重复使用运载火箭液体动力技术发展

重复使用是未来运载火箭更新换代的技术发展趋势,是降低航天发射成本、实现规模化航天发射的有效途径。重点概述了国内外垂直起降重复使用运载火箭动力技术的发展现状,分析了垂直起降重复使用运载火箭发射和回收全任务剖面,总结了垂直起降重复使用运载火箭动力技术的特点,包括宽范围入口压力多次启动技术、大范围快速高精度推力调节技术、故障诊断及健康管理技术、状态检测与维修维护技术等。

重复使用火箭发动机推力室疲劳寿命研究进展

再生冷却推力室内壁的热-机械疲劳失效严重影响重复使用液体火箭发动机的可靠性和使用寿命,疲劳分析在内壁损伤机理研究、寿命预测和结构优化设计中具有重要作用。简要回顾了推力室再生冷却结构热-机械疲劳分析方法的发展历程,重点围绕材料本构关系、热-力响应计算和疲劳寿命模型,对比梳理已有方法,讨论其特点及应用。基于研究进展与工程需求,从全服役周期瞬态载荷环境、材料本构关系、热-机械损伤模型及验证、基体与涂/镀层耦合失效分析和基于有限数据的工程方法等方面给出了进一步研究的方向和建议。

耦合时序特征的林分类型遥感识别

【目的】结合多源遥感数据进行特征提取,获取最优分类策略并探究时间序列特征在林分类型识别中的重要性,为遥感林分类型识别提供技术途径。【方法】结合Sentinel-2光谱特征和时间序列特征、Sentinel-1雷达后向散射特征和SRTM DEM地形特征在Google Earth Engine中进行各特征变量的提取,构建不同特征组合使用随机森林分类器进行分类并对不同分类结果进行制图输出和精度评价。【结果】(1)使用Sentinel-2时间序列光谱特征、Sentinel-1雷达后向散射特征和SRTM DEM地形特征的方案分类效果最好,总体精度为84.62%,Kappa系数为0.82;(2)在构建的5个不同特征组合方案中,多特征组合的方案分类效果优于单一特征;(3)地形特征、后向散射特征和时间序列特征对于分类结果非常重要,尤其是时间序列特征的加入能大大提升林分类型识别精度。光谱特征中短红外波段B11和B12最重要,时间序列特征中4月份和10月份为最重要的时间节点。【结论】基于多源遥感数据提取的多特征分类方案能够有效进行研究区林分类型识别,地形特征、后向散射特征和Sentinel-2时间序列特征可以作为光谱特征的有效辅助特征变量提高分类精度,使林分类型识别更为准确,尤其是时间序列特征在提高林分类型识别精度上有突出作用。

纤维二糖磷酸化酶表达条件的优化及其酶学性质研究

纤维二糖磷酸化酶(cellobiose phosphorylase,CBP)磷酸化裂解纤维二糖为葡萄糖-1-磷酸,它是木质纤维素转化淀粉的关键酶。该研究将来源于Clostridium thermocellum YM4的cbp基因通过表达载体pET-28a(+)构建重组菌Rosetta(DE3)/pET-28a-CBP用于表达CBP。对其诱导表达条件进行优化,结果显示当诱导温度、异丙基硫代-β-D-半乳糖苷(isopropylthio-β-D-galactoside,IPTG)浓度和诱导时间分别为15℃、0.2 mmol/L和12 h时CBP酶活力最高,为0.47 IU/mL。进一步利用Ni柱分离纯化出带有His标签的CBP,结果表明该重组酶分子质量为95 kDa,比酶活1.03 IU/mg;最适反应温度60℃,最适反应pH 6,半失活时间为60 min;金属离子Cu^(2+)显示出对该酶有强烈的抑制作用,然后依次是Zn^(2+)、Fe^(3+)、Ca^(2+)、Mn^(4+)(P<0.05);而K^(+)、Mg^(2+)和Na^(+)对该酶活力无显著性影响(P>0.05);最后对重组CBP的动力学参数进行了表征,K_(m)值为19.61μmol/mL,V_(max)值为1.19μmol/(mL·min)且K_(cat)值为21.38 s^(-1)。

