2022年中国储能技术研究进展

本文对2022年度中国储能技术的研究进展进行了综述。通过对基础研究、关键技术和集成示范三方面的回顾和分析,总结了2022年中国储能领域的主要技术进展,包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、钠离子电池、超级电容器、新型储能技术、集成技术和消防安全技术等。结果表明,2022年中国储能技术在基础研究、关键技术和集成示范方面均有重要进展,中国已成为世界储能技术基础研究、技术研发和集成应用最活跃的国家。

地面机动平台可重构轮履复合推进机构研究现状与展望

可重构轮履复合推进机构兼具轮式推进机构的快速性和履带推进机构的通过性,是提高地面机动平台在极端地形上综合性能的关键技术,在各类机器人和特种车辆上都得到了一定应用.文中在系统调研国内外相关文献的基础上,按轮履构型重构互换原理对推进机构进行分类,着重对比分析了不同构型的结构特点和应用场景,指出了可重构轮履复合推进机构的主要技术难点和发展前景.

电化学储能技术发展研究

作为新型电力系统重要组成部分的电化学储能,是解决可再生能源高比例消纳的重要手段、促成“源网荷储”协调运行的关键装置;电化学储能技术作为新型储能的主流技术、未来能源绿色低碳转型的核心技术,在诸多方面仍待深入发展才能适应储能规模快速增长、储能系统更为复杂带来的挑战。本文从电源侧、电网侧、用户储能侧出发,分析了电化学储能发展的需求背景,系统梳理了电化学储能技术在战略布局、关键材料、结构设计等方面的研究进展;在阐明电化学储能技术发展趋势的基础上,辨识了产品规格不统一、检测平台不完善、理论与实践不贯通、应用成本不理想等制约发展的关键问题。研究认为,高性能、高安全性、低成本的关键材料,储能器件结构优化及评价,储能系统多能互补及智能化设计,电化学储能商业化应用模式是后续重点发展方向,需要强化试点示范应用、制定行业标准体系、完善基础设施建设、培育储能人才团队,以保障电化学储能技术及产业高质量发展。

高超声速飞行器发汗冷却系统自抗扰控制研究

针对高超声速飞行器发汗冷却系统的温度控制问题,在一维固定边界发汗冷却模型的基础上,提出了用于调节飞行器壁面多孔介质温度的自抗扰控制器,并进行了数值仿真。该控制器不依赖于多孔介质温度场精确的数学模型,通过从系统的输入输出数据中提取干扰信息并进行补偿,实现对热流干扰的抑制。仿真结果表明,针对发汗冷却系统设计的自抗扰控制器,能够实现对参考温度的快速跟踪;且相较于传统的PID控制,温度响应没有超调;在有外界热流干扰时,具有较强的鲁棒性和适应性,可以为发汗冷却控制系统的工程应用提供一定参考。

基于卷积神经网络的肌电信号人体运动模式识别技术

随着外骨骼机器人等肌电控制设备的快速发展,表面肌电信号此类非平稳、非周期信号在高性能运动识别系统中的应用已成为相关研究领域的重点。为实现肌电信号跨域特征融合,提出一种基于肌电信号的双卷积链神经网络模型,采集7块关键肌肉的原始肌电信号,经特征提取,转化为能量核相图和离散小波变换系数特征图,分别输入双卷积链神经网络的卷积神经网络分支和MobileNetV2分支,利用融合模块提取高层隐藏特征并进行充分交互。制备包括以上两种特征图像和传统肌电信号图谱在内的3种数据集。3组交叉实验结果表明:所提方法对6种自测下肢运动的平均识别准确率达94.19%,显著优于其他特征组合与网络架构;在ENABL3S开源数据集识别7种下肢运动中取得98.32%的稳态识别准确率,进一步验证了所提方法优良的肌电特征捕捉能力和模式识别准确性。

冲焊型液力变矩器叶片回弹规律及抑制技术

冲压焊接型液力变矩器由于便于量产而被广泛应用于汽车,其是自动变速箱的核心部件.液力变矩器性能直接由叶片形状决定,由于叶片在冲压过程中存在回弹变形,因此针对叶片冲压回弹规律及其对性能的影响开展研究.首先利用有限元方法对冲压过程及回弹变形进行仿真,并采用流场数值模拟研究了不同回弹程度对变矩器外特性的影响规律,然后通过在叶片中间流线处开设拉延筋抑制叶片冲压起皱和回弹现象,最后制造叶片样件验证回弹抑制有效性,并通过液力变矩器样机试验验证流场数值模型计算精度.研究结果表明涡轮出口回弹对变矩器性能影响显著,最高效率和起动泵轮能容分别增大了0.067%、8.18%,起动变矩比减小了1.41%.样机实验验证表明冲压回弹仿真模型与计算流体动力学模型准确度高,其计算结果与实际结果吻合度较好,拉延筋结构可以较好的抑制叶片最大回弹偏差并改善回弹分布.

