石墨烯光推进原理分析及光驱动特性测试研究

光推进是将光能转换为动能的一种推进方式,石墨烯材料具有独特的光电特性,为光推进技术发展提供了重要前提。文章介绍了石墨烯光推进技术发展,讨论了石墨烯光推进的电子射流、Knudsen力、激光烧蚀三种作用机理假设,分别计算了电子射流及Knudsen力产生推力的数量级,认为Knudsen力更有可能是光产生驱动现象的原因。针对Knudsen力这一假设,采用悬丝摆动的微小力测量方法,表征了石墨烯海绵表面受激光照射一侧和未被照射一侧的表面温度,两侧表面形成了显著的温差,热量主要在受照射的一侧表面聚集;讨论了真空度等参数对光驱动力大小产生的影响。结果表明,石墨烯光驱动力在微牛量级,低真空度(1～10 Pa)是产生光驱动力的适宜环境,热效应在光驱动里中占据主导作用,间接表明了石墨烯光驱动力主要来自于Knudsen力的可能性。     

基于算力路由的空间信息网络低时延在轨协同计算策略

针对当前空间信息网络（Spatial Information Network, SIN）地面数据处理模式中存在的高传输时延问题,提出了基于算力路由的低时延在轨协同计算策略。考虑到卫星网络的动态变化及卫星计算资源的异构性,提出了要素时空扩展图模型,以实现在屏蔽SIN动态性的同时对星上资源进行精确表征。在此基础上,构建基于算力路由的多星在轨协同计算数学模型,提出时延优化问题,并利用改进的异构最早完成时间（Heterogeneous Earliest Finish Time, HEFT）算法进行求解。仿真结果表明：卫星在轨协同计算可有效降低卫星数据的任务处理时延;同时,本文所提的改进HEFT算法以较小且可接受的收敛性能为代价,换取了业务处理时延的大幅度降低。     

壁面约束下椭球颗粒曳力特性研究

颗粒两相流系统广泛存在于自然界和工程应用中,实际颗粒往往并非球形且受其附近壁面的影响。基于欧拉-拉格朗日方法的颗粒两相流数值模拟已成为非球形颗粒两相流系统设计的重要工具,然而其准确性受限于非球形颗粒曳力模型。因此,深入研究壁面约束下非球形颗粒曳力特性并发展近壁修正预测模型具有重要意义。本文采用直接数值模拟方法对有限雷诺数（0.5≤Re≤10）下,不同颗粒长轴取向与来流之间的夹角以及颗粒-壁面间距的单椭球颗粒曳力特性开展详细数值研究,分析比较不同工况下曳力系数的变化,探明雷诺数、攻角以及壁面间距对椭球颗粒曳力系数的影响规律,并评估现有自由流中椭球颗粒曳力关系式的适用性,最后发展了考虑近壁修正的椭球颗粒曳力预测模型,为优化非球形颗粒两相流数值模拟工具提供重要支撑。     

基于不同磨粒的氮化硅陶瓷磨削特性研究

采用多颗磨粒磨削仿真和实验相结合的方式研究磨削过程的磨削力、磨削温度和已加表面形貌。对比分析了多颗磨粒和传统单颗磨粒磨削模型在磨削特性上的差异性,并对多颗磨粒磨削仿真模型进行了验证。结果表明：当磨削速度减小、磨削深度增大时,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削力均增大;当磨削速度和磨削深度增大,多颗/单颗磨粒仿真与实验的磨削温度均增大;当进给速度增大时,单颗磨粒仿真的磨削力减小、磨削温度先减小后增大,多颗磨粒仿真和实验的磨削力增大、磨削温度减小;多颗磨粒磨削时的磨削力和磨削温度大于单颗磨粒磨削时的力和温度;多颗磨粒仿真后工件表面形貌与实际加工后表面形貌相符。基于多颗磨粒磨削工程陶瓷的有限元仿真模型相比于单颗磨粒模型可更好地模拟实际加工情况。     