SAMP8小鼠在中医药抗痴呆中的应用研究进展

快速老化小鼠是一种早期学习记忆障碍模型,因其表现出阿尔茨海默病发病机制的大多数特征,包括抗衰老因子的异常表达、炎症因子的过度升高、淀粉样蛋白沉积、tau蛋白过度磷酸化、线粒体自噬、血脑屏障损伤的中枢机制以及多系统多器官的病理损伤,因而成为阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)研究的理想模型而广泛应用。随着AD机制实验研究的不断深入,发现SAMP8小鼠在行为活动、组织病理及生化参数指标上相较于SAMR1发生明显变化,并与人体疾病相类似。基于此,本文对SAMP8小鼠的行为学、组织病理和中医药实验研究进行了系统综述,加深对SAMP8小鼠的认识,了解其生理病理特性,并依据中医药实验研究对其中医证型进行推测,以期对SAMP8小鼠的科学应用提供有益帮助。

延性铜合金颈缩后力学响应工程修正方法

液体火箭发动机中大量采用延性铜合金,严苛载荷导致其普遍工作于大塑性变形状态。由于无法有效处理拉伸试验颈缩后数据,传统工程强度分析所用材料本构无法充分反映出材料的真实承载能力。针对某延性铜合金开展常温单轴拉伸试验,并从工程强度分析的角度提出通用修正函数与参数拟合原则,随后通过有限元颈缩仿真拟合得到加权因子w=0.75和指数修正因子n=2.4。研究表明,有限元颈缩仿真的载荷-位移响应对模型参数和网格具有收敛性,指数修正方法可更好地描述铜合金试件颈缩后响应,选取n=2.4可得到偏保守的材料性能估计。

基于机器学习建模的液体火箭发动机喷管内型面优化设计

喷管是液体火箭发动机产生推力的重要部件。喷管型面的结构将直接影响燃烧所产生的燃气在喷管中的流动情况,进而对发动机的性能产生影响。采用B样条曲线对抛物面型线进行参数化,计算样本集的流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)流场,以比冲为优化变量对喷管性能进行评估。研究表明,基于代理模型优化得到的喷管内型面结构与特征线法计算结果基本一致,比冲计算结果相当,最大误差为0.28%。通过代理模型和网格变形方法,可实现液体火箭发动机喷管内型面优化设计,提高优化效率。

核热火箭发动机技术发展态势分析与启示

为解决航天任务中太阳能利用困难和化学能能力瓶颈的问题,发展空间核动力势在必行。核热火箭发动机具有运行能量转换效率高、推力调节范围广、比冲大、长驻留、启动快、可多次启停等优点,近年来再次成为国内外研究热点。通过回顾美俄在核热火箭发动机技术上的发展历程,梳理涉及的反应堆、发动机、推进剂管理、地面试验、系统仿真与核安全等相关的关键技术,总结美俄核热火箭发动机发展的启示,为未来空间核热火箭发动机的规划论证与技术研发提出发展建议。

