突出特种环境、特种材料及特种结构,引领先进材料焊接与连接新方法——走进山东省特种焊接技术重点实验室

焊接是我国“强基”工程中的基础工艺之一,标志着国家的工业技术水平,支撑国家建设及国防安全、不可替代。随着新材料和新结构、极端环境连接及服役、大型复杂结构在工业领域的广泛应用,焊接技术面临新的挑战。山东省特种焊接技术重点实验室依托哈尔滨工业大学“材料科学与工程”国家一级重点学科及山东省级重点学科,学科下属的焊接技术与工程专业为山东省级特色专业。实验室与哈工大校本部和深圳校区资源共享,优势互补,在航空航天、核电、国防等领域做出了积极的贡献。     

谐波平衡法在非定常流场中的应用

谐波平衡法（HBM）适用于模拟周期性非定常流场。求解这类问题时,只需要一个周期中几个等距时刻的流场解,即可重建整个周期流动的时间历程,计算效率较高;同时还采用谱算子精确求解流场变量对物理时间的导数项,保障了算法的计算精度。鉴于此,详细介绍了谐波平衡法的原理和实现过程,并给出了如何在现有计算程序下实现谐波平衡法的流程。取跨声速翼型和超声速钝锥两个周期性强迫俯仰振荡绕流为例,以双时间步方法为参考,对谐波平衡法的效率和精度作了详细的考核和分析。计算结果表明,谐波平衡法的内存消耗较大,谐波数N_H=2时约为双时间步方法的4倍,但谐波平衡法取得与双时间步方法相近结果的计算时间仅为后者的1/5。因此,谐波平衡法是一种有应用前景的工程实用方法。对于长周期问题,谐波平衡法的优势更加明显。     

声振和静电场耦合作用下漏电介质平面液膜的线性不稳定性

在超声电喷推力器中,声振与电场力共同作用使得液膜界面失稳破裂,进而发射液滴并产生推力.为了揭示超声电喷推力器中液膜初始失稳的物理机制,针对超声与电场力耦合作用下液膜的线性不稳定性进行了理论研究.基于Floquet理论,对声振和静电场耦合作用下漏电介质平面液膜进行了线性不稳定性分析,求解了扰动增长率、频率与波数之间的色散关系,通过绘制色散曲线,获得电学、振荡及物性参数对线性失稳的影响规律.结果表明,根据极板间距与液膜厚度之比的不同,液体电导率和介电常数对不稳定性的影响规律会发生改变.当参数不稳定区域增长率较大时,电场力的增强会促进失稳,而当参数不稳定区域增长率较小时,电场力的增强会抑制失稳.     

基于CFD方法的俯仰静、动导数数值计算

应用时空二阶精度的隐式迭代NND算法,数值模拟了尖锥、钝锥、弹道外形和飞船返回舱等典型再入飞行器作强迫俯仰振荡的粘性动态流场,给出动态气动力和力矩系数的时间历程,在此基础上,运用积分法和奇异分解线性最小二乘法辨识静、动态气动稳定性参数,并与试验结果及半经验理论预测方法进行了比较,表明本文方法具有准确度较高、效率较高及适应性广等优点.     

航空发动机宏观管理智能决策支持系统设计

研究了基于数据仓库技术和智能体技术的航空发动机宏观管理智能决策支持系统的构成,并给出了基于机器学习的知识库扩充方法。     

基于鲁棒模型的航空交流感应电机预测转矩控制

航空领域对驱动电机的动态、稳态及鲁棒性能提出了更为苛刻的要求。近年来,有限集模型预测控制（FCS-MPC）以其动态响应快、稳态性能好（同开关频率下）等诸多优点成为电机驱动领域的国际研究前沿。然而,预测模型依赖于电机参数,鲁棒性差。特别地,在感应电机的FCS-MPC中,模型失配引起电磁转矩预测误差,进而降低系统性能甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于鲁棒模型的感应电机预测转矩控制。在定子电流预测方面,在传统开环模式的基础上,建立了闭环模式的定子电流预测方程,研究了其稳定性及参数设计方法。在定子磁链矢量预测方面,在传统电压模型预测法的基础上,建立了融合电压模型及电流模型的离散混合预测模型,基于比例积分调节器调节电压模型到电流模型的平滑切换。感应电机的电磁转矩则由闭环模式预测的定子电流和定子磁链计算得到。在一台2.2 kW感应电机实验平台上对本文提出的算法进行验证,实验结果证明了该方法的有效性。     

