空间超高比冲推进技术综述

比冲是衡量空间推进系统效率的核心指标,持续提高比冲是空间推进技术发展的永恒追求,以木星以远行星际探测为代表的复杂宇航任务对空间推进系统提出达到超高比冲的要求。系统梳理了超高比冲空间推进的主流技术路线,从静电加速机制、电磁场加速机制、新型推进剂加速机制以及新能源加速机制等方面阐述了实现超高比冲的技术途径,分析了提升比冲的关键技术,给出了超高比冲技术发展建议,展望了超高比冲技术的应用前景,为超高比冲技术突破提供参考。

重熔对超高速激光熔覆Fe基涂层组织性能的影响

采用中心送粉式超高速激光熔覆方法在Q460钢基体制备Fe基合金涂层,并对涂层进行激光重熔处理,之后利用激光共聚焦(LCSM)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电化学工作站、显微硬度计、摩擦磨损仪分析重熔前后熔覆层的宏观形貌、微结构及性能。同时,利用COMSOL软件模拟熔覆和重熔过程涂层热场分布。结果表明:中心送粉式超高速激光单次熔覆可成形微米级厚的Fe基涂层,涂层无裂纹、孔洞等缺陷,稀释率仅为6.82%;重熔后的涂层平整度增加且近表面晶粒明显细化,沿生长方向呈梯度结构;重熔样品具有更高的耐腐蚀性,硬度提高约33%,表现出更优的耐磨性;模拟发现,重熔过程中涂层表面的温度梯度明显高于涂层内部,导致涂层梯度结构的形成,涂层表面晶粒细化有利于其表面耐蚀耐磨综合性能的提升。

超高压处理对鲜榨复配果汁品质及货架期的影响

为使经杀菌处理后果汁的活性成分和风味物质更接近原鲜榨果汁,本研究以猕猴桃、菠萝、芒果为原料制备复配果汁,对比超高压处理与热处理(85℃、5 min)两种杀菌方式对鲜榨复配果汁品质及货架期的影响。结果表明:复配果汁比例V菠萝原浆:V猕猴桃原浆:V芒果原浆=4:2:4时,与传统热处理相比,在450 MPa、25℃、15 min超高压条件下处理,pH、b^(*)值、可溶性固形物无明显差异(P>0.05),维生素C含量损失减少12.1%、多酚含量损失减少17.5%,品质更接近于未处理果汁;通过对复配果汁主要挥发性成分进行分析,烯类、酯类、醇类、酮类、醛类等风味物质的损失显著小于(P<0.05)热处理,且蒸煮味物质糠醛没有生成,丙酮和1-辛烯-3-酮相对含量分别减少68.4%、41.4%;菌落总数、霉菌和酵母菌杀菌效果均符合饮料现行有效卫生标准;通过Q_(10)模型对货架期进行预测,在4℃条件下储藏,其货架期可达到103 d。综上,超高压处理鲜榨复配果汁在有效杀灭微生物的同时更利于复配果汁保持天然品质及其货架期。

超高层办公建筑开窗通风对室内热舒适与能耗的影响研究

超高层建筑的供冷供热能耗居高不下,合理利用自然通风能够减小空调的运行时间与运行能耗。实测过程中发现,超高层办公建筑由于安全性与室外噪声的限制基本很少开窗。以西安地区为例,通过实测数据和热力学第一定律,使用MATLAB软件建模计算分析采用开窗通风方式或空调供冷供热方式对室内温度的影响,发现超高层建筑冬季过热问题非常明显,开窗或使用通风器时噪声过大,针对上述问题给出开窗建议。以西安市某超高层办公建筑的测试数据作为计算工况参考,并借助其验证本文结论,为设计提供实施性较强的指导。

超高料层双层烧结富氧强化及烟气排放行为研究

针对超高料层双层烧结矿强度低的问题,采用富氧方法强化双层烧结。研究富氧浓度和燃料用量对烧结矿产质量的影响,分析普通双层烧结和富氧强化双层烧结的烧结矿主要矿物组成和微观结构,研究两者烧结烟气中O_(2)、CO_(2)和CO的排放行为。研究结果表明:富氧方法能明显强化超高料层双层烧结,大幅度提高烧结矿成品率和转鼓强度;二次点火后对料层进行富氧,氧气体积分数为25%,烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数和固体燃耗分别为69.06%、66.40%、2.09t/(m^(2)∙h)和53.79kg/t,与普通双层烧结指标相比,成品率、转鼓强度和利用系数分别提高4.11%、7.73%、0.18t/(m^(2)∙h),固体燃耗降低3.23kg/t;富氧使烧结矿中磁铁矿氧化充分,铁酸钙大量生成,烧结矿结构均质、紧密;富氧增大烧结烟气O_(2)质量分数,可有效解决下部料层缺氧问题,提高燃料燃烧效率,减少CO排放量。