基于转化生长因子-β1观察三七总皂苷对大鼠跟腱异位骨化的组织学影响

目的:从组织学观察三七总皂苷(PNS)对大鼠跟腱异位骨化(HO)的影响,并基于转化生长因子-1(TGF-1)/Sma和Mad相关蛋白(Smad)同源物2/3信号通路探讨其潜在作用机制。方法:将126只SD大鼠随机分为正常对照组、假手术组、模型组、西药组、高剂量组、中剂量组、低剂量组,每组18只。HO造模术后分别给予不同浓度PNS或对照西药或生理盐水灌胃2周。于术后2周、5周及10周分别行小动物X线及CT平扫评估HO发生情况。采用一般组织学染色,包括苏木精-伊红染色、Masson三色染色及番红O固绿软骨染色,观测HO病灶内组织学改变。经免疫组织化学法比较各组病灶局部TGF-β1、磷酸化Smad同源物2(p-Smad2)及p-Smad3表达的差异。结果:术后10周,X线检测可见各手术大鼠成骨率差异无统计学意义(P>0.05)。术后2周,手术大鼠跟腱细胞显著增加(P<0.05),跟腱纤维排列紊乱;5周可见大量增殖肥大软骨细胞;10周可见大量成熟异位骨组织形成。中剂量组术后10周相对骨量显著低于模型组(P<0.05)。免疫组织化学染色显示,假手术组TGF-β1、p-Smad2及p-Smad3表达术后与正常对照组比较均显著增加,差异均有统计学意义(均P<0.01)。与模型组比较,中剂量组TGF-β1的表达在术后2周显著降低(P<0.05),表达峰值延后。结论:TGF-β1的表达在大鼠跟腱HO造模术后具有显著增加。一定浓度的PNS可降低异位骨组织的相对骨量,这可能与PNS延后TGF-β1的表达峰值并下调其表达量有关。

周期性轻质多孔结构在能量吸收和振动方面的研究进展

周期性多孔结构以其轻质、高强等优异的力学性能和减振、能量吸收等多功能特性引发诸多学者越来越多的关注。该研究对近年来周期性超轻多孔结构及其填充混杂复合结构在能量吸收和振动性能方面的研究情况进行了综述。首先,概述了超轻多孔结构在减振和抗冲击性能方面优势明显的胞元及结构形式;其次,对于能量吸收方面,重点从准静态载荷、冲击载荷和应用三个角度评述了研究成果;然后,针对振动特性,介绍了振动分析、减振隔振和振动特性应用方面的研究工作;最后,展望其后续的发展方向,包括基于增材制造的多孔结构的动态力学模型研究、超轻多孔结构的疲劳及损伤容限性能研究、多孔结构在多场及多种载荷下动态力学性能研究、面向吸能和减振的多孔结构胞元设计和填充材料组集优化方法、面向工程应用的多孔结构材料功能一体化设计等。

电针对阿尔茨海默病不同病理阶段自噬状态影响差异性研究

目的 观察电针对APP/PS1双转基因小鼠老年斑出现前后不同病理阶段自噬状态影响的差异性,从自噬角度探讨电针干预阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)的作用机制。方法 4月龄和8月龄APP/PS1双转基因雄性小鼠各20只,随机分为模型组(4月龄和8月龄模型组)和电针组(4月龄和8月龄电针组),每组10只;以同月龄同性别C57BL/6野生型小鼠为正常组(4月龄和8月龄正常组)各10只。电针组取双侧涌泉穴直刺后接电针仪,百会穴平刺后单向滞针再留针,共20 min。干预隔日1次,共6周。采用Morris水迷宫实验评价小鼠空间学习记忆能力;通过免疫组化技术观察小鼠海马淀粉样斑块沉积情况;用免疫荧光技术观察小鼠海马LC3和β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)表达情况;用酶联免疫吸附法检测小鼠海马Aβ表达水平;用Western blot法检测小鼠海马自噬相关蛋白LC3和p62相对表达量。结果 Morris水迷宫结果显示,6月龄和10月龄模型组小鼠平均逃避潜伏期均较同月龄正常组增加(P<0.01),平台象限停留时间均减短(P<0.01);与6月龄和10月龄模型组相比,同月龄电针组小鼠平均逃避潜伏期均减少(P<0.05),平台象限停留时间均延长(P<0.01)。免疫组化结果显示,6月龄模型组海马区域可见少量老年斑,10月龄模型组海马区域可见大量老年斑。免疫荧光技术结果显示,LC3和Aβ阳性表达主要位于海马神经元核周,LC3阳性还表达在细胞突起中。酶联免疫吸附法检测结果显示,同月龄模型组海马Aβ水平均高于正常组(P<0.01);同月龄电针组海马Aβ水平均低于同月龄模型组(P<0.01);6月龄模型组海马Aβ水平明显低于10月龄模型组(P<0.01)。Western blot法检测结果显示,与同月龄正常组比较,6月龄模型组LC3Ⅱ/Ⅰ比值和p62表达均降低(P<0.01);与同月龄模型组比较,电针组LC3Ⅱ/Ⅰ比值增加(P<0.01),p62差异无统计学意义(P>0.05)。与同月龄正常组比较,10月龄模型组LC3Ⅱ/Ⅰ比值和p62表达均增加(P<0.01,P<0.05);与同月龄模型组比较,电针组LC3Ⅱ/Ⅰ比值和p62表达均降低(P<0.01,P<0.05)。结论6月龄和10月龄APP/PS1转基因鼠老年斑出现前后不同病理阶段的自噬状态不同。电针可提高6月龄APP/PS1双转基因鼠海马自噬功能,调节10月龄双转基因鼠自噬功能紊乱状态,电针改善不同病理阶段APP/PS1双转基因小鼠的学习记忆能力,降低海马Aβ水平的机制存在差异性。

