微空心阴极放电机理及其在电热式推力器中的应用

近年来,微空心阴极放电（MHCD）技术的发展为研制适用于小卫星的先进新型微推力 器提供了可能。MHCD是微放电领域中一种新颖的非平衡高气压辉光放电,其优点是可以在高 气压下稳定放电,并且只需要非常低的电压（几百伏特）或者输入功率（百毫瓦数量级）。 本文针对MHCD,实验研究了微放电的电流-电压特性,并利用光学发射光谱的方法测量了微 等离子体中电子数密度和中性气体温度。结果表明,在稳定的辉光放电下,MHCD孔内的电子 数密度和中性气体温度随着压强和放电电流的增加而增大,电子数密度可达
10 14 cm -3 ,中性气体温度可达1000K。由此可以推断,微空心阴极放电较小 的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,完全可以开发应用在新型的电热式等离子体推 进上,研制成微空心阴极放电等离子体推力器。由于在微放电等离子体中加热了工质气体, 因此其性能可大大高于冷气推进。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

全内反射测速技术(TIRV)中界面隐失波基准光强I0的确定

基于隐失波全内反射的测速技术TIRV (Total internal reflection velocimetry)是微纳流动中测量壁面附近几百纳米范围内速度的有效方法。隐失波的光强分布I (z)随离开壁面的高度z指数衰减。若荧光粒子位于光强分布中,其亮度也将符合此指数关系,通过测量粒子亮度可确定粒子的垂向位置z,而确定隐失波的基准光强I0是该技术的关键之一。基于粒子近壁Boltzmann浓度分布、粒子粒径不均匀性和隐失波光强公式,给出了粒子亮度概率密度分布的数值解。实验测量粒子统计亮度分布后,依据实验和理论分布相同原则可定量确定基准光强I0。采用φ100nm和φ250nm 荧光粒子验证此方法并定量分析了粒径分散性对确定 I0的影响。进一步采用φ100nm粒子进行近壁速度测量实验,结果验证了本方法的有效性。     

带气膜冷却结构的高超声速平板不同前缘形状下表面传热特性研究

当带红外成像制导系统的飞行器在稠密大气层内做高超声速飞行时,必须采取主动冷却方式防止严重气动加热造成的窗口材料热畸变以及复杂流场造成的气动光学畸变。本文根据成像窗口周围流动具有受高超声速钝头体绕流和气膜冷却结构(即背面为空腔的超声速后台阶)共同作用的特点,在 KD-01高超声速炮风洞中开展了带气膜冷却结构的高超声速平板在不同前缘形状下表面传热特性的试验研究,测量了 Ma8来流条件下喷缝下游表面传热系数,试验获得了2种前缘形状的带气膜冷却结构的高超声速平板喷缝周围瞬态流场 NPLS 图像。通过分析试验数据,得出以下结论:对于带气膜冷却结构(气膜不工作状态)的高超声速平板,模型前缘的形状对喷缝下游区域的表面热流整体分布有明显影响,在钝前缘情形下,表面热流分布接近相同前缘形状的平板边界层为层流状态时的表面热流分布;在尖前缘情形下,表面热流分布则表现出从层流边界层状态向充分发展湍流边界层状态变化的特性;喷缝下游分离和再附区表面传热特性和超声速后台阶流动类似,取决于喷缝上缘处边界层相对厚度。     

采用内部测温估计表面热流在高超声速风洞试验中的应用

表面热流预估方法利用试验件内部的温度来预估其表面热流。该方法的最大优点是测量温度的热电偶是内埋在试验件内部,不与外界的高温气流直接接触。该方法为高超声速飞行器飞行实验估计表面热流提供一种可行的途径。为了验证该方法在预测外界流场特性方面的能力,在航天空气动力技术研究院(CAAA)的 FD-03风洞中开展了一系列高超声速气动热风洞试验。试验中采用一块铝合金试验板,部分试验采用光滑平板,其余试验在试验平板的表面添加拌线以干扰外界流场。而后采用热流估计方法预估试验板的表面热流。预估结果表明,如由拌线产生的激波等外流场的强烈变化将在估计的热流结果中得到清晰的显示。     

