一种太赫兹可重构超表面设计方法

太赫兹是第六代无线通信系统的核心技术之一,而可重构超表面技术作为太赫兹感通一体的难点问题,对其进行研究具有重大的意义和价值。本文提出了一种基于肖特基二极管的1 bit相位可重构超表面,通过控制肖特基二极管的偏置电压可以控制超表面单元在‘0’和‘1’两种工作状态间切换,可重构超表面单元在203GHz～230GHz的频段内实现了在‘0’,‘1’两种状态下反射幅度均大于-1dB,反射相位有180°±20°的变化,基于对单元进行组阵仿真试验,通过合理的设计阵面上单元的工作状态,可以实现波束扫描功能。本文所提出的方法为太赫兹可重构超表面的研究提供了一种新思路,在未来6G太赫兹通信等领域有重要的应用价值。     

五模材料波控器件设计及制造研究综述

五模材料是一种具有流体特性的特殊固体,可通过微结构设计达到所需的特定力学性能。可调的物性参数和固体特征赋予五模材料优越的宽频水声调控能力,在水下声学隐身、声聚焦等特种声学装备领域具有重要的应用前景,受到国内外工程界和学术界关注。首先介绍了五模材料的基本概念及微结构设计的发展现状,从传统制造工艺和增材制造工艺角度出发,对相应的五模材料波控器件的制造和试验测试结果进行详细介绍,最后对五模材料波控器件的发展趋势和技术需求进行了展望。     

钛合金宽弦空心风扇叶片高温弯扭成形及性能调控研究

利用UTM 5504X电子万能试验机对TC4钛合金在变形温度650～850℃和应变速率10^–3～1 s^–1条件下进行高温拉伸试验,研究了TC4钛合金热变形行为,建立了修正的Misiolek硬化方程,可以准确预测该材料在不同变形条件下的流动应力。同时构建TC4钛合金空心叶片的高温弯扭成形有限元模型,结合有限元仿真研究结果确定空心风扇叶片弯扭成形的最佳工艺参数为扭转成形温度750℃、扭转成形截面550 mm和扭转角速度1.938°/min。结合微观组织试验观察发现,高温变形条件下α相含量减少,β相含量持续升高,材料具备较高的延伸率和塑性成形性能。最终通过弯扭成形制备的空心叶片的叶身整体过渡圆滑、无表面缺陷,成形质量良好,研究结果可为TC4钛合金宽弦空心风扇叶片批量化制造生产提供指导性意见。     

基于数字孪生的火箭框环拉弯回弹预测

针对火箭框环拉弯成形带来的回弹会严重影响框环一次成形的合格率以及航天产品的装配精度,提出基于数字孪生的火箭框环拉弯回弹预测方法。通过构建与框环实际生产流程相互匹配的孪生模型,建立起孪生模型与物理实体模型之间的通信关系,实现孪生模型和物理实体的相互映射,从而利用物理实体的数据不断修改孪生模型。孪生模型经过诊断、预测和评估后,可以将仿真结果输出到控制器对物理实体进行状态控制,从而实现孪生模型与物理实体的一致性。通过对框环加工成形进行实时指导,有效地减少了框环拉弯成形的回弹量,与传统的建模仿真相比,使用数字孪生技术具有设计周期短、产品精度高、可靠性高、生产成本低等优点。     

基于工业机器人的数字化弯管成形技术研究

数字化弯管成形技术作为一种新型全自动管材加工技术,基于目前热门的工业机器人平台,配合弯曲末端装置实现了复杂弯曲构件的柔性成形。基于数字化弯管成形技术原理,建立了弯管机器人成形工艺轨迹及运动过程解析方法,设计并搭建了匹配的弯曲末端装置,使得弯管机器人可以实现管材的数字化弯曲工艺。采用有限元模拟与试验相结合的方法,研究了管件在机器人弯曲成形过程中应力的变化规律,讨论了由机器人运动提供的补料功能,并分析了该功能对于弯曲构件成形质量的影响。结果表明,搭建的弯管机器人成形试验平台及解析方法可以实现管材连续弯曲成形,成形管材最大应力值增大的幅度较小。机器人主动进给补料作用可有效改善弯管壁厚减薄现象。但同时补料也易导致管材弯曲内侧材料发生堆积,试验时较易出现起皱缺陷。未来的研究工作中,需着重开展基于起皱缺陷的机器人运动、弯曲速度等参数的优化研究。     

