. 给出的编码方案可用于智能交通系统(ITS)的车辆导航中对路况信息的传输.     

基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系,该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）获得特定方向图的激励频谱能量分布,然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征,采用交叉选取子阵激励的方法,确定各子阵单元位置,使得阵列天线单元激励能量均匀分配,从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值（PSL）,实现低旁瓣,同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明,通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法,通过控制各子阵主波瓣指向,能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。      

刚性太阳电池阵基板的研究

文章简要地叙述碳纤维复合材料刚性太阳电池阵基板的结构设计,理论分析,模态试验和振动试验。理论分析和试验结果比较一致。通过试验还解决了基板各种复合材料的力学性能测试问题,取得了必要的数据。     

空间尘埃的充电过程及与等离子体参数的关系

考虑了地球附近的彗星、行星环、行星际介质等空间尘埃等离子体环境中尘埃颗粒的充电问题．应用典型的空间尘埃等离子体参数，计算了不同种类的尘埃颗粒，以及不同等离子体成分下等离子体中尘粒的平衡电势，得到了尘埃颗粒的平衡电势与尘埃等离子体成分、温度，及其他等离子体参数之间的相互关系．     

非均匀间距的低副瓣宽带微带阵列天线设计

为降低天线副瓣电平（SLL）和展宽带宽,设计了一款谐振频率为14.25 GHz的16阵元非均匀间距的耦合馈电微带阵列天线。天线采用多层设计,通过在接地板开矩形槽进行耦合馈电,并引入空气层,降低天线Q值,增大带宽。区别于均匀间距阵列天线的激励幅值加权,从阵元间距角度入手,利用差分进化算法降低副瓣电平,构建非均匀间距并联线阵天线。用槽面辐射的能量近似代替阵元接收的能量,观察阵元功率分配情况,并建立馈电网络所有馈线段的数学关系,保证非均匀间距条件下所有阵元为等幅同相激励。测试结果显示,天线在14~14.5 GHz范围内电压驻波比小于2,满足了卫星动中通的带宽要求;工作带宽内增益大于16 dB,副瓣电平低于-16 dB,性能优于均匀间距阵列天线。      

Use of coated silicon field emitters as neutralisers for fundamental physics space missions

Spacecraft neutralisers are required as part of the ion propulsion system for accurate station keeping in fundamental physics missions. This paper describes the use of thin layers of insulating materials as coatings for the gated silicon field emitter array structure used in a spacecraft neutraliser. These thin coatings are postulated to reduce power consumption and reduce overheating. The power consumption and lifetime of aluminium nitride and amorphous hydrogenated diamond-like carbon coatings have been tested by current–voltage and endurance tests. Diamond-like carbon coatings were promising, performing better in endurance tests than uncoated samples, but further work is required to characterise the coating’s physical properties and its effects on field emission. The thermal conductivity of the coating material had little effect on measured sample lifetimes. Aluminium nitride had reduced power consumption compared to diamond-like carbon coated and uncoated samples. A thin (∼5 nm) layer of aluminium nitride was found to be optimal, meeting European Space Agency specifications for the neutraliser engineering model.     

紧凑型毫米波双极化阵列天线

设计了一种紧凑型毫米波双极化微带阵列天线.首先对双极化天线单元进行了优化设计,该天线单元采用共面微带线馈电和缝隙耦合馈电相结合的混合馈电方式,单元采用反相馈电技术,既提高了天线极化隔离,同时也简化了天线结构.其次,采用并联馈电方式进行天线阵列设计.最后,对该天线阵列进行了加工测试,结果表明该天线驻波比小于2.0,极化隔离大于35 dB,水平极化增益大于12 dB,垂直极化增益大于11.5 dB.     

强电磁脉冲下柴油发动机系统薄弱环节识别

为识别强电磁脉冲环境下柴油发动机系统的薄弱环节,提出了一种加权故障树和分层贝叶斯网络相结合的柴油发动机系统薄弱环节识别方法。该方法综合考虑同层单元失效的相关性,加权故障树的局部应用解决了部分条件转移概率表不易获取问题。运用贝叶斯网络双向推理功能,首先,通过柴油发动机辐照试验和电磁仿真软件获得的各部件敏感度阈值及电磁应力数据,计算出强电磁脉冲下部件级到系统级的先验失效概率;然后,依据贝叶斯概率公式计算在发动机失效条件下各部件故障的后验概率,并排序以识别其薄弱环节,为电磁防护方案的设计提供参考和建议。以宽带高功率微波(WBHPM)辐照为例,说明了柴油发动机系统分层贝叶斯网络故障模型参数获取与概率计算过程。结果表明:执行器和凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器既为柴油发动机系统的重要部件,也为较薄弱环节,是需要重点防护的对象。      

Stable carbon isotope fractionation in the search for life on early Mars.

Isotopic measurements and, more specifically, ratios of 13C to 12C in organic relative to inorganic deposits, are useful in reconstructing past biological activity on Earth. Organic matter has a lower ratio of 13C to 12C due largely to the preferential fixation of 12C over the heavier isotope by the major carbon-fixation enzyme, ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, although other factors (e.g., availability of source carbon, fixation by other carboxylating enzymes and diagenesis of organic material) also contribute to fractionation. Would carbon isotope discrepancies between inorganic and organic carbon indicate past biological activity on Mars? In order to answer this question, we analyse what is known about terrestrial biologic and abiologic carbon fixation and its preservation in the fossil record, and suggest what the isotope discrimination during possible biologic and abiologic carbon fixation on Mars might have been like. Primarily because isotopic signatures of abiotically fixed carbon overlap with those of biotic fixation, but also because heterotrophy does not significantly alter the isotopic signature of ingested carbon, fractionation alone would not be definitive evidence for life. However, a narrow range of fractionation, including no fractionation, would suggest biotic processes. Never-the-less, isotopic ratios in organic deposits on Mars would be extremely useful in analysing prebiotic, if not biotic, carbon transformations on Mars.     

Soil carbon distribution and site characteristics in hyper-arid soils of the Atacama Desert: A site with Mars-like soils

The soil carbon content and its relation to site characteristics are important in evaluating current local, regional, and global soil C storage and projecting future variations in response to climate change. In this study we analyzed the concentration of organic and inorganic carbon and their relationship with in situ climatic and geological characteristics in 485 samples of surface soil and 17 pits from the hyper-arid area and 51 samples with 2 pits from the arid–semiarid region from the Atacama Desert located in Peru and Chile. The soil organic carbon (SOC) in hyperarid soils ranged from 1.8 to 50.9 μg C per g of soil for the 0–0.1 m profile and from 1.8 to 125.2 μg C per g of soil for the 0–1 m profile. The analysis of climatic (temperature and precipitation), elevation, and some geologic characteristics (landforms) associated with hyper-arid soils explained partially the SOC variability. On the other hand, soil inorganic carbon (SIC) contents, in the form of carbonates, ranged from 200 to 1500 μg C per g of soil for the 0–0.1 m profile and from 200 to 3000 μg C per g of soil for the 0–1.0 m profile in the driest area. The largest accumulations of organic and inorganic carbon were found near to arid–semiarid areas. In addition, the elemental carbon concentrations show that the presence of other forms of inorganic carbon (e.g. graphite, etc.) was negligible in these hyperarid soils. Overall, the top 1 m soil layer of hyperarid lands contains ∼11.6 Tg of organic carbon and 344.6 Tg of carbonate carbon. The total stored carbon was 30.8-fold the organic carbon alone. To our knowledge, this is the first study evaluating the total budget carbon on the surface and shallow subsurface on ∼160,000 km² of hyperarid soils.