空芯光子晶体光纤熔接技术研究

空芯光子晶体光纤(HC-PCF)因其利用纤芯的空气导光而具有高损伤阈值、低损耗、低色散、低非线性等优点。此外,HC-PCF纤芯中空气的折射率温度系数、Verdet系数、Kerr系数远小于石英,在光纤陀螺中有独特的优势。但是在向实际应用迈进的过程中,必须要解决HC-PCF与普通单模光纤以及自身简便、低损耗的熔接问题。基于热致扩芯技术和过渡光纤两种模场匹配方法,研究了HC-PCF和普通单模光纤之间的熔接问题,将两者的熔接损耗由直接熔接的1.4dB降至0.73dB。此外,研究了HC-PCF与其自身的熔接,通过两步放电熔接法,得到高强度低损耗的熔点,熔接损耗为0.52dB。     

离心喷嘴脉冲工作动态特性实验研究

双组元推力器在短脉冲工况下比冲出现明显下降。为了从推进剂雾化角度研究其原因,搭建了离心喷嘴脉冲工作冷流实验平台,使用机械式脉动流量发生器使喷嘴工作在脉冲模式。实验中测量了离心喷嘴的动态压降和索太尔平均直径SMD随时间的振荡,并使用高速相机拍摄了喷雾场和喷嘴内部流动的瞬时照片。通过提取图像边界的方法测量了液膜锥角的变化,并计算了一个周期内不同大小SMD时间占比分布。瞬时照片和SMD的测量结果表明,脉冲工作的离心喷嘴在脉冲工作时会出现柱状射流或由调速管效应形成的厚液环,导致喷雾场出现较大液滴。喷雾锥角测量结果表明,脉冲结束后液膜并不随着压降下降而直接收缩,而是继续保持较大锥角一定时间。对SMD的分析表明,脉冲宽度越小,一个脉冲内非稳态喷雾时间占比越大,导致整个脉冲的雾化质量越差。根据本文研究结果,为了提高离心喷嘴窄脉宽工作时的雾化性能,需要尽可能消除柱状射流和调速管效应的影响。     

油盘火热释放率影响细水雾灭火特性试验

为了研究细水雾针对不同热释放率条件下的灭火特性及规律,采用7种不同尺寸油盘火模型和正庚烷燃料,在4.6m×3.2m×4m的空间内,进行了单喷头和四喷头灭火试验,试验过程中采用热电偶树和气体分析仪对火焰温度及火场氧浓度进行了测量,得到了不同热释放率条件下的细水雾灭火特性规律和灭火过程中火场温度场的变化规律,为细水雾灭火系统设计、检验标准制定及细水雾灭火产品开发提供了相应的试验依据.      

EFFECT OF DEPOSITIONS CONDITION ON THE MICROSTRUCTURE OF C／C MINICOMPOSITE

C/C minicomposites were manufactured by CVI with propylene as resource gas and Ar as diluent gas. Effects of deposition temperature, the flow rate of propylene and total system pressure on theof C/C minicomposites were investigated. Deposition conditions are as follows: deposition temperature ranging from 870℃ to 1000℃. the flow rate of propylene from 10 to 60 ml/min, and total system pressure from 3 to 16kPa. The results revealed : The deposit distributes non-uniformly as increasing the deposition temperature or total system pressure. The effect of the flow rate of propylene on the distribution of deposit observes different principles at different deposition temperatures. If the deposition temperature rises to 900℃, the deposit distributes more non-uniformly as increasing the flow rate of propylene. The morphology of deposit varies with deposition condition, such as smooth, droplet-like or spike-like. Deposition mechanism varies with deposition condition. It can be surface reaction nucleation and growth, heterogeneous nucleation of liquid droplet on carbon fiber or gas-borne nuclei-growth. With the principle of nuclei-growth of crystal and the method of phenomenology, the changes of deposition mechanism and the morphology of pyrolytic carbon with deposition condition were explained successfully. The effect of deposition condition on deposit homogeneity stems from the effect of deposition condition on the CVI kinetics and the deposition mechanism of pyrolytic carbon.