外部轴向激励作用下螺旋桨轴承力非定常变化特性数值研究

为了研究外部轴向激励作用对螺旋桨非定常轴承力的影响,基于动网格方法和RANS湍流模型相结合的数值方法,对螺旋桨进速系数0.833,转速10Hz条件下,外部轴向激励作用和无激励作用时三叶常规螺旋桨轴承力的非定常变化特性进行了分析。结果表明,相比于无激励作用,外部轴向激励作用会使螺旋桨非定常轴承力的频域上新增一个显著的响应分量,其频率与激励频率始终保持一致;若保持激励幅值不变,新增响应分量的幅值会随着激励频率的增大而增大;若保持激励频率不变,新增响应分量的幅值会随着激励幅值的增大而增大,且两者存在着系数为0.015的正比关系;外部轴向激励作用下螺旋桨的压力场和涡量场的分布与无激励作用时相比仅在细节上存在不同程度的差异。     

基于碳纳米纸的CFRP制孔质量控制

进行了钻削预埋碳纳米纸薄膜传感器碳纤维复合材料的试验,钻削结果采用超声波扫描显微镜进行检测.试验结果表明:层间预埋碳纳米纸,可以实时监测钻头位置,根据钻头位置改变进给率,实现对制孔质量的精确控制.采用ABAQUS对试验方案进行模拟仿真,模拟的结果与试验结果很好地吻合,证明了该方法的有效性.     

数控机床切削力负载模拟器的显式力控制算法设计

为了对数控机床进行可靠性试验,设计了一种基于3P-(4S)并联机构的负载模拟器。基于PI反馈控制的显式力控制算法,并引入了模糊控制器,提高系统对不同加载误差的适应性。在控制系统中引入了力前馈控制器,提高控制系统的动态性能,减少实际加载力的滞后。同时,由于加载目标即机床主轴的进给运动轨迹未知,因此引入了主轴位置预测前馈以进行运动补偿,减少主轴运动所带来的干扰。最后设计并实施了静态与动态负载模拟试验,验证了所提控制算法的有效性。     

GFRP铣槽加工铣削力及表面粗糙度研究

铣槽是复合材料较常用的机械加工形式之一。为研究玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)铣槽加工中各加工参数对铣削力和表面粗糙度的影响,开展了以主轴转速、进给速度和轴向切深为因素的正交试验,研究铣削力和表面粗糙度的变化规律。并用Matlab软件对铣削力和表面粗糙度的试验数据进行回归分析,建立了铣削力和粗糙度的经验公式,最后通过试验验证铣削力和表面粗糙度经验公式的正确性。结果表明:轴向切深对铣削力影响最大,其次是主轴转速,进给速度对铣削力影响最小;主轴转速对粗糙度的影响最大,其次是进给速度,轴向切深对粗糙度的影响最小。试验结果与铣削力、表面粗糙度经验公式算得的数值对比,误差范围都在20%以内。     

发动机静子尾流激励对叶盘结构高阶共振可激性的研究

针对航空发动机中转静干涉流场诱发的叶盘结构强迫响应问题,分析由导流叶片和动叶构成的转静干涉流场的尾流激励所激起的叶盘结构高阶共振的可能性和危险性.基于非定常转静干涉流场数值模拟结果,通过时域与空间傅里叶分析得到叶盘所受气动压力的频谱和空间波谱,同时定义投影于叶盘结构模态空间的激励（即模态力）为尾流激励的可激性,用于对叶盘结构共振响应强度的评估.研究结果表明:尾流激励对非主要共振点的可激性远远小于其对主要共振点的可激性;在发动机工作转速范围内允许那些模态位移场与激振力场的夹角较大（余角较小）的共振存在,即尾流激励可激性很小的高阶共振的存在是合理的.      

风扇轴高/低周复合疲劳试验方法研究及设计

为了实现风扇轴在轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷联合作用下,真实模拟试验件边界环境,且不引入额外载荷的要求下进行高/低周复合疲劳（HCF/LCF）试验.采用机械设计技术、液压技术、计算机技术和数据采集技术,提出了轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的加载方法,建立了4种载荷的控制系统和标定系统,并设计了大涵道比涡扇发动机风扇轴试验器.试验器利用计算机测控系统,通过信号提取、电液伺服阀和机械系统可同时实现轴向力、主扭矩、振动扭矩和旋转弯矩载荷的协调加载.结果表明:试验器高周载荷加载频率可达到9Hz,低周疲劳载荷加载精度优于±0.12%,振动扭矩载荷加载精度优于±2%,92.75%的旋转弯矩加载数据精度优于±5%,旋转弯矩误差范围为±9%.试验器具有良好的重复性和线性度.