齿轮传动系统建模与典型界面传递特性研究

随着车辆齿轮传动系统向着高速、重载和大功率的方向发展,结构日趋复杂,运行工况多变,极易发生零部件损伤故障,影响系统运行可靠性。建立准确的齿轮传动系统模型,研究系统典型界面传递特性变化规律,是系统故障检测和定位的关键技术基础。本文综合考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙及轴承支承刚度等关键影响因素,建立定轴齿轮传动系统非线性动力学模型,结合振动特性试验测试,有效验证齿轮传动动力学建模的准确性;然后针对齿轮啮合界面和轴承界面,构建典型界面力模型,以振动信号传递的衰减系数量化表征传递特性,开展典型界面振动传递的仿真和试验研究,揭示振动信号在齿轮传动系统传递的本质规律,为车辆齿轮传动系统故障检测中传感器测点布置提供有力的理论和技术支撑。

液力变矩器轴向力转速效应研究

液力变矩器是大功率履带车辆传动系统的核心部件,其轴向力是影响传动系统可靠性、承载能力的关键因素之一,且受转速影响明显.因此,文中利用计算流体力学模型及实验手段,建立了带内、外环泄漏区及进出口流道的液力变矩器轴向力仿真模型,研究了液力变矩器轴向力形成机理及其随转速变化规律,进行了轴向力测试并对仿真结果进行验证.研究结果表明,文中提出的轴向力预测模型对液力变矩器各叶轮轴向力的预测误差在10%以内,轴向力随着泵轮转速的升高而升高,随着速比的降低而升高,泵轮、涡轮的轴向力随叶轮转速变化主要受泵轮与涡轮背面在涡轮侧形成的流道以及叶轮内外环影响,而导轮轴向力随叶轮转速变化主要受导轮叶片影响.本研究为液力变矩器结构设计、寿命设计提供了准确的轴向力边界条件,同时,为轴向力抑制技术提供了可信的预测模型.

锂离子电池低温电解液的研究进展

锂离子电池在低温条件下运行时,电池的电化学性能已经不能达到最佳状态,存在容量迅速恶化的问题,这限制了其在极寒地区以及航空、国防军事等特殊领域的应用。因此,提高电池的低温性能成为研究热点之一。本文通过对相关文献的探讨,综述了改善锂离子电池低温性能的策略,着重介绍了电导率较高的新型锂盐、由低熔点和高介电常数组成的混合溶剂以及有助于形成稳定SEI膜的成膜添加剂对电池低温性能的影响,重点分析了上述因素对于锂离子电池低温性能的影响机制。综合分析表明,Li+的溶剂化结构与去溶剂化过程在电极界面上的行为直接决定了电池的低温性能。本文强调了从电解液的溶剂化结构入手来设计低温电解液的重要性,为未来低温锂离子电池开发提供了新思路。

宽带全极化垂直昆虫雷达设计及校准关键技术研究

宽带全极化垂直昆虫雷达是一种利用宽带信号实现空中单只昆虫分辨,利用多极化通道实现昆虫全极化测量的雷达系统。当被测昆虫体型在不同极化轴向的电磁波反射功率可明显分辨时,该雷达可利用"当极化方向平行于昆虫体轴时,回波功率最大"的基本原理,通过测量昆虫极化散射矩阵,获取昆虫体轴方向,对研究昆虫定向迁飞规律具有重要的作用。当前垂直昆虫雷达采用机械旋转馈源的方法,分时测量昆虫目标的极化散射矩阵,该方法同时受机械旋转误差、极化分时测量时目标运动的误差以及极化通道稳定性随有源电路时变所引入的测量误差,测量精度不高,为了实现昆虫的高分辨全极化散射特性测量,本文提出了一种高极化隔离的频率步进正交相位编码的宽带波形设计以及极化内定标方法,开发了一部宽带全极化垂直昆虫雷达系统,最终通过理论方法仿真分析与外场试验测试,证明了该雷达系统可实现昆虫同时全极化宽带的稳定测量,验证了昆虫体轴朝向的测量精度。

