自愈合碳化硅陶瓷基复合材料研究及应用进展

为了满足高推重比航空发动机长时热力氧化环境的使用需求,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料正朝自愈合方向发展.本文介绍自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的微结构与性能,自愈合与强韧化机理,制造方法和工艺特点及其在航空发动机热端部件的应用情况,表明多元多层微结构形成了"层层设防,就地消灭"的氧化防御体系,是复合材料实现自愈合与强韧化的关键.自愈合碳化硅陶瓷基复合材料能够满足发动机高温服役环境要求,显著降低发动机的结构重量,从而有效提高发动机的推重比.     

五自由度位置传感器——磁悬挂天平技术研究之一

30mm×30mm 五分量磁悬挂天平主要由位置传感器、电磁铁组、磁悬挂控制器、力测量与校准系统等部分构成。本文对五自由度位置传感器进行研究,重点推导了传感器数学模型,简要介绍了实用的信号处理方法。     

磁悬挂天平主激磁绕组的恒流控制系统

国防科技大学研制的６０ｍｍ×６０ｍｍ磁悬挂天平的主激磁绕组，采用了保持激磁电流不变的恒流控制系统，克服了由于温度变化而引起的系统参数变化，提高了测试系统的准确性和稳定性。对实验过程中所出现的误差源，也逐一加以分析，从而找到了减少误差的方法。在恒流系统斩波器电路中，由于使用了集成电路加晶体振荡器的斩波信号源，大大提高了开关频率的稳定精度，改善了闭环系统的滤波效果，提高了系统的稳定特性。本文还介绍了值流系统的设计方法和主要系统电路。     

一种新颖的永磁偏置三自由度电磁轴承

为了使磁轴承系统减小尺寸、改善动态性能和降低成本，提出一种将轴向磁轴承和径向磁轴承的功能相结合的永磁偏置三自由度电磁轴承，对其磁悬浮机理进行了研究，用等效磁路法建立了这种电磁轴承轴向力和径向力数学模型，利用三维网格图直观地分析了轴向力和径向力的耦合状况，理论分析表明，在平衡位置附近这种磁轴承3个自由度之间是解耦的。作者研制了一套实验样机，利用简单的分散控制实现了3自由度的稳定悬浮，并给出了部分实验结果。实验很好地验证了理论分析的结果。这种新颖的电磁在适合应用于飞轮储能、空调压缩机、涡轮分子泵等高速应用场合。     

Fabrication and Life Prediction of SSiC Ceramic Joint Joined with Silicon Resin YR3370

Joints between sintered silicon carbide （SSiC） were produced using a polysiloxane silicon resin YR3370 （GE Toshiba Silicones） as joining material. Samples were heat treated in a 99.99% nitrogen flux at temperatures ranging from 1 100 ℃ to 1 300 ℃. Three point bending strength of the joint reached the maximum of 179 MPa as joined at 1 200℃. The joining layer is continuous, homogeneous and densified and has a thickness of 2 μm -5μm. The joining mechanism is that the amorphous silicon oxycarbide （SixOyCz） ceramic pyrolyzed from silicon resin YR3370 acts as an inorganic adhesive to SSiC substrate, which means the formation of the continuous Si-C bond structure between SixOyCz structure and SSiC substrate. Life prediction of the ceramic joint can be realized through the measurement of the critical time of the joint after the cyclic loading test.     

仿尺蠖型火星车设计与验证

针对传统被动悬架式火星车在火星复杂地形运动中可能存在的问题,设计了仿尺蠖型火星车,包括沉陷脱困设计、爬坡设计、防托底设计和抬轮设计;识别了仿尺蠖型火星车移动系统的关键参数,计算得到不同火星车抬升高度的关键参数值和一个尺蠖运动周期的位移值;计算结果表明仿尺蠖型火星车可以解决被动悬架式火星车的上述问题。对所设计的仿尺蠖型火星车开展了地面试验和飞行试验验证,地面试验验证了车轮沉陷脱困能力、越障能力和爬坡能力;作为仿尺蠖型火星车应用的实例,“祝融号”火星车成功经历了飞行试验,它在火星表面的顺利运行表明仿尺蠖型火星车设计措施有效。     

润扬悬索桥动力特性的特征提取与重构

当前大型桥梁在线健康监测与损伤识别中主要采用基于结构模态参数的方法,该类方法存在固有缺陷。结构的频响函数包含了更丰富的结构动力信息,但数据量大、冗余度高,不利于工程应用。本文采用主元分析方法,对结构频响函数进行空间变换,得到的主元向量可在最小均方意义下提取数据的主要分布特征,根据主元的累积贡献率,可选取较少的主元可靠重构结构的频响函数,从而使基于频响函数的在线监测在大跨桥梁结构的应用更为可行。具体针对润扬长江大桥,结合实时监测系统的测点布置,对南汊悬索桥进行了动力特性分析,根据降维后的较少主元对结构频响进行重构。误差分析结果表明,采用27或20个主元能提取润扬悬索桥的主要动力特征,重构误差的均方值分别为0.0097和0.0134。     

碳纤维陶瓷基复合材料的磨削加工研究进展

综述了磨削参数、纤维方向、不同加工方式以及其他因素对磨削力和表面质量的影响规律;总结了不同加工方式下的碳纤维陶瓷基复合材料的磨削机理;展望了碳纤维陶瓷基复合材料磨削加工的研究方向。     

磁悬浮斜翼节静动态特性

作为直动式电-机械转换器和二维阀本体之间的连接桥梁，反馈放大机构起着位置反馈、运动转换和推力放大的重要作用。但现有二维伺服比例阀的机械式反馈放大机构都存在摩擦磨损等非线性环节，对阀的静态特性影响明显。基于永磁悬浮技术提出一种新型的无接触式磁悬浮斜翼节，其依靠磁斥力将斜翼动子和阀芯悬浮在中位，同时实现位置反馈和运动转换功能，以彻底去除传统机械式反馈放大机构由于接触带来的摩擦磨损等因素对阀控制特性的不利影响。首先基于电磁场理论建立了磁悬浮斜翼节的数学解析模型，讨论了关键结构参数对磁力矩的影响；随后在Maxwell和Adams平台上分别对其静动态特性进行了基于有限元模拟和多体运动学分析的参数优化，在此基础上制作了实验样机，搭建实验台架研究了斜翼节的静动态特性，从而验证了其工程实用性。仿真和实验结果基本相符，3种验证的斜翼节样机中，当外接比例电磁铁推动外动子移动3 mm时，最大磁力矩可达到0.252 N·m，阶跃响应时间约120 ms。参数化设计表明减小工作气隙和增加斜翼节倾角均能提升斜翼节的磁力矩和动态响应，而在气隙中添加磁流体可提升磁力矩，但同时影响阶跃响应。研究工作对于后续磁悬浮斜翼节在二维伺服比例阀上的实际应用具有重要的参考价值。     

陶瓷材料的超声辅助铣磨削加工技术

陶瓷材料由于具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化、良好的绝缘性等优点，使得其在航天领域得到广泛的应用。针对陶瓷材料在常规机械加工过程中易引入微裂纹等非本征缺陷和残余应力等加工缺陷，通过对陶瓷材料特性的理论分析，引入超声振动加工方法。同时，对陶瓷材料超声振动加工的机理进行了分析，对比验证了普通磨削加工和超声辅助铣磨削加工的效果。采用仿真分析了超声加工过程中工件所受的切削压力和内应力云图，并从理论的角度进行了验证，实现了陶瓷材料产品表观质量的大幅提升，其表面粗糙度达到Ra0.56μm。