超高韧性磷酸镁水泥基复合材料压缩力学性能研究

磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)是一种具有凝结时间短、早期强度高、粘结性能好等诸多优点的新型无机胶凝材料,但材料本身具有脆性性质,应变能力低。工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)是通过在水泥基复合材料中添加高性能纤维制备而成。通过纤维增韧技术,可以制备出同时具备MPC和ECC优良特性的超高韧性磷酸镁水泥基复合材料(Ultra-high toughness magnesium phosphate cement-based composites,UHTMC)。本工作通过拉伸试验证实了UHTMC具有优异的拉伸力学性能、应变硬化和多缝开裂特征。通过试件的轴心抗压强度、极限压应变、受压弹性模量和泊松比分析了粉煤灰(Fly ash,FA)替代量(0%、15%、30%和45%)和养护龄期(14 d和28 d)对UHTMC压缩力学性能的影响规律。结果表明,UHTMC试件表现出良好的压缩韧性,随着粉煤灰替代量的增加和养护龄期的延长,试件的轴心抗压强度和受压弹性模量升高,但极限压应变降低,泊松比变化较小。通过对UHTMC的轴心受压应力-应变全曲线进行分析,提出和建立了轴心受压本构关系模型。最后,从微观层面上分析了粉煤灰替代量和养护龄期影响UHTMC宏观压缩力学性能的机理。

硅酮粉改性超高分子量聚乙烯及其熔体纺丝加工性能

针对超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)熔体加工性能差的问题,应用硅酮粉,采用熔融共混方法对PE-UHMW进行改性,以提高其熔体加工时的流动性。通过扫描电子显微镜与能量色散谱(EDS)表征了硅酮粉在PE-UHMW中的分布,并采用熔体速率测试、旋转流变测试,分析了硅酮粉含量对PE-UHMW熔体流动速率与流变性能的影响。对改性后的PE-UHMW采用熔体纺丝法制备了PE-UHMW单丝,并进行了拉伸强度测试。实验结果表明,随着硅酮粉的增加,其分散性逐渐变差,PE-UHMW熔体流动速率随硅酮粉含量先增加后降低,当硅酮粉质量分数达到4%,其熔体流动速率最高,复数黏度与储能模量最低,5%质量分数的硅酮粉在PE-UHMW基体中团聚较明显,改性后的PE-UHMW熔体流动性降低。熔体纺丝实验结果表明改性后的PE-UHMW可以通过普通单螺杆挤出机熔融挤出初生丝,经超倍热拉伸可以制备高强度单丝。当拉伸倍率为36时,质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW单丝拉伸强度最高,可达1565MPa。因此综合考虑加工性能与单丝强度,采用质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW较合适。

沈阳恒隆市府广场超高层塔楼风荷载分析研究

为了确定高度350.6m沈阳恒隆市府广场塔楼结构设计的风荷载,采用刚性风洞试验与风洞数值模拟相结合的方法分析塔楼的风荷载,风洞试验研究给出楼层剪力与扭矩及风致加速度。采用四种湍流模型进行风洞数值模拟,分析建筑平均风压系数、体型系数、基底剪力及倾覆力矩,并与风洞试验进行比较,得出适用于超高层建筑风洞模拟的湍流分析模型,利用该分析模型的数值风洞模拟技术,分析塔楼13个风向角的风压系数、体型系数和基底剪力,为结构风荷载取值提供依据。研究结果表明:相比于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)对近似矩形平面建筑物的体型系数的规定,RSM模型迎风面0.83、背风面-0.56,与规范矩形截面迎风面0.8、背风面-0.6最为接近;RSM模型与试验吻合最好;选取RSM模型来分析超高层等大型复杂结构风荷载,能够得到较为准确的结果。

豫东平原‘郑麦1860’不同播期播量试验的超高产效应

为了实现豫东平原小麦主产区超高产栽培良种良法配套,充分发挥优质中强筋小麦新品种‘郑麦1860’的超高产潜力,运用裂区试验及统计分析方法,研究确定‘郑麦1860’在豫东平原小麦主产区超高产条件下适宜的播期播量指标。结果表明‘:郑麦1860’的适宜播期为10月10日-10月15日,最佳播期为10月15日;适宜播量为187.5~225.0 kg/hm^(2),最佳播量为225.0 kg/hm^(2)。最佳播期播量组合为10月15日与187.5 kg/hm^(2),折合单产12326 kg/hm^(2)。本项试验所取得的适宜播期播量技术指标,可在豫东平原小麦主产区‘郑麦1860’超高产栽培条件下推广应用。

