航空发动机数字孪生工程:内涵与关键技术

摘要:航空发动机是集精密工艺与尖端科技于一体,需兼顾高性能、高效率、高可靠、长寿命等多元目标,且依赖设计、制造、试验、运维多方主体紧密合作的国之重器,承载着强国梦想和强军使命。航空发动机数字孪生工程通过充分利用数据、模型、服务等虚拟资产的潜在价值,融合仿真、预测、优化等多种数智化手段,基于全生命周期系统工程的创新模式、多学科协同的高效平台和多要素耦合分析的全局视角,全面提升航空发动机设计、制造、试验、运维能力,能够为航空发动机全产业链加速发展提供新动力。本文从研发、变革、创新3 个角度分析了航空发动机数字化发展趋势,从全生命周期的视角分析提出了航空发动机数字工程的6个阶段的18个需求趋势与挑战;通过分析数字孪生在航空发动机全生命周期中的研用现状,指出航空发动机在理论体系、组织协作、软件平台、标准规范方面的不足;以作者团队前期提出的数字孪生五维模型、数字工程“数智眼”体系架构、数字试验测试验证体系架构为基础理论,进一步提出了航空发动机数字孪生工程的内涵和体系架构,研究了航空发动机数字孪生工程关键技术体系;从思想、技术、模式、产业等角度对发动机数字孪生工程发展提出了若干建议。期望相关工作为航空发动机数字孪生工程数力和智力的开发利用,以及航空发动机设计、制造、试验测试验证、交付、运维、回收全生命周期能力的全面提升提供参考,助力航空发动机数字化、智能化研制水平和服务能力的跨越式发展。

仿生热管理材料研究进展

摘要:热管理材料在人体热舒适、建筑节能及电子器件散热等领域具有重要作用,但传统材料在环境适应性与多功能协同调控方面仍存在不足。自然界的生物通过长期进化形成了高效且多样的热管理机制,为新型热管理材料设计提供了重要启示。首先,从光学调控、传导调控与相变调控3 个方面归纳生物体系中的热管理机制;在此基础上,系统介绍了近年来仿生热管理材料的进展,包括通过光谱选择性调控实现辐射制冷、红外伪装和光热转换,通过结构调控实现高效隔热与各向异性导热路径构筑,以及基于界面蒸发、液体输运和相变储能实现的高效相变热管理。当前,仿生热管理材料仍面临制备工艺复杂、规模化难度大、长期稳定性不足及多功能协同优化困难等问题。未来,应加强多机制耦合设计、跨尺度结构精准构筑及工程化应用导向研究,推动仿生热管理材料向高性能与实际应用发展。

基于石墨烯超材料的太赫兹五频段折射率传感器

摘要: 针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题,提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真,确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比,通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明,该折射率传感器在频率为4.535、6.3681、8.253、10.395和11.321THz时达到折射率吸收峰值, 吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%,且5个波段中最高折射率灵敏度为436GHz/RIU。与其他折射率传感器相比,该折射率传感器波段多且灵敏度高,具有良好的传感性能,可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。

WO3基电致变色智能窗中电解质的研究进展

摘要:作为三氧化钨(WO3)基电致变色智能窗的重要组成部分,电解质层在阻隔电极直接接触和促进离子传导方面发挥着不可替代的作用。然而,电解质对智能窗电致变色性能的影响机制尚未完全阐明,严重制约了高性能电致变色智能窗的开发。本文系统分析了不同电解质类型及其各组分对智能窗电致变色性能的影响,从电解质-电极界面反应动力学角度分析性能衰退机制,并重点阐明了材料溶解和“离子捕获”效应的微观过程。基于这些理论认识,本文进一步总结归纳了电解液添加剂、“盐包水”体系和离子液体等电解液改性策略的性能提升机制,为研制下一代高性能WO3 基电致变色智能窗指明了创新方向。