天气雷达空中生态监测

每年数以亿计的昆虫、候鸟和蝙蝠等空中动物在全球范围内远距离迁飞,显著影响空中生态系统的结构和功能。随着全球气候和环境的不断变化,空中生态环境也在迅速恶化,对人类的生命和健康构成了严重威胁。为了保护空中生态环境,首要任务是对其进行有效监测。天气雷达具有大范围、全天时、全天候监测能力,可覆盖百千千米空间尺度,是监测和研究宏观空中生态的有效工具。十余年来,天气雷达空中生态监测领域取得了突破性的进展,极大提高了对空中迁飞动物的探测能力,可有效弥补传统监测手段存在的覆盖范围小和时间分辨率低等技术局限。天气雷达已在全球范围内的生物多样性保护、迁飞性虫害监测、疫源疫病传播防控等重大空中生态议题中发挥着日益重要的作用,有效填补了宏观生态研究空白。目前,美国、欧洲和中国分别建立了全球三大天气雷达网,为空中生态研究提供了重要的基础设施和数据支持。本文详细阐述了当前全球天气雷达空中生态监测的科学研究进展,以及通过天气雷达揭示的空中动物迁飞科学规律。然后,对天气雷达生态监测中迁飞动物的电磁散射建模、雷达回波提取、群体参数反演、雷达观测验证实验,以及宏观迁飞模型等关键技术进行了梳理和总结,并详细介绍了中国天气雷达空中生态监测的进展情况。最后,对未来发展方向进行了展望,指出针对中国当前农业迁飞性害虫和鸟类宏观迁飞等重大监测需求,需要在扩维探测、多参反演、多源预测等方面深入研究和探索,以进一步解读重大动物迁飞事件、分析宏观迁飞规律、揭示空中生态对气候变化的响应。

大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。

半无限区域雪壤与车轮交互作用接触动力学特性分析

车轮与雪壤交互作用是车辆在高原、极地等环境下安全行驶的基础。为构建准确表征车轮与雪壤接触过程的车轮-雪壤交互动态模型,建立圆盘加载仿真模型,获取典型雪壤的压力-沉陷关系;基于硬质雪壤建立车轮-雪壤交互数值仿真模型,对车轮-雪壤交互接触作用力进行数值仿真。利用圆盘加载试验结果和实车试验结果,对建立的数值模型进行有效性验证。基于车轮-雪壤交互平均接触应力关系建立车轮-雪壤交互接触作用力解析模型,利用仿真结果对解析模型进行验证。研究结果表明:半无限区域下的圆盘加载数值仿真模型能够有效反映雪壤的压力-沉陷特性,车轮-雪壤交互数值仿真结果与实际车轮行驶的下陷量、运动阻力系数有较好的一致性;车轮行驶滑移率为正时,车轮载荷-沉陷关系和车轮-雪壤交互接触作用力趋于稳定,车轮行驶滑移率为负时,车轮下陷量变大,由此导致垂向支持力正应力部分和运动阻力增加;车轮行驶滑移率为正时,车轮-雪壤交互解析模型可以准确预测车轮-雪壤交互接触作用力的变化趋势。

基于语义引导层次化分类的雷达地面目标HRRP识别方法

高分辨距离像(HRRP)反映了目标空间散射结构在雷达视线方向的投影,近年来被认为是地面目标识别的重要途径。现有的HRRP识别方法采用手工特征加传统机器学习分类器,均属于平面分类方法,即采用统一标准不加区别的优选特征并单次决策最终类别。然而该方法在实际应用中面临种类繁杂、数据不平衡、HRRP姿态敏感性等诸多问题,难以获取最佳的应用效果。层次化方法采取分而治之思想,将一个复杂的细粒度识别任务拆解为多个简单的识别子任务。本文采用层次化识别的思路,提出了一种基于语义引导层次化分类的雷达地面目标识别方法。该方法以联合语义和数据构建的树形结构将一个复杂的细粒度识别任务拆解为多个简单的识别子任务,并针对每一个识别子任务匹配一套优选特征集和一个局部分类器。本方法在仿真数据和实测数据上完成了验证。实验结果表明了本文方法处理地面目标识别任务的有效性。

基于电流模结构的超宽带无源混频器设计

采用SMIC 55 nm CMOS工艺,提出基于电流模结构的2~8 GHz超宽带高线性度直接下变频无源混频器结构.本设计主要结构为低噪声跨导放大器(low noise transconductance amplifier,LNTA)驱动I/Q两路电流模无源混频器,负载为低输入阻抗的跨阻放大器(trans-impedance amplifier,TIA),即LNTA-Passive Mixer-TIA结构.LNTA采用电容交叉耦合以及双端正反馈结构,解决阻抗匹配以及噪声等关键参数的折中问题.整个接收机链路获得较好的线性度及噪声性能,对于电源电压以及衬底噪声的鲁棒性也有所提升.后仿结果表明,在电源电压1.2 V情况下,射频输入信号频率为2~8 GHz,1 dB压缩点为−5.5 dBm,带内输入三阶交调点为−1 dBm,整体噪声系数为4 dB,核心版图面积为0.12 mm^(2).