超高温陶瓷复合材料研究进展

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而,本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用,需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时,飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展,包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与“固-液”组合工艺等制备方法,颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制,抗氧化烧蚀性能与机理,以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系,并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

超高压协同TG酶改性蛋清蛋白热诱导凝胶机理

为提高蛋清蛋白凝胶性,本研究以蛋清蛋白(Egg white protein,EWP)为研究对象,通过分析质构、持水率、分子作用力、傅里叶红外色谱、圆二色谱、粒径、电位、巯基含量、表面疏水力及扫描电镜的变化,探究超高压处理(Ultra-high pressure,UHP)、谷氨酰胺转胺酶处理(Transglutaminase,TG)及超高压协同TG酶处理(Ultra-high pressure synergistic Transglutaminase,UTG)的蛋清蛋白热诱导凝胶机理及结构的变化。结果表明:UHP-EWP、TG-EWP、UTG-EWP的硬度、弹性和持水性均有所提高,疏水相互作用力是维持凝胶的主要作用力;UHP-EWP、TG-EWP、UTG-EWP的α-螺旋含量均不同程度下降、β-折叠含量均上升;UHP-EWP的平均粒径值下降、电位绝对值下降,TG-EWP、UTG-EWP的变化与之相反;UHP-EWP、TG-EWP、UTG-EWP的游离巯基含量上升、总巯基含量下降、表面疏水性升高;凝胶结构更加致密光滑,平整度提高。本研究为蛋清蛋白热诱导凝胶改性提供了理论基础及研究思路。

粗集料对超高强混凝土徐变的影响

徐变是混凝土固有的时变特性,对混凝土结构和构件的受力及长期服役性能有着重大影响。以粗集料为切入点,研究粗集料的掺量、粗集料最大粒径以及粗集料与基体性质协调性等因素对超高强混凝土的力学性能和徐变性能的影响。结果表明:掺粗集料的超高强混凝土徐变明显小于不掺粗集料的混凝土,掺粗集料可有效降低超高强混凝土的徐变,但减小粗集料的最大粒径对徐变无明显抑制效果。此外,超高强混凝土并非强度越高徐变越小,其徐变的大小主要受超高强混凝土强度与弹性模量的协同发展程度的影响。通过修正FIB MC2010模型,建立了适用于超高强混凝土的徐变预测模型。

乌兹别克斯坦9度区某超高层建筑结构设计与优化

对于9度设防地区的超高层建筑,其结构设计基本由地震作用控制,因此抗震设计尤为重要。建筑消能减震技术可在提高结构地震安全储备的同时,降低整体工程造价,是结构优化设计的有效措施。对位于9度区的超高层建筑进行了结构方案选型对比、结构方案优化、减震设计方案比选、剪力墙内嵌钢板优化。结果显示,钢骨混凝土框架⁃核心筒方案相对于钢框架⁃支撑方案具备更高的成本优势;框架⁃核心筒方案可通过精细化设计作进一步优化;在此基础上,对钢骨混凝土框架⁃核心筒方案采用两种消能减震方案进行比选,结果表明,采用黏滞阻尼器方案的结构抗震性能明显优于采用黏滞阻尼墙方案;最后通过增大剪力墙竖向分布钢筋配筋率,对低区核心筒墙肢中的内嵌钢板进行了优化。

掺氢氧化钙对超高强混凝土力学性能影响的机理

鉴于含矿物掺合料较多的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)中火山灰反应所需氢氧化钙含量不足的状况,在配制超高强混凝土(UHPC基体)时掺加氢氧化钙,研究其对超高强混凝土力学性能的影响机理。结果表明,超高强混凝土力学性能的改善源于掺入的氢氧化钙与矿物掺合料中的SiO_(2)发生火山灰反应生成C-S-H及C-A-S-H凝胶,且在组合养护(90℃热水养护2 d+250℃干热养护3 d)下,部分C-(A)-S-H凝胶向托勃莫来石与硬硅钙石晶体转变,改善了超高强混凝土的微观结构。

