基于表面等离激元的超薄隐身套的实验验证

针对超材料透波隐身套厚度大的问题,提出了基于表面等离激元的超薄隐身套,通过超材料套层将入射电磁波耦合为表面等离激元波并传输至障碍物后方,实现超薄透波隐身。设计了基于开口谐振环的表面等离激元耦合层,将其包覆在金属圆柱表面,制作了基于表面等离激元的超薄隐身套原理样件并进行了对比测试。实验结果表明,该隐身套在其厚度仅为工作波长的1/30时具有良好的绕行透波性能。

纳秒脉冲等离子体激励调控压气机叶型附面层流动探索研究

本文选取典型CDA叶型,利用大涡模拟研究了纳秒脉冲等离子体激励对压气机叶型附面层流动的控制作用。首先对压气机叶型附面层流动特性进行了研究,基于此设计了分别位于层流附面层和湍流附面层内的的等离子体激励布局,以对叶片吸力面附面层流动进行调控。研究发现,位于层流附面层区域的等离子体激励可在流场中诱导产生一小尺度展向涡,该展向涡在主流的推动下向下游发展形成壁面射流效应可抑制湍流附面层区域流动掺混,进而降低附面层总压损失;位于湍流附面层区域的等离子体激励通过作用于流体剪切层可在流场中诱导产生一大尺度展向涡,该展向涡向下游发展可直接抑制湍流附面层区域流动掺混,进而改变附面层流动特性。

发动机短舱三维流动分离纳秒脉冲等离子体激励控制研究

侧风条件下发动机短舱唇口处流动分离具有明显的三维分离特性,相比于二维流动分离,控制难度更大。本文通过实验和数值,探究了纳秒脉冲等离子体激励对短舱三维流动分离的控制效果及作用机理。实验研究表明,纳秒脉冲等离子体激励可有效抑制进气道唇口三维流动分离,降低进气道出口流场畸变程度;数值仿真研究表明,纳秒脉冲等离子体激励通过向流场中注入扰动,可在主流/分离区交界面附近以及分离区内诱导形成小尺度旋涡结构,这些旋涡结构向下游发展会融合成大尺度旋涡结构,增强主流与分离区的流动掺混,达到抑制流动分离的目的,而由于流动分离的三维特性,纳秒脉冲等离子体激励对不同周向位置处流动分离的控制效果存在明显的差异。

考夫曼离子推力器放电室数值模拟研究综述及展望

首先分析了影响考夫曼离子推力器放电性能的关键因素,然后按照仿真模型的维度对考夫曼离子推力器放电室数值模拟方法进行了分类综述和优缺点分析,并针对以流体方法为基础的各向异性界面问题进行了分析。在此基础上,概述了零维模型、二维模型和三维模型下针对放电室所取得的数值模拟研究结果。最后对考夫曼离子推力器放电室数值模拟研究进行了总结及展望。

激光冲击强化对LY2铝合金残余应力、显微组织及疲劳性能的影响

通过试验研究了激光冲击强化(LSP)对LY2铝合金表面残余应力、硬度分布、显微组织及疲劳寿命的影响。结果表明:LSP后LY2铝合金表面的残余压应力和硬度显著提高,晶粒尺寸明显变小且更均匀,疲劳裂纹扩展更加缓慢,疲劳寿命显著提高。

选区激光熔化成形Inconel 718合金孔隙缺陷的研究

目的研究选区激光熔化成形Inconel 718合金的孔隙缺陷,对缺陷进行科学分类并探究其形成机制,建立熔池溅射特征与缺陷形貌的对应关系,优化工艺参数,抑制缺陷产生。方法采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)分别对Inconel 718粉末的显微组织和化学成分进行观测,使用数字视频显微镜分析成形件内部缺陷,利用高速摄像机拍摄金属液滴的动态飞溅过程,并定量分析溅射特征参数。结果随着激光功率的增大,能量密度升高,总的溅射数量增大,孔隙数量增多;当扫描速度增大时,能量密度降低,总的溅射面积减小,孔隙尺寸变小。当缺陷的圆度Circ≥0.731或纵横比AR≤1.368时,缺陷形貌由不规则向规则演变。当能量密度E=95.24 J/mm^3时,相对致密度达到99.94%。经测量,所有样品的孔隙率和孔隙尺寸的平均值分别为2.249%和2.774μm^2。结论孔隙缺陷可分为不规则的匙孔缺陷和规则的气孔缺陷两类,存在发生演变的圆度/纵横比门槛值。熔池震荡引起溅射特征变化,对应产生不同形貌特征的缺陷。减小激光功率和增大扫描速度可降低能量密度,使熔池震荡程度减弱,从而抑制缺陷产生,提高成形件的相对致密度。