最优字典选择多频段雷达信号宽带融合

多频段雷达带宽融合外推是一种提升雷达带宽、解决小目标高分辨成像的有效手段。然而,现有多频段融合算法仍面临运算慢、精度低等问题。为此,该文提出基于最优字典选择正交匹配追踪的多频段融合外推雷达超分辨距离成像方法。首先,对多频段信号进行参数化建模,提出基于蛇优化的信号相参配准方法,实现多频段信号高精度相位对齐;然后,利用几何绕射模型,提出基于最优字典选择正交匹配追踪的多频段信号模型估计方法,实现多频段信号融合外推,估计未知频段频谱,获取大带宽信号;最后,通过仿真和实测数据,验证了该方法的可行性。该方法在保障高精度的前提下,通过简化模型粗估计与完整模型精估计结合,有效降低了运算量,实现了快速精确多频段融合外推处理。

基于变截面积流道的液力变矩器叶栅系统设计

流道截流面积分布对液力旋转机械的液力性能具有重要影响.为了减少扩散等液力损失,变矩器流道截面积分布通常采用等截面积分布的形式,但并未充分发挥截面积分布参数在流场调节和性能优化方面的优势.因此,文中研究提出了过流截面积表征模型,并建立了基于可变截面积分布的变矩器循环圆及叶栅设计系统,对变截面积流道的液力变矩器循环圆设计方法进行了研究.通过设计多组不同截面积分布的实例,采用DOE方法进行比较分析,进一步研究了叶轮截面积分布形式对变矩器性能的影响.同时,通过对不同叶轮的组合设计,获得了组合型性能优化的循环圆设计结果.实验结果表明,基于变截面积流道优化设计的变矩器泵轮转矩提升了18.5%,起动变矩比也提高了3.9%.说明基于变截面积分布的液力变矩器循环圆设计方法是一种有效的优化设计方法,能够在保持外形尺寸的同时提升变矩器性能.

基于残差网络高分辨距离像的无人机识别

基于微波暗室测量的无人机宽带雷达回波数据,开展基于高分辨一维距离像的微小无人机型号识别方法探索研究,提出残差注意力金字塔池化网络(RAPPNet)模型,验证了利用高分辨一维距离像进行无人机识别的可行性。针对不同带宽的回波数据对比实验表明:更大的带宽可有效提高基于一维距离像的无人机识别正确率;在6 GHz带宽下,所提方法对无人机的识别准确率可达90.63%。

液力变矩器轴向力三维流动计算及验证

液力变矩器是液力传动的重要元件,以黏性油液为工作介质转换并传递功率,具有无级变速变矩、自动适应等优良传动特性。由于工作介质的高速流动,对各叶轮产生较大的轴向动负荷,同时其内部不同旋转域间存在着较大不平衡面积,使得液力变矩器在工作过程中存在较高的轴向载荷。以某有效直径为420 mm的液力变矩器为研究对象,对带泄漏腔体流域的整体进行三维数值模拟,并分析各个工作轮的轴向力构成,搭建轴向力测试试验台进行试验验证。试验结果表明,三维流场仿真能够较准确地计算轴向力。由仿真分析可知,泄漏区内工作液体的作用所产生的轴向力占比较大;3个叶轮中,涡轮轴向力最小,约为泵轮和导轮的1/5,泵轮轴向力始终使泵轮接近导轮,导轮所受到的轴向力始终使导轮接近泵轮;随着传动比增大,泵轮轴向力先增大后减小,在i=0.3工况时泵轮轴向力最大,导轮轴向力降低,在i=0工况时最大。

TiB_(2)/B_(4)C复相陶瓷自蔓延热爆炸烧结与性能表征

为了探究高硬度复相陶瓷高效且低成本的制备方法,利用自蔓延高温合成结合爆炸烧结技术,开展制备二硼化钛/碳化硼(TiB_(2)/B_(4)C)复相陶瓷的研究,成功制备厚度约为1 cm、直径约为5 cm的TiB_(2)/B_(4)C复相陶瓷块体。烧结样品物相和微观结构分析表征结果表明:烧结样品中TiB_(2)相和B_(4)C相分布均匀,截面观察到致密的微米级颗粒。该方法制备的样品致密度和硬度较高,随冲击压力不同,致密度范围在90%~93%之间,相应平均维氏硬度为16.64~17.35 GPa;根据不同条件下回收样品的微结构、致密度等分析,冲击压力和起爆时刻生坯温度对TiB_(2)/B_(4)C复相陶瓷烧结质量有重要影响;冲击压力为40 GPa,生坯温度为1800 K时,烧结致密度为93%;为进一步提高烧结质量,应提高冲击压力或冲击波作用时间。研究表明自蔓延热爆炸烧结技术是一种高效且低成本的高硬度复相陶瓷的制备方法。