增材制造BCCZ点阵夹芯梁结构的自由振动分析

通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法,获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备了BCCZ点阵夹芯梁试件,进行了模态试验,有限元和试验验证了理论模型的准确性。然后研究了胞元直径、面板厚度和芯子高度等结构几何参数和材料性能对BCCZ点阵结构振动性能的影响规律。结果表明:减小胞元直径,减小面板厚度,提高芯子高度均可以提高BCCZ点阵夹芯梁结构的一阶固有频率参数(一阶固有频率与同质量同面板面积的实体结构之比),胞元直径的影响最明显。面板-芯子-面板材料组合为钛-铝-钛时一阶固有频率最高。研究结果对BCCZ点阵夹芯结构的设计及工程应用具有一定的指导意义。

全流量补燃循环发动机流量调节器起调过程仿真研究

针对全流量补燃循环液氧甲烷发动机流量调节器起调过程,建立了流量调节器、涡轮泵等发动机组件起动过程数学模型,对发动机起动过程进行了仿真计算,分析了不同的流量调节器特性参数对发动机起动过程的影响。结果表明,起动过程中流量调节器会经历未起调—起调—稳态工作这3个过程,不合适的起动参数会造成流量调节器流量相较于节流窗口开度而超调,引起发动机各系统参数波动,对发动机结构形成压力冲击。通过适当增大流量调节器阻尼孔开度、推迟转初级起始时间可抑制超调现象以及发生器温度峰过高等危险情况,可提高发动机起动品质。

多层尺寸梯度面心立方点阵结构力学性能研究

针对均匀点阵结构能量吸收性能低和截面梯度点阵结构刚度性能较差的问题,设计了多层尺寸梯度面心立方点阵结构,通过理论、仿真和试验方法研究了其力学性能。首先,采用SS316L不锈钢材料和选择性激光熔融(SLM)技术,制备了胞元尺寸梯度面心立方(SG-FCC)和均匀面心立方(U-FCC)两种点阵结构的试验件,并进行了准静态压缩试验;然后,在试验和有限元分析的基础上,获得了两种点阵结构在压缩过程的力学行为,基于杆梁变形理论和多层梯度点阵结构刚度组集方法,提出了两种点阵结构的等效弹性模量理论模型;最后,研究了不同梯度因子对SG-FCC点阵结构压缩性能的影响规律。试验结果表明:相比于U-FCC点阵结构,SG-FCC点阵结构的力学性能更加优异,其刚度和比刚度分别增长了17.8%和16.2%,吸能量和比吸能量分别提高了10.8%和10.36%。所提出的SG-FCC点阵结构弹性模量理论模型与试验和有限元分析结果相比吻合较好,误差小于10%,可用于SG-FCC点阵结构的刚度预测;当梯度因子为1.5时,SG-FCC点阵结构的刚度性能较好;当梯度因子为3时,SG-FCC点阵结构的吸能性能较好。该研究可为集高刚度和大吸能性能的轻质化结构设计和工程应用提供参考。

