关于氢能航空动力发展的认识与思考

近年来,在全球碳减排目标的驱动下,各国对发展氢能航空的热情空前高涨,在氢能飞机和氢能动力领域加速布局研究计划。通过研究国内外氢能飞机及动力发展历程和研究进展,发现人类对氢的认知始于其燃烧特性,认为氢能航空发展兴于“双碳”目标,指出燃氢涡轮发动机是航空业实现减碳目标的关键,分析了燃氢涡轮发动机和氢燃料飞机的性能优势,研判出氢能航空及动力发展难在全产业链重构和全链条颠覆创新,提出了创新氢能航空发展机制、加快发展燃氢涡轮发动机、健全氢能航空产业链条、实现全链条颠覆性创新和加强氢能航空基础建设等五方面的发展措施建议。     

金属聚合物复合材料的电树枝生长模拟

为了研究金属聚合物复合材料的击穿特性,在WZ模型的基础上建立了在绝缘聚合物介质中填充不同体积浓度的理想金属粒子的逾渗模型。利用计算机对放电通道的发展进行仿真,并对得到的仿真图形进行比较,研究了金属颗粒的体积浓度、下极板施加的电压、放电通道内的阈值电压和树点发展的概率指数对放电通道发展的影响。结果表明,金属粒子体积浓度越大,则放电树枝分枝越多。因此,填充金属颗粒可以明显地增强绝缘介质的导电性,其中逾渗阈值为0.6。下极板施加的电压越大,放电通道内的阈值电压和树点发展的概率指数越小,则放电树枝分枝越多,同时放电树枝生长过程中的积累损伤越大,该规律与实际放电情况相符合。     

超音速气流中横喷氢气自动着火与燃烧非定常过程的实验研究

进行了Ｍ＝２超音速流中横喷氢的自动着火及燃烧非定常过程实验研究，用高速纹影摄影、壁面动态和静态压力测量仪及壁温热电偶等进行了测量。得到了喷嘴后回流区壁压随时间的变化规律，以及壁压和壁面秒温升沿轴线的变化趋势。获得了来流空气总温和喷氢量对自动着火过程的影响。     

氢燃料双模态燃烧室模态转换

为研究双模态燃烧室的模态转换规律,采用计算流体动力学(CFD)方法,对氢燃料模型燃烧室在不同当量油气比、飞行马赫数、燃料喷射方式下的流场进行了数值模拟,并与试验结果进行对比,两者相互吻合.研究结果表明:当量油气比提高、飞行马赫数降低及双面喷射燃料均使燃烧室更趋于亚燃工作模态.     

基于飞/发一体化的Ma=8~10飞行器任务性能快速评估与分析

针对典型飞行马赫数Ma=8~10高超声速飞行器/超燃冲发动机一体化构型,建立了飞/发性能一体化模型,可以快速评估飞行器气动力、发动机性能和飞行任务性能。对比了在起始推重比为0.3、0.4、0.5和0.6下的飞行器飞行性能,以燃料消耗最小为目标,基于飞/发性能一体化模型,利用MATLAB优化工具箱中的序列二次规划（SQP）算法,得到了该飞行器的最优起始推重比为0.422。给出了Ma=8~10飞行器/发动机的概念方案总体参数,在载荷质量为1 000 kg下,飞行器总质量为5 943 kg,发动机推力为2 505 daN。该飞行器在攻角范围为4.1°~3.8°下总的飞行时间为489 s,飞行距离为1 360 km。     

置氢Ti-6Al-4V合金超塑变形行为

研究了置氢Ti-6Al-4V合金的超塑变形行为.结果表明,氢可以增强动态回复和动态再结晶效应,使真应力-真应变曲线表现出相对稳定的流变应力;置入适量的氢可以使峰值流变应力降低58%,从流变应力的角度出发,相当于使应变速率提高几倍或使超塑变形温度降低约50℃;随氢含量的增加,延伸率呈下降趋势,超塑拉伸断口由延性断口转变为脆性断口.     

改性BMI树脂固化过程的温度控制优化

针对以改性双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体的树脂膜熔渗(RFI)成型工艺,以三维热传导方程与固化动力学模型为控制方程,采用有限元/有限差分方法对所得方程进行离散求解。为了衡量固化质量,提出了两个新的控制参数,并用于最优固化温度控制工艺的模拟。数值结果表明,构件内部温度与固化度均高于表面,而固化保持温度和起始时间会对构件中温度和固化度的均匀性产生较大影响。数值模拟结果对固化过程的优化设计有重要的指导意义。     

Cf／SiC复合材料TixOy—TiCx—Ti5Si3／微晶玻璃抗氧化涂层

提出一种用于碳纤维增强碳化硅复合材料(Cf/SiC)的成本低、工艺简单的复合抗氧化涂层:采用熔盐渗金属法在Cf/SiC表面制备钛金属化层,在其上通过涂覆烧结法获得MgO-Al2O3-SiO2(MAS)微晶玻璃层。通过立体显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等测试手段对复合涂层的形貌、成分和相组成进行分析,采用静态氧化法测试其在1000℃的抗氧化能力。结果表明,复合涂层结构相对致密,主要成分为:TixOy-TiCx-Ti5Si3/微晶玻璃;涂层具有过渡、封孔、阻碳、自愈合、阻氧、抗挥发的功能;带有复合涂层的Cf/SiC在1000℃保温12h,热冲击12次后,涂层保持致密无裂纹,单位面积失重为0.0039g/cm2,强度保留率为99.3%,有效提高Cf/SiC的抗氧化能力。     

氢燃料通用航空器发展及飞行安全问题探讨

氢能是未来绿色航空的必然方向和重要分支,随着双碳战略的深入推进,氢燃料通用航空器发展及飞行安全问题引发了广泛关注。本文首先概述了氢燃料通用航空器的发展,介绍了部分氢能源发展战略规划,解释了氢燃料通用航空器的基本概念,并针对氢燃料电池和氢燃烧推进技术分别阐述了其基本原理、应用与发展。其次,结合典型氢燃料飞机平台案例介绍了氢燃料在航空领域的应用现状;从氢能特性出发,围绕燃氢发动机使用过程中的安全问题、通用航空器的氢燃料储运安全问题以及氢燃料通用航空器的其他安全问题展开探讨。最后,列举了氢燃料通用航空器安全性相关标准,以供氢燃料通用航空器设计研发人员及相关领域的从业者参考借鉴。