羽流场与月壤颗粒相互作用的一种新计算方法

针对登月着陆器发动机下降过程中羽流场与月壤颗粒相互作用问题提出了一种新的计算方法。通过Morh\|Coulomb破坏准则确定月壤颗粒可以被羽流扬起的临界剪应力,采用动量原理计算被扬起的月壤颗粒的质量大小及形成的月坑深度;基于牛顿第二定律,采用羽流场与月壤颗粒的流固耦合相互迭代的计算方法,获得被扬起月壤颗粒随时间的质量分布等。本文通过美国Apollo 11登月过程实测数据对该新方法进行了验证,为人类探月工程提供一定数据参考。     

实心转子—电磁轴承系统的损耗分析

当径向电磁轴承中的转子旋转时,转子中将产生涡流。当转子为非叠片结构时,所产生的涡流较大,此涡流将改变电磁轴承气隙回路中的磁场。因此,作用在转子上的磁场力除磁浮力之外,还将作用有切向力,此切向力将产生磁阻尼,引起能量损耗。本文提出了一实心转子—电磁轴承系统的磁场分布模型,给出了相应磁浮力和切向力的计算公式,以实际系统为例,进行了相应计算和损耗分析,并在实际系统上进行了实验。结果表明计算与实验较吻合。      

高强韧抗疲劳TiB2/7050Al复合材料组织与性能研究

原位自生铝基复合材料具备轻质、高模量和高强度,是实现装备结构轻量化的关键材料之一。塑性加工变形量是决定铝基复合材料组织和性能的重要因素。本文以三种典型截面规格型材为载体,研究了挤压变形量对热挤压制备TiB₂/7050Al复合材料组织结构与力学性能的影响规律与作用机制。采用扫描电子显微镜与背散射电子衍射技术,分析了复合材料内颗粒分布与三维晶粒结构,及其与挤压变形量的演化规律,讨论了复合材料不同组织结构下的室温拉伸性能与抗疲劳性能。结果表明：TiB₂/7050Al复合材料型材同时具备高弹性模量（78~84 GPa）、高强塑积（6 588 MPa·%）与高疲劳极限（289 MPa）,将在航空航天等领域具有广泛的应用前景。     

变重力场中散体颗粒堆的安息角及接触力分布

为研究重力与散体颗粒堆安息角的关系,针对颗粒系统的随机性和离散性特点,通过三维离散单元法建立颗粒的运动模型,对颗粒在不同重力场中的堆积过程进行了模拟,得出了颗粒堆的安息角及接触力概率分布.结果表明:颗粒堆内接触力构成的力链呈非规则网络状,其中,接触力近似对数正态分布,约65%接触力低于平均值;接触点中约70%处于临界滑移,其余接触点切向力与法向力的比值为均匀分布;不同重力场中颗粒堆接触力的分布规律具有相似性,即接触力相对重力无量纲化之后,其分布函数高度相符;颗粒堆的微观结构具有随机性差异,但是安息角不受重力大小的影响.     

面向悬浮光力系统的集成化反馈控制器研究

悬浮光力系统具有高灵敏度、高稳定性和低耗散等特点,有望发展成为新型高性能力学传感器。针对目前悬浮光力系统存在的反馈控制器兼容性差、软硬件成本高、集成度低等问题,提出了一种兼容多种反馈控制模式的软硬件设计方案,并研制了一套高度集成的反馈控制器,在160 mm×170 mm×42 mm的尺寸上集成了六通道模数/数模转换器、滤波器、现场可编程门阵列+微处理器(FPGA+ARM)等功能模块,并且开发了基于数字锁相环和比例积分微分(PID)控制器的控制算法,最终在同一套硬件系统上实现了跨尺度微粒的运动信息采集和反馈控制,以及数十赫兹至亚兆赫兹的感知带宽。实验结果表明,该集成反馈控制器能够实现超高真空(10^-6 Pa量级)下亚微米及微米尺度微粒的稳定悬浮和运动控制。在扩展系统感知带宽的同时减小了整体体积,为悬浮光力传感技术的器件化奠定了基础。     

复合纳米自润滑金刚石砂轮磨削SiC陶瓷的试验研究

提出一种复合纳米自润滑金刚石砂轮的制备方法,并对制备的砂轮进行SiC陶瓷的磨削试验,分析砂轮表面不同质量分数的复合纳米颗粒对磨削性能的影响。使用MoS₂、TiO₂纳米颗粒作为自润滑砂轮基底的填充材料,采用复合纳米自润滑金刚石砂轮和传统金刚石砂轮进行磨削对比试验,研究复合纳米自润滑金刚石砂轮的润滑机制。研究结果表明,复合纳米自润滑金刚石砂轮自释放的纳米颗粒有效地参与了磨削区间的润滑,砂轮的法相力、切向力降低,提升了工件表面质量。在磨削深度为2～8μm内,复合纳米自润滑金刚石砂轮的具体表现为法向磨削力降低18.6%～38.7%、切向磨削力降低11.2%～28.6%,工件表面粗糙度降低13.9%～41.5%。根据本试验所得数据,当砂轮表面复合纳米颗粒质量分数为8%时,润滑性能和工件表面质量最佳。     

等离子体接触器对空间站充放电的影响

针对采用100V高压电池阵的空间站结构体带电现象,提出采用等离子体接触器进行主动电位控制方案,根据此方案建立包含接触器的空间站充放电等效电路模型,研究等离子体接触器对空间站充放电过程的影响及空间站结构因素对接触器钳位效果的影响,从而了解等离子体接触器与空间站悬浮电位的耦合特性。结果表明,无论空间站处于“快速充电”还是“正常充电”情况,等离子体接触器均能有效将空间站悬浮电位钳制在合理范围内。空间站结构因素中,电池阵暴露导体面积对接触器钳位过程影响较大,结构体暴露导体面积和结构体等效电容的影响可忽略。     

利用金刚石微颗粒进行微米级加工的研究

为确立用金刚石微颗粒对硬脆性材料进行微加工的技术基础,在进行了螺旋切入方式的运动学和力学模式的解析后,对用金刚石微颗粒进行磨削微加工的最佳条件进行了探讨。在此基础之上,用电镀有金刚石微颗粒的工具和螺旋切入磨削方式,成功地实现了对玻璃、硅片等各种各样的硬脆性材料的100μm尺度的高精度加工。     

NiAl合金锥筒内压胀形–原位反应一体化成形工艺研究

针对NiAl合金板坯制备及复杂薄壁构件二次成形困难的技术难题,提出一种成形与原位反应一体化成形新工艺制造NiAl合金薄壳件,即先将Ni箔与Al箔交替堆叠置于模具中,再在固体颗粒介质作用下塑性成形,然后使成形后的Ni/Al叠层薄壳件继续停留在模具中,在固体颗粒介质压力作用下加热使Ni/Al叠层发生原位反应合成NiAl合金,从而制得NiAl合金薄壳件。采用扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）对构件微观组织进行表征,并对其高温力学性能进行测试。结果表明,采用该方法制得的NiAl合金锥筒由单一NiAl相构成,厚度方向上粗晶层与细晶层交替排布,为典型的双峰组织,无孔洞等缺陷。构件硬度为317HV且分布均匀,1000℃抗拉强度为71MPa,延伸率可达74%。