新型铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统优化设计

铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统利用铝水燃烧产生的热量来加热水产生高温气流带动涡轮做功从而产生动力,研究表明其具有较高的能量密度。在原混合动力系统基础上,提出三种新的系统方案,分别对其建立数学模型并进行求解,得到并比较各个系统方案净输出功率、能量密度、系统效率等性能参数。计算结果表明:采用直接返回的高温气流与铝进行反应,虽然提高了水蒸气温度,但系统性能有所下降;增加蒸发器和固体换热器系统后充分利用固体氧化剂的热量,使得系统性能提升;采用双燃烧室加壁面冷却换热构型,减少了高温压缩机组件且解决了燃烧室热防护问题,同时系统性能有所提升。研究结果可为今后铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统总体设计提供参考。     

惯性效应对电主轴动态性能的影响

为分析高速电主轴轴承-转子系统的动态特性,利用有限元分析方法和Timoshenko梁理论,建立考虑离心力和陀螺力矩等高速惯性效应和系统阻尼的电主轴转子系统动力学模型;并以120MD60Y6型号高速电主轴为研究对象开展模态试验,获取系统不同工况下的固有频率。研究结果表明:离心力除了造成轴承支承软化外,还会造成转轴软化,且转轴软化是造成主轴系统固有频率下降的主要原因;陀螺力矩会将主轴系统每阶固有频率分为前后两个模态,且前后模态随转速变化的规律不同。仿真结果和试验结果吻合较好,这表明所建模型能够准确预测高速电主轴动态性能。     

螺旋桨定常/非定常水动力性能 CFD不确定度分析

为评估计算流体力学(CFD)方法预报螺旋桨定常及非定常水动力性能的可信度,分析了误差来源并提出改进措施,采用RANS方法并选用SST k-ω湍流模型选取三套网格和三种时间步长对DTMB 4119螺旋桨的定常及非定常水动力性能进行了数值计算,并对计算结果进行了验证与确认。不确定度分析结果表明:螺旋桨定常水动力性能在设计及低进速系数时得到确认,高进速系数时未得到确认;可采用加密网格的方式降低数值不确定度,从而将评估模型误差用于改进计算模型;非定常水动力性能修正后的数值不确定度小于1%,可在2%～3%的水平上得到确认,能够满足其计算精度要求。     

粘结剂复合方式对硼粉热性能的影响研究

为了研究含能粘结剂硝化纤维素与微米硼粉的不同复合方式对硼粉热氧化性能的影响,采用热重分析测试手段分析了不同复合方式(简单机械复合、浇膜复合、团聚造粒改性)对1μm硼粉热性能的影响,建立了3种改性后硼粉的燃烧模型,研究了含能粘结剂硝化纤维素含量对其热氧化性能的影响。结果表明：团聚造粒改性对其氧化性能改善最佳;简单机械复合、浇膜复合和团聚造粒改性分别使硼粉氧化温度提前了0.1、29.4、112.3℃;简单机械复合与团聚造粒改性使硼粉最终氧化率分别提高了3.4%和13.8%,而浇膜复合无较大改善作用;随着硝化纤维素含量的增加,硼粉的氧化性能增强。     

微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。     

基于不同形貌硫化钴材料的吸波性能研究

为了进一步探究硫化钴(CoS)材料在吸波领域的发展潜力,为后续制备CoS基多元复合材料提供参考,采用溶剂热法分别制备了球状、纳米颗粒状、花状3种不同形貌的CoS材料,并对3种CoS材料的微观形貌、物相结构和吸波性能进行表征分析。结果表明：相较于纳米颗粒状和花状,球状CoS具有更为复杂的3D多孔结构且呈现出良好的阻抗匹配,更利于实现对入射电磁波的多重散射消耗,在填料量同为40wt%时,球状CoS的最小反射损耗为-44.59 dB,有效吸波带宽最大可达3.6 GHz,对应匹配厚度为1.5 mm。3种不同形貌的CoS材料吸波性能的研究为后续制备新型高效的CoS基多元复合吸波材料提供了良好的参考价值。     

小子样条件下基于Normal-Poisson过程的性能可靠性评定

对于高可靠、长寿命产品,基于性能退化数据分析可靠性是一种行之有效的技术途径。结合航空航天产品性能退化的机理与现场试验小子样的特点,建立了基于Normal-Poisson过程的性能退化模型。论文在对产品性能退化建模的基础上,结合Bayes方法给出了退化模型参数的估计算法和可靠性推断的公式,最后结合实例说明了方法的有效性。     

无人机极限边界性能突变模型和评估方法

近年来,无人机的应用范围不断扩大,投入数量呈指数增长,获取无人机在实际环境下的能力底数已成为现阶段的现实需求。无人机执行飞行任务的能力随着使用包线扩展和环境逐渐恶化,其性能由渐变到发生量变,最终在极限边界附近突变、质变。这一过程具有非线性、跳跃性,结果具有显著的突变特征,即在相对较短的时间内,无人机从具备执行飞行任务能力的状态突然转化为丧失飞行能力的状态。引入突变理论,依据系统的内在作用机理将无人机极限边界性能评价问题转变为由多个控制变量组成的系统,提出突变模型和评估方法,并从无人机自身能力和外部环境影响两个方面解构无人机的有效飞行时间模型及推论,构建无人机极限边界性能结构层次,建立极限边界性能评价原则和步骤,获取无人机极限边界性能与正常性能使用、不同类型无人机极限边界性能的对比关系,为探索无人机极限边界性能和不稳定状态提供解决方案。