液体火箭发动机数字化仿真平台的设计与实现

液体火箭发动机是一种复杂的设备,测试其健康状况是一项昂贵且耗时的工作,需要进行大量的点火测试。针对液体火箭发动机模型复杂和不易建模等特点,提出了一种模块化建模方法,并以某大型液氧煤油发动机为例,搭建了仿真模型。为提高发动机维护效率和安全水平,设计并搭建了一种高效的实时数字化仿真平台,详细介绍了该仿真平台的硬件结构组成与开发流程,并对该平台操作系统的实时性、链路实时通讯可靠性以及数值方法的实时性进行了测试与分析。通过仿真,获得了该型号液体火箭发动机在不同工况条件下的压力、温度、流量、转速等多种类型参数的变化情况。结果表明,仿真数据与试车数据拟合程度较高,满足平台在软硬件层面的仿真可信度,具有良好的实时性和实用性。

液体火箭发动机高压混合燃气涡轮绝热功计算方法

在高压补燃循环液体火箭发动机的设计中,涡轮绝热功是影响发动机推力的重要设计参数,其计算的准确性直接影响涡轮设计的有效性。高压下,真实气体效应突出,对绝热功的计算有较大影响,必须考虑其作用。对比分析了Soave-Redlich-Kwong(SRK)、Peng-Robinson(PR)和Redlich-Kwong-Peng-Robinson(RK-PR)3种立方型状态方程描述氧气、甲烷和氢气的热力学性质的准确性。结果表明SRK方程的准确性较高,与NIST数据最大误差不超过2%。高压涡轮燃气为多元混合物,其绝热功的计算应考虑混合规则。假设涡轮等熵膨胀,分别推导了理想气体假设和考虑混合规则下的SRK方程的涡轮绝热功的计算公式,发现理想气体绝热功的计算与真实气体偏差近10%。提出了一种可以在工程上计算各型号发动机高压涡轮绝热功的算法,即利用进出口平均压缩因子计算高压涡轮近似绝热功,该方法与理论方法的最大误差不超过3%。

材料与载荷随机性影响下管路结构振动疲劳可靠性分析方法

为应对振动环境下管路结构高可靠性寿命评估问题,建立材料、载荷等底层因素随机性模型,并考虑随机性传递、综合作用,获得管路结构振动疲劳寿命可靠性分析模型。以典型材料试验结果及单自由度时域系统,证明了随机性模型的适用性及寿命模型的高效性。以液体火箭发动机典型管路结构为分析对象,评估其高可靠性寿命。分析结果表明:在试车振动载荷作用下,管路结构振动疲劳寿命符合对数正态分布,且寿命存在较大的分散性;所考虑的随机因素中,材料疲劳性能对寿命分散性的影响较大;对管路结构,在确定性寿命的基础上,应考虑至少不小于5倍的寿命缩减系数,以覆盖载荷及材料的随机性影响而获得其高可靠度振动疲劳寿命。该研究为液体火箭发动机可重复使用技术发展提供重要技术支撑。

过表达Trxyr1基因对里氏木霉合成纤维素酶的影响

以里氏木霉(Trichoderma reesei)Rut C30为出发菌株,利用组成型启动子(PDC1)过表达同源Trxyr1基因,探究阳性转化子T.reesei OExyr1在不同诱导物及非诱导条件下合成纤维素酶的情况,最后粗酶液被用于水解碱预处理的玉米秸秆以分析其催化性能。结果表明,T.reesei OExyr1在葡萄糖-β二糖混合物诱导下纤维素酶活是野生型菌株的1.22倍;而以纤维素为诱导物,纤维素酶活可提高2.95倍;此外在非诱导条件下T.reesei OExyr1可合成纤维素酶;但T.reesei OExyr1所产纤维素酶对玉米秸秆的水解效率与野生型无显著性差异。以上结果说明不同诱导物下Trxyr1基因高表达均可提升纤维素酶产量,尤其对于固体纤维素诱导物,但Trxyr1基因表达量的提高对纤维素酶系影响不大。研究成果对阐明T.reesei合成纤维素酶的分子机制及构建高产纤维素酶菌株提供参考。

