探索新型陶瓷热障涂层材料助力航空航天发展——访昆明理工大学材料科学与工程学院冯晶教授

热障涂层对于航空发动机的重要性体现在哪些方面?国内热障涂层的研究及应用处于怎样的水平?冯晶:航空发动机的重要技术 是两盘一片和热障涂层,热障涂层是四大关键核心技术之一。航空发动机的效率取决于温度,温度越高效率也越高,但提高发动机的使用温度,要考虑材料是否耐受,目前发动机燃气的燃烧温度可以达到1500~1600℃,到达材料表面的温度大概是1100℃左右。未来对于航空发动机的要求将越来越高,其使用温度可能达到1800℃、2000℃,甚至更高。那面临的一个问题,就是如何保 证材料在这么高的温度下还能正常运转。目前发动机最常用的材料是镍基超高温合金,其服役的最高温度是1100℃左右,而且这个指标事实上还很难完成,那就需要使用热障涂层让其达到使用要求。     

土卫六浮现神秘“魔幻岛”

据美国趣味科学网站6月22日报道,随着土星最大的卫星土卫六迎来夏至,该星球变暖,神秘＂魔幻岛＂浮现。这是科学家2013年通过＂卡西尼＂号探测器的雷达图像做出的新发现,刊登在22日出版的《自然-地学》杂志上。鉴于土卫六是太阳系中可能孕育生命的天体之一,因而人们对其新的发现较为关注。     

基于热电类比法的光纤陀螺环模块热分析

为分析光纤陀螺（FOG,Fiber-Optic Gyroscope）受外界环境变化温度影响导致产生Shupe误差,采用热电类比法对不同结构形式的光纤环（FOR,Fiber Optical Ring）模块进行热分析,比较对应的电路模型,提出并联的热容和串联的电阻是影响FOG温度性能的关键因素.采用有限元热仿真定性分析了并联的热容和串联的电阻对FOG温度的影响,验证了电路模型的正确性;在与热仿真相同条件下,通过温箱实验,将FOR温度变化与FOG输出性能建立关联.结果表明,通过加大FOR模块连接处的串联热阻和并联热容,可有效降低FOR的瞬时温差,尤其是较大的热容能有效减小FOR温变速率,从而减小Shupe误差,改善FOG的温度性能.      

叶片扩压器倒角对压气机性能影响的数值研究

研究了单级离心压气机中径向叶片扩压器倒角对其气动性能的影响.在倒角较小时,压气机单级性能改变不大,随着倒角的增大,堵点流量降低,效率和压比下降.在此基础上,开展了优化径向叶片扩压器倒角从而提升离心压气机气动性能的研究.结果表明:在径向扩压器吸力面采用无倒角或小倒角结构,防止流量堵塞,而在压力面采用沿弦向变半径倒角结构,抑制和消除压力面存在的分离,这种结构可明显提升所研究的离心压气机的气动性能.另外,进一步研究了在轮毂和机匣处分别采用如上倒角结构对气动性能的影响,发现轮毂处变倒角对性能优化起了主要作用.      

2012值得期待的太空任务

无论是对于各国航天机构还是各个商业航天公司来说,2012年的航天任务依然精彩纷呈,亮点不断,都值得我们期待。     

压电悬臂梁振动能量收集仿真与试验验证

基于压电陶瓷的振动能量收集器以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点受到广泛关注。利用压电陶瓷的正压电效应,根据机电理论和结构动力学理论,采用模态法建立了压电悬臂梁的双向耦合分布参数模型,仿真分析了外激励频率和外接负载对压电能量收集器输出电压特性的影响,设计制作了铝制悬臂梁,并进行了地面振动和能量收集试验,试验结果与理论仿真吻合较好,验证了理论建模的正确性。试验结果表明,单个压电片的能量收集电压最大为73 V/N。     

考虑轴承游隙的非线性动力学轴承-转子系统优化

针对一类带动态性能约束的轴承-转子系统优化设计存在的问题,做如下改进工作:一是在目前一类轴承-转子系统优化模型基础上,将轴承游隙作为设计变量,考虑轴承游隙的影响;二是提出了一种演化算法/线性搜索的混合算法,将优化过程分为两个阶段,首先采用演化算法对问题全局寻优,求得给定代数时的优化解,再以此解作为新的初始解,采用线性搜索方法进行局部搜索.经数值仿真表明:该优化模型中增加考虑轴承游隙后,对优化结果有较大影响;提出的混合算法克服了使用线性搜索方法难以确定初始解的问题,在同等计算精度和耗时情况下,该方法求解成功率较高.      

短帧长Turbo编译码的FPGA实现研究

对深空通信中短帧长信息的Turbo编译码FPGA实现进行了研究。设计了Turbo编译码方法,编码由两个分量编码器并行级联组成,选择递归系统卷积码,编码采用特殊行列交织器;译码由两个独立的软输入软输出译码器串行联级联组成,采用近似Log-Map算法。给出了Turbo编译码的现场可编程逻辑阵列(FPGA)实现,给出了Turbo编译码单元的接口和顶层接口时序,以及Map译码单元流程。仿真结果表明:对帧长小于500b、码率为1/2的Turbo编译码器的FPGA实现了编码数据实时输出,译码延时0.45ms,满足输入数据速率要求。实测结果验证了仿真结果与理论性能相符。     

前体涡非对称分离机理及前缘吹气控制研究

通过设计对称性算法,求解层流Navier-Stokes方程,数值模拟了细长体在低超声速情况下前体背风涡随攻角演化的规律,在此基础上,进一步研究了前缘吹气对前体涡演化和侧向力特性的控制机理.根据数值模拟结果及分析,倾向于支持在层流框架内,前体涡的非对称失稳是一种对流不稳定机制,要想根据需要产生对称或不对称的前体涡,就必须外加持续的扰动.在约16°～48°攻角区间内,前缘吹气可产生规律性较好的侧向力,有可能直接利用前体涡进行横侧向控制.为工程实用化,需提高前缘吹气的激励收益效费比.     

一种软件化激光引信的实现方法

测距精度是衡量激光引信性能的重要指标之一。以往模拟信号波形处理中常采用前沿阈值法来检测处理波形。但是当激光回波波形因各种因素发生随机起伏和畸变时,这种方法就会出现较大的误差,严重地影响测距精度。设计了一种基于DSP硬件平台的软件化激光引信实现方案,给出了模块化后的硬件电路结构图以及各个功能模块的作用和相互之间的关系。研究了用数字波形处理技术提取测距基准的波形质心算法。通过计算机模拟比较了前沿阈值法和波形质心算法的性能,仿真结果显示波形质心算法具有较低的虚警概率、漏警概率和较高的测距精度。