基于深度学习的超材料设计及光纤光束控制研究进展

摘要:超材料设计和光纤光束控制是光场调控研究的两个重要议题。传统方法取得一定研究进展的同时,也面临着有效性和适应性的问题。为弥补传统方法的不足,研究者们尝试将深度学习方法应用于以上两个议题。基于深度学习进行超材料设计和光纤光束控制的方法,具有速度快和自动化程度高的优势,为光场调控集成化、智能化提供新思路。关键词:材料;光纤光学;神经网络;光场调控;超材料设计;光学系统控制

人工智能赋能激光:现状、机遇与挑战

摘要 近年来,人工智能科技的普及为激光领域的科技教育注入了新动力,进一步推动了激光行业的快速发展并拓宽了应用范围。介绍了人工智能对激光领域的赋能效果,并对未来两个学科的双向赋能进行了初步分析和展望。关键词 激光技术;人工智能;机器学习;智能控制;优化设计

缺陷二维材料强度

摘要:材料失效是固体力学关心的核心问题之一, 强度准则是描述材料失效的重要工具. 二维材料如石墨烯、六方氮化硼、过渡金属二硫化物等具有优越的力学性能, 在能源环境、电子信息、航空航天、纳米器件等领域都有重要的潜在应用. 二维材料缺陷不可避免, 由于其原子级厚度和极低的离面刚度, 缺陷残余应力会导致显著的应力集中和离面变形, 从而显著降低材料的强度. 尽管断裂力学理论被广泛用来描述二维材料的脆性断裂, 但研究发现六方氮化硼的能量释放率超过Griffith预测值一个量级, 与经典断裂力学理论预测不符. 另一方面, 虽然晶界强度理论解释了晶界强度随缺陷密度增加而反常升高的现象, 位错堆积模型揭示了多晶石墨烯强度与晶粒尺寸间的赝Hall-Petch效应, 但这些理论模型主要针对特定缺陷在单轴载荷下的失效行为, 缺乏普适性. 特别地, 二维材料缺陷结构、加载状态多样, 导致复杂的应力分布和变形失效模式, 增加了建立普适性强度理论的难度. 然而, 从原子角度, 材料失效的本质都是化学键发生断裂, 特别是大部分二维材料都由共价键构成, 因此从化学键失效的角度, 得到化学键失效的本征标度, 则有可能建立缺陷二维材料的统一强度理论. 本文首先综述了近年来二维材料强度的相关实验、模拟和理论研究进展, 着重介绍了缺陷二维材料的变形机理和基于化学键失效分析的缺陷二维材料统一强度准则. 最后, 本文讨论了二维材料强度理论的发展趋势, 旨在促进缺陷二维材料强度准则的理论和应用研究.

2050铝锂合金板材拉伸力学性能三维各向异性

摘要:随着铝锂(Al-Li)合金在航空航天领域的应用愈发广泛,对其各向异性研究有助于Al-Li合金的进一步开发利用。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等对T3态2050Al-Li合金板材进行显微观察,通过拉伸实验对合金板材轧制方向、垂直轧制方向、厚度方向的拉伸力学性能三维各向异性进行研究.。关键词:2050Al-Li合金;轧制;力学性能;各向异性;织构

基于纳米孔结构的超高压石墨烯压力传感器设计

摘 要: 设计了一种基于纳米孔结构的超高压石墨烯压力传感器。由于氮化硼的六方晶体结构与石墨烯的晶体结构高度相似, 该传感器采用氮化硼/ 石墨烯/ 氮化硼的石墨烯复合异质敏感薄膜作为压力传感器的敏感材料, 利用石墨烯薄膜材料的压阻效应对压力进行检测。可为超高压石墨烯压力传感的结构设计和性能优化提供一定参考。关键词: 石墨烯; 纳米孔; 超高压; 理论模型; 有限元仿真

液压元件及系统智能化发展现状及趋势思考

摘要:第四次工业革命利用信息化技术促进产业变革,将带我们进入智能化时代。由于液压系统作为核心动力和控制部分,广泛应用于先进制造、航空航天、海洋等重大装备,工业装备的智能化必然会要求液压元件及系统实现智能化。关键词:液压系统;智能化;感知;调控;运维