当归芍药散及其拆方对动脉粥样硬化小鼠血脂及炎症介质的影响

目的:探讨当归芍药散及其拆方对高脂饮食诱导的载脂蛋白E敲除(ApoE^(-/-))小鼠动脉粥样硬化(AS)模型血脂及白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)、c-Jun氨基端激酶(JNK)水平的影响。方法:72只ApoE^(-/-)小鼠随机分为模型组、当归芍药散组、健脾化浊组、阿托伐他汀钙组、活血散瘀组和柔肝缓急组,每组12只,高脂饮食诱导建立AS模型。12只C57BL/6J小鼠作为正常组普通饮食饲养。适应性饲养1周后各给药组小鼠给予中药灌胃16周。全自动生化分析仪检测血清总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)及低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平;酶联免疫吸附试验法测定小鼠主动脉IL-6、IL-8、JNK表达水平。结果:与正常组比较,模型组小鼠血清TC、TG、LDL-C水平均显著升高(均P<0.01)、HDL-C水平显著降低(P<0.01),差异有统计学意义;与模型组比较,当归芍药散组、健脾化浊组、阿托伐他汀钙组、活血散瘀组、柔肝缓急组均可显著降低ApoE^(-/-)小鼠AS模型TC、TG、LDL-C水平、升高HDL-C水平,差异有统计学意义(P<0.01);与正常组比较,模型组小鼠主动脉IL-6、IL-8和JNK表达显著升高,差异有统计学意义(P<0.01);与模型组比较,各给药组均可显著下调小鼠主动脉IL-6、IL-8、JNK表达水平(P<0.01)。结论:当归芍药散及其拆方可以显著改善小鼠血脂水平,降低炎症介质水平,从而缓解AS的发展。其中健脾化浊组方剂要素较其他拆方组效果更为明显。

当归芍药散及其拆方对动脉粥样硬化ApoE^(-/-)小鼠血小板聚集率及内皮细胞粘附分子的影响

目的探讨当归芍药散及其拆方对动脉粥样硬化载脂蛋白基因E敲除(ApoE^(-/-))小鼠血小板聚集率和内皮细胞粘附分子的影响。方法72只ApoE^(-/-)小鼠给予高脂饮食饲养,随机分为模型组、当归芍药散组、柔肝缓急组、健脾化浊组、活血散瘀组和阿托伐他汀钙组,每组12只。12只普通C57BL/6J小鼠作为空白对照组,给予普通饮食饲养。各组小鼠持续灌胃干预16周后,剥离小鼠主动脉,使用改良油红O对主动脉进行染色,使用Image-pro plus 6.0图像处理软件计算小鼠主动脉斑块面积百分比;通过比浊法检测血小板聚集率,并给予活血散瘀疗效评价;免疫组化法检测小鼠主动脉血管内皮细胞间粘附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)、血管细胞粘附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)表达。结果(1)与正常组相比,模型组小鼠油红O染色斑块面积占比、血小板聚集率以及主动脉血管ICAM-1、VCAM-1表达显著升高,差异均有统计学意义(P<0.05)。(2)与模型组相比,各给药组均能降低小鼠斑块面积占比、血小板聚集率、主动脉血管ICAM-1、VCAM-1表达水平,差异均有统计学意义(P<0.05),活血散瘀疗效评价显示,当归芍药散组以及活血散瘀组对ApoE^(-/-)小鼠活血散瘀疗效显著(P<0.05)。结论当归芍药散及其拆方均能不同程度的减少ApoE^(-/-)小鼠斑块面积、降低血小板聚集率、减少ICAM-1、VCAM-1的表达。其中活血散瘀方剂要素在降低血小板聚集率和调节粘附因子方面疗效显著。