不同当量比下喷管对旋转爆震特性的影响研究

为研究不同当量比下喷管构型对旋转爆震特性的影响,以煤油预燃裂解气为燃料,氧气体积分数为30%的富氧空气为氧化剂,开展了无喷管、收敛喷管、扩张喷管和收敛扩张喷管等工况下旋转爆震特性实验研究。实验发现,当量比为0.73~1.30时旋转爆震可稳定工作。随着当量比和喷管构型的变化,爆震波出现了单波、不稳定的对撞双波和稳定的对撞双波等3种传播模态。喷管构型对模态转换和旋转爆震波速有重要影响,收敛和收敛扩张喷管会促使新波头的产生,导致爆震波主要以双波对撞模态传播;而扩张喷管工况下,爆震波主要以单波模态传播。收敛喷管和收敛扩张喷管会使得波速最大值偏离化学恰当比,收敛扩张喷管可以提升爆震波速。

激光冲击强化提高外物打伤钛合金模拟叶片高周疲劳性能

为指导钛合金叶片抗外物打伤激光冲击强化工艺设计,根据真实叶片叶型特征设计了刃口型模拟叶片,采用两种激光冲击强化工艺对模拟叶片进行预处理,并采用空气炮系统进行外物打伤模拟试验,最后通过疲劳试验和应力场预测进行疲劳性能影响规律及机理分析。试验结果表明:模拟叶片外物打伤后疲劳强度由518.45 MPa降为290.72 MPa,而激光能量为5 J和7 J强化工艺下疲劳强度分别提升至344.49、374.93 MPa。激光冲击引入高数值残余压应力场,大大改善了外物打伤区域的局部应力场分布,在显著提高外物打伤模拟叶片疲劳强度的同时,可承受更大的应力集中,也增大了疲劳缺口系数偏差。两种强化工艺中激光能量越大,产生的残余压应力场数值和深度越大,更加有效地降低裂纹扩展过程中的等效应力强度因子幅值,外物打伤模拟叶片疲劳强度和疲劳缺口系数偏差提高程度越大。

激光选区熔化钛合金多孔结构拉伸性能研究

为了研究结构类型和孔隙率对多孔Ti-6Al-4V合金拉伸性能的影响,对激光选区熔化技术成型的体心立方(BCC)、Z方向增强体心立方(BCCZ)和蜂窝多孔结构进行拉伸实验和有限元仿真。结果表明,孔隙率从10.91%提高至33.84%,BCC、BCCZ和蜂窝多孔结构的抗拉强度线性分别下降348.81,375.45,217.20 MPa,结构的最小截面随孔隙率的提高而线性减小,导致拉伸性能线性降低;脆性断裂和截面积的减少使得多孔拉伸件的延伸率相对于实体结构呈大幅度下降;蜂窝多孔结构的拉伸性能明显优于BCC和BCCZ结构,比强度均随孔隙率的提高而增大,而且仿真与实验结果在规律性和弹性阶段较吻合。

粉末床激光成形熔池辐射强度信号的机器学习

粉末床熔融成形(PBF)的过程监测和质量识别是保障其制造质量的关键技术。在监测信号中,熔池辐射强度信号蕴含了丰富的熔池特征信息,但监测信号与材料科学现象的直接联系尚不明确,适合利用机器学习算法开展深入研究。首先,通过设置不同的工艺参数(部分偏离工艺窗口)实施316L不锈钢成形实验,成形过程中采集熔池辐射强度信号。然后,通过数据分割、特征提取和特征选择对信号数据进行预处理,构建了用于机器学习的数据集。最后,使用21种不同的机器学习算法,一是将熔池辐射强度数据按照工艺参数(如激光功率高、中、低)进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别异常(辐射强度异常、代表激光功率和扫描速度偏离最佳状态);二是将熔池辐射强度数据按最终成形块体的质量(密度、表面粗糙度)进行分类,经过训练的算法可在实际生产中识别质量。结果表明:对于熔池辐射强度的异常识别,二次支持向量机算法的分类效果最好,准确度达到96.4%以上;对于密度和表面粗糙度预测,由于样件质量与数据样本之间的复杂关系,预测结果呈现不同的分布情况,但预测准确度均达96.0%以上。

激光粉末床熔融过程因素与熔池辐射强度关联研究

利用光电二极管采集熔池辐射信息,深入挖掘熔池辐射信号中的工艺及过程稳定性信息。基于统计学分析方法研究了不同层高、不同基板位置、不同扫描线角度等过程因素对熔池辐射信号的影响,分析了熔池辐射信息与热积累、烟尘遮蔽等物理现象之间的内在联系,建立了“信号-过程因素-物理机制”之间的对应关系。结果表明,熔池辐射强度均值随层高的增加有明显升高趋势;顺、逆风向的熔池辐射强度波形呈“左偏”、“右偏”形状特征;不同位置的熔池辐射强度差异明显;扫描线角度是否沿着样件摆放方向明显影响强度均值。其典型规律表明这些特征可以作为质量监控的重要参考。