基于电流监测法的粗糙表面微通道电渗流实验研究

制作2种 PMMA 微流控芯片,对其微通道内表面参数进行测试。基于电流监测法,设计微流控芯片电渗流检测系统。首先测量光滑微通道电渗流速度,验证了实验的可行性,并可以预测微通道的表面电势;然后对粗糙微通道电渗流进行测量;最后对比分析电场强度、溶液浓度等对光滑和粗糙微通道电渗流的影响。结果表明:(1)不规则粗糙表面微通道电渗流速度随电场强度、溶液浓度的变化规律和光滑表面微通道一致;(2)相对于光滑表面微通道,粗糙表面微通道电渗流速度明显降低;当相对微通道深度为5%时,降低幅度约为23%。(3)随着电场强度或者溶液浓度的增大,粗糙和光滑微通道电渗流速度的差距增大。所用实验方法具有直观、方便和成本低的优点。     

ZnO透明导电薄膜制备及紫外辐照处理特性研究

ZnO作为一种典型的透明导电氧化物（Transparent conductive oxide,TCO）材料,具有同氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)相比拟的光电性能,其原料丰富、绿色环保、易于制备、生成成本低等优点使ZnO成为最有希望替代ITO的材料。本文以玻璃为衬底,利用量子点种子层作为缓冲层,采用传统水热方法制备了低成本ZnO透明导电薄膜,采用特殊的紫外光辐照工艺对薄膜进行后处理,探索薄膜生长参数和紫外光辐照处理工艺对其透光率和导电性的影响。结果表明,紫外辐照处理不影响薄膜的透光性能,而使材料的方块电阻降低3个数量级,数值从没处理时的1.5×105 Ω/□降低到 150 Ω/□,极大地提高了薄膜的电导率,为ZnO薄膜材料电导率的提高提供了一个简单高效的途径。     

Mg，RE(La，Ce)的添加对热浸镀55%Al-Zn-1.6%Si涂层耐蚀性影响

采用热浸镀的方法,通过改变Mg,RE的添加量来制备不同成分合金涂层。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、盐雾实验、腐蚀失重测试来分别研究Mg,RE添加量对55%Al Zn 1.6%Si Mg RE合金涂层耐蚀性的影响;并通过对最佳成分的合金涂层电化学测试和X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)物相分析,与55%Al-Zn-1.6%Si进行对比,判断其腐蚀机理。实验结果表明：Mg能细化晶粒,强化晶界,1.5%Mg添加量耐蚀性最为优异;RE可以减小熔液表面张力,细化晶粒,提高耐蚀性,0.12%RE添加量较为合适;Mg和RE的加入使涂层中Al发生了择优取向,使涂层中的择优晶面的数量减少,涂层表面电位趋于均匀化,微电池腐蚀的驱动力变小,从而导致了涂层的腐蚀速度降低,在腐蚀溶液中耐蚀能力增强,55%Al-Zn-1.6%Si-1.5%Mg-0.12%RE合金涂层的自腐蚀电位为-0.983 V,自 腐蚀电流密度仅为16.91 μA/cm2。     

UV固化环氧大豆油/纳米SiO2复合涂层制备及性能研究

采用γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)对纳米SiO2表面进行接枝改性,用傅里叶红外光谱法(FT-IR)对其结构进行表征;将改性纳米SiO2与环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)和乙烯基醚改性环氧大豆油丙烯酸聚氨酯(VASO)按不同比例复合制备光固化纳米复合涂层。结果表明:巯基纳米SiO2的加入显著提高了丙烯酸双键的转化率,并且随着改性纳米SiO2含量的增加漆膜硬度增加,且漆膜耐水性和耐磨性能均有明显改善。     

多层缝隙耦合贴片型频率选择表面研究

设计了一种基于缝隙耦合的贴片型频率选择表面（Frequency selective surfaces, FSS）,该FSS拥有窄带特性。分析了缝隙结构对FSS的频率响应的影响,提出 了一种具有极化稳定性和角度稳定性的双极化FSS单元。采用全波电磁仿真软件对其进行分 析,同时采用谱域法和周期性矩量法对该FSS进行了理论分析并得到解析解。通过将缝隙改 为十字缝隙实现双极化设计,仿真结果显示该结构具有极化稳定性和角度稳定性,并与理论 分析吻合,表明设计的正确性。