诱导轮超同步旋转空化传播机理

为了揭示超同步旋转空化的传播机理,对二维平板叶栅内部非定常空化流动进行数值模拟研究,叶栅的几何参数和模拟工况均来自真实诱导轮试验结果。结果表明：仿真预测的叶栅空化断裂点与试验结果接近,随空化数下降空化区的演变规律与试验结果一致。在一定的空化数范围出现传播频率比为1.1～1.4的旋转空化现象,对流场细节的深入分析发现空化区与来流冲角的相互作用是空化区波动沿周向超同步传播的机理。空化区与叶片前缘的冲角是呈正相关的,同时空化区增大会在尾缘诱发顺时针涡扰动,空化区减小会在尾缘诱发逆时针涡扰动,当扰动达到叶片喉部位置时,会对相邻叶片产生影响,空化区增加会导致相邻叶片冲角减小,相应空化区也减小,空化区减小会导致相邻叶片前缘冲角增大,相应空化区增大,如此循环往复,形成空化区波动沿周向的超同步传播。     

航空发动机涡轮盘轮缘凸块塑性变形失效分析

针对某航空发动机在工作过程中发生的涡轮盘轮缘凸块局部异常塑性变形故障,对故障涡轮盘进行失效分析。在此基础上,通过开展无应力及附加应力的加热模拟试验,总结了GH4169合金组织中δ相的3种析出形貌,以及加热温度、时间、应力3种因素对δ相析出的影响规律。通过对比硬度测试及温色试验结果,明确了GH4169合金试样在700℃以下组织和硬度无明显变化,但颜色变化明显;在700℃以上,随着δ相析出量的增加其硬度不断减小,而颜色却几乎无变化。结果表明：故障涡轮盘轮缘凸块部位的塑性变形是由于发动机工作过程中超温引起的,故障部位的实际工况达到了约750℃、100 h左右的超温。落实改善涡轮盘轮缘的冷却环境、提高涡轮部件加工及装配精度的改进措施后,涡轮盘通过了首翻期加速模拟、经起飞状态摸底和适航状态长时试车验证,无类似故障再次发生。     

摆动喷管与惯性器件超谐波耦合仿真研究

摆动喷管具有大惯量和强非线性特征,存在与惯性器件耦合的风险。建立了从指令输入到惯性器件响应输出的控制回路开环传递特性模型,用有限元方法模拟了摆动喷管非线性特征,发现了摆动喷管与惯性器件的超谐波共振耦合效应,同时讨论了几种改进措施的有效性和可行性,发现对作动器反馈信号进行幅值调制来降低耦合效应效果明显且易于应用实现。     

光引发活性ATRP聚合制备纳米二氧化硅超疏水表面

利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和2-溴代异丁酰溴(BIB)对纳米二氧化硅进行改性制备了原子转移自由基聚合(ATRP)纳米活性中心,采用紫外光引发丙烯酸十二氟庚酯活性聚合接枝在纳米二氧化硅表面并沉积在玻璃基材表面制备了超疏水表面。通过热失重分析纳米活性中心的接枝率,采用水接触角研究了纳米活性中心含量和光聚合时间对超疏水性能的影响。结果表明:随着纳米二氧化硅活性中心浓度增加,工艺稳定性变好,但光聚合沉积形成超疏水表面所需的时间要长。纳米二氧化硅活性中心浓度为3.63μmol/g为最佳,经40 min光引发活性聚合后,二氧化硅表面含氟聚合物的接枝率达到34.12%,接触角达到164°,表面微纳结构致密。     

表面微纳结构对气-水界面稳定性和流动减阻的影响

利用压力-流量测量和流动显示方法研究了6种具有不同微纳结构尺寸的超疏水表面的减阻效果以及表面微结构形状对气-水界面稳定性的影响。实验结果表明:设计的各种超疏水表面在层流和湍流下均具有一定的减阻效果;在相同的固体面积分数情况下,微结构间距越小,减阻效果越好;在具有最小结构间距的微纳二级结构表面上实现了最大减阻率（38.6±4.5）%。流动显示观测发现:减阻率与微结构的层级、尺寸、形貌及槽道流态有关,它们均对气-水界面稳定性有一定的影响,揭示了复合微纳结构之所以能够显著提升减阻效果,是由于添加纳米二级结构减小了原有表面的固体面积分数,并提高了气-水界面的稳定性。此外,对于具有双内凹（伞状）微结构表面的微槽道,即使表面为亲水材料,也可以有效捕捉气体,形成稳定的气-水界面,从而实现超疏水性能。