磷酸掺杂型高温质子交换膜燃料电池关键材料研究进展

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)由于较高的工作温度(130~220℃),具有较快的电极反应动力学、较强的抗燃料/空气中杂质毒化能力、广泛的燃料来源(甲醇重整气、工业副产氢等)及简单的水/热管理系统等优点。因此,HT-PEMFC将成为聚合物膜燃料电池的重要前沿发展方向之一。重点介绍了北京航空航天大学团队近十年来在HT-PEMFC关键材料-高温膜、催化层和膜电极等方面的研究进展,针对磷酸(PA)掺杂型高温膜的质子传导率和机械性能之间的最佳平衡点、催化层中PA分布和迁移对电池性能的影响机制,以及大尺寸膜电极一致性对电堆性能影响与衰减机制等科学问题,从聚电解质膜材料的分子设计、有序催化层结构调控和大尺寸膜电极电堆优化等工作进行了梳理,对HT-PEMFC技术所面临的技术挑战问题与未来发展趋势做出了评述和展望。      

基于路径约束分析的跳跃式再入轨迹优化

对于跳跃式再入轨迹优化问题,通常的求解方法是不经任何分析直接约束动压、过载和热流密度,再加上控制变量滚转角的约束,往往使问题变得复杂而难以求解。基于跳跃式再入轨迹的动力学特性,将轨迹进行分段,并逐段分析路径约束的特点和内在联系,建立起它们之间的解析关系式,由此得到跳跃式再入轨迹优化问题中路径约束的串行施加策略。运用该策略可以在某些情况下减少路径约束的个数,降低优化问题的复杂度;选择优化方法时,为了兼顾全局最优性与高精度结果,采用基于粒子群优化(PSO)算法和高斯伪谱法(GPM)的两层优化策略。仿真结果表明,采用两层优化策略可以得到满足约束的高精度解,路径约束串行施加策略正确可行,优化计算结果与理论分析结论一致。     

《航空学报》第35卷2014年主题索引

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高致密多孔层板结构选型研究

针对6种高致密多孔层板结构,利用CFD软件进行流动与换热的数值模拟,分析了冲击孔、扰流柱以及气膜孔的排列方式对层板流动特性和冷却效率的影响。计算结果表明:6种不同的排列方式,总压力损失均为4.5%左右,其中气流流经冲击壁与气膜壁的压力损失为2.2%左右;不同结构的双层板当量流量系数在0.86左右;层板的排列方式对综合冷却效果影响较大,在其他结构参数不变的情况下,不同的排列方式之间的综合冷却效率最大差值达到10%,在流体流动方向上,各排列的气膜壁面的温度梯度由最初的21K/mm减小到15K/mm;综合考虑各项因素的影响,气膜孔呈梭形排布最优的排列方式,其综合冷却效率最好。     

复合材料层合板中埋入光纤后的弯曲性能

<正>具有健康监测功能的智能复合材料结构在航空航天、舰船武器等军事领域和机械结构、土木工程等民用领域得到了初步应用。其中光纤传感系统由于具有柔软、电绝缘、耐腐蚀、和复合材料具有良好的耦合性等许多独特的优点,常用于智能材料结构的应力、变形等物理量的检测中,成为构成智能复合材料结构中自诊断系统的首选功能元件。在光纤智能结构中,由于光纤传感器的埋入,导致了材料几何上的不连续,从而不可避免地会对埋入光纤附近     

基于流固耦合航行体入水冲击数值模拟研究

针对航行体入水冲击过程中的流固耦合问题,利用任意拉格朗日 欧拉算法建立三维入水冲击数值仿真模型。首先,建立球体入水冲击数值模型,获取了入水过程中的冲击载荷和表面压力数据,通过与试验对比,探究网格密度、接触刚度耦合系数以及时间步长对仿真准确性的影响。结果发现,冲击区域网格密度和接触刚度耦合系数决定流固耦合接触刚度;冲击域的网状密度对冲击系数结果和入水速度变化有明显影响;耦合节点之间的接触刚度系数会影响局部压力峰值。最后,建立锥形头部圆柱体入水仿真模型,提出分段刚体计算截面载荷方法,研究不同速度下结构入水冲击加速度、速度、位移和截面载荷变化规律,与试验结果对比证明仿真准确性。     

基于Hankel矩阵填充的稀疏孔径ISAR成像

在稀疏孔径(SA)逆合成孔径雷达(ISAR)成像中,传统压缩感知(CS)方法使用稀疏信号处理来处理数据缺失下的成像问题。这类方法存在模型不匹配这一固有问题,在一定程度上会限制成像质量。提出了一种利用Hankel矩阵填充(HMC)的基于结构化稀疏ISAR成像方法。该方法是一种典型的无网格方法,可以有效地提高稀疏孔径ISAR成像性能。首先,建立ISAR稀疏孔径成像信号模型,根据每个距离单元的回波构造Hankel矩阵;其次,通过证明所构造Hankel矩阵的低秩性质,作为方位稀疏成像的先验信息约束;最后,通过逐步迭代求解基于增广拉格朗日乘子(ALM)的矩阵填充(MC)来实现重构方位维成像。提出的基于低秩约束的方法,可以避免过完备基的假设,有效地克服了CS方法的离网格效应。基于实测数据的实验分析,进一步验证了所提算法的有效性。     

铝硅酸盐玻璃/聚氨酯层合界面结构对层合玻璃光学性能的影响

系统研究界面腐蚀条件对航空层合玻璃光学性能的影响。利用光电雾度计、扫描电镜、紫外可见分光光度计等对铝硅酸盐玻璃和层合玻璃进行测试分析。结果表明,随着腐蚀液浓度(或腐蚀时间)增加,铝硅酸盐玻璃的透光率分阶段降低,铝硅酸盐玻璃的雾度先缓慢增大后迅速增大;然而,层合玻璃的透光率,随着腐蚀液浓度(或腐蚀时间)增加先增大后降低。腐蚀液中的表面活性剂对层合玻璃透光率影响甚微。当腐蚀液浓度为10%,腐蚀时间为10min时,制备的层合玻璃有较好的光学性能。     

增强型整体-局部高阶理论四边形单元层合板自由边分析

基于增强型整体-局部高阶理论,构造了四节点四边形单元并分析复合材料自由边拉伸问题.本理论预先满足层合板面内位移和层间应力连续条件及层合板上下自由表面条件,未知变量个数不依赖于层合板的层数.精化四节点四边形单元满足单元间C1弱连续性条件.数值结果表明,基于增强型整体-局部高阶理论构造的四边形单元能够精确分析自由边拉伸问题.层间横向剪切应力能够直接从本构方程中计算得出,而横向法应力则需在一个单元内使用局部三维平衡方程.