应用于超高速流场电子密度分布测量的七通道微波干涉仪测量系统

高超声速飞行器在临近空间飞行时,由于飞行器与空气剧烈的相互作用,形成包含等离子体鞘套和尾迹的等离子体流场,研究其电子密度分布特性对高超声速飞行器的目标识别、测控通信等具有重要意义.地面模拟实验测量是研究等离子体包覆高超声速飞行器电磁散射特性的有效方法之一,为满足地面模拟实验瞬态等离子体流场电子密度分布的测量需求,本文提出了一种Ka波段七通道微波干涉仪测量系统研制方案.该系统采用单发七收的方式,利用单曲面透镜将波导开口天线辐射的电磁波转化为近似平面波,将7个平行且非对称排列的开口波导作为接收通道天线,缩减了接收天线的尺寸以及天线之间的距离,提高了测量的空间分辨率.基于七通道微波干涉仪测量系统在弹道靶和激波管设备开展了动态实验,测量了超高速流场电子密度二维分布,结果表明该系统具备瞬时大动态范围信号的接收能力,幅度线性动态范围优于65 dB,相位动态范围180°,响应时间优于1μs;所测量的超高速流场等离子体电子密度二维分布,能够较好地反映弹道靶设备与激波管设备产生的瞬态等离子体细节变化,电子密度测量动态范围为(10^(10)-10^(13))cm^(-3)量级,电子密度测量误差不超过0.5个数量级,径向空间分辨率优于15 mm.

基于超高压技术的响应面优化猕猴桃果肉饮料

研究超高压处理条件下的猕猴桃果肉饮料配比,以强化分层率为指标,通过单因素试验和响应面法对配比进行优化,结果表明:猕猴桃原浆添加量47%,蔗糖添加量12%,增稠剂添加量0.14%。在超高压技术处理后,产品的强化分层率达到47%。对优化后的产品测定色泽和粒径,结果显示L为38,产品色泽明亮;ΔE均小于2,产品色泽均一;颗粒的体积平均粒径D[4,3]为214μm,稳定性好。

超深井用160钢级超高强度高韧性套管的研制及组织表征

根据超深井开发要求对超高强度高韧性套管的合金化技术和制造工艺进行研究,开发出具有优异韧性和抗延迟断裂性能的BG160V超高强度高韧性套管,并分析了该BG160V套管在不同服役温度下的强韧性以及微观组织。工业性试制的性能检测结果表明:该套管的屈服强度达到1100 MPa以上,0℃横向夏比冲击功超过名义屈服强度的10%,满足超深井油气资源开发对套管性能的要求;管体晶粒度达到11级,平均有效晶粒尺寸2.45μm,细小的晶粒是材料具有良好韧性和抗延迟断裂性能的主要保证。

超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

焊丝成分对超高强装甲钢焊接接头组织与性能的影响

利用气体保护电弧焊工艺完成了4.5 mm和9.0 mm超高强装甲钢的焊接,研究了焊丝(MG70S-6和ER307Si焊丝)成分对接头组织与性能的影响,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征方法对焊接接头各区域进行微观组织和物相结构的分析,并测试了接头的硬度分布、拉伸性能和冲击韧性。结果表明,焊接接头成形质量良好,无明显未熔合、气孔、裂纹等缺陷,焊缝区组织为片状马氏体、针状铁素体和少量粒状贝氏体,完全淬火区组织为马氏体和贝氏体,不完全淬火区组织为马氏体和铁素体,回火区析出网状渗碳体。焊接接头的热影响区软化现象较为明显,接头难以达到与母材等强,断裂主要发生在焊缝区,呈现出脆性断裂特征。采用ER307Si焊丝焊接的9.0 mm装甲钢接头的焊缝室温冲击功达到94 J,完全满足使用要求。

钢管超高强混凝土受弯力学性能试验研究

以官盛渠江大桥为依托,通过3组共6个受弯试件的模型试验,探讨钢管超高强混凝土(抗压强度f_(cu)=80.3~115.2MPa)的受弯力学性能,研究混凝土强度对钢管超高强混凝土的抗弯承载力、变形特征与失效模式的影响。试验结果表明:钢管超高强混凝土的受弯破坏模式与普通钢管混凝土相同,主要为挠度过大而失效,呈整体弯曲破坏,受压区有局部鼓屈;试件进入屈服阶段后,承载力降低较少,具有很好的弯曲延性性能;管内混凝土主要对钢管提供横向约束,避免钢管过早受弯压陷屈曲;在截面含钢率一定时,管内混凝土强度增长对钢管超高强混凝土受弯构件的受弯破坏模式、承载力与延性性能的影响较小。