紧凑快速强换热技术可在超紧凑空间、毫秒级极短时间内高效收集-转移发动机进气或内部大量热量,是决定强预冷发动机性能优劣与技术成败的核心关键,其内部极端工作环境及苛刻性能需求导致传统民用换热器的分析与设计方法难以适用、实验测试手段也难以满足其验证需求。因此,围绕强预冷发动机应用开展适用性强、针对性高的紧凑快速强换热技术研究,具有重要的学术价值与工程意义。基于此,从机理、技术与实验等多个维度,系统综述了紧凑快速强换热技术的研究进展,并分析了该技术在强预冷发动机应用中面临的主要挑战。现有研究已取得了广泛而深入的成果,包括超临界工质在微尺度通道与横掠管束中的快速强换热机理、快速仿真与强变物性工质相似性分析方法、不确定性与精细化设计方法及面向紧凑空间极端热环境的实验测试手段等。总体来看,在基础研究方面,亟须深入理解微小尺度复杂热环境下流动换热耦合机理,进一步完善紧凑快速强换热的高精度经验关联数据库;在分析与设计方面,应关注融合新兴手段的紧凑快速强换热分析及设计方法,以提升紧凑快速强换热在宽工作范围内的整体性能;在实验验证方面,有必要进一步发展适用于狭小空间复杂结构的精细化流场测试方法,并在真实装机匹配条件下开展全温全压实验验证。上述研究将为提升紧凑快速强换热技术成熟度、推动强预冷发动机技术发展与验证提供坚实支撑。
全固态电池(ASSB)具备高比能和高安全的潜在特点,是全球各国政府及主流车企均在积极布局的下一代电池技术,但仍面临较大的研发和产业化挑战。通过开展全固态电池建模和仿真研究,可揭示其工作机制、掌握影响规律,进而设计满足指标需求、达到工作性能的全固态电池,缩短实验测试与开发周期。围绕全固态电池的分子动力学计算、关键材料及界面特性、电化学性能领域的建模和仿真工作进行了总结和分析,并重点对硫化物固态电解质材料微观结构建模、界面特性、离子输运机制、电解质间隙诱导应力和断裂等领域进行梳理,对全固态电池建模及仿真发展趋势进行展望,提出今后研究重点,期望可以促进全固态电池尽快实现产业化和应用。
随着航空发动机推重比与涡轮前进口温度的持续增高,热障涂层(TBC)已成为突破热端部件耐温极限、保障其长时服役可靠性的核心手段,但其服役行为涉及极度复杂的热-力-化(TMC)多场耦合与跨尺度损伤演化,使得传统单一尺度的实验与解决方法面临严峻挑战。基于此,系统梳理了TBC领域传统与先进建模、仿真及分析技术的研究进展,并拓展了人工智能(AI)技术的相关应用,旨在系统总结TBC服役行为的解析方法、涂层结构优化策略,并推动前瞻性维护策略的落地。涉及的技术方法包括TBC体系的热导率建模、热应力仿真、裂纹扩展分析及力学行为研究等,这些方法多依赖于多尺度建模和有限元分析等多样化手段。重点阐述了人工智能在TBC仿真中的应用,深入探究了支持向量机、随机森林、神经网络与深度学习等机器学习算法,以及数据驱动建模技术。研究结果表明,人工智能在多个方面具备革新TBC技术的潜力,涵盖材料与结构设计、性能优化与预测、状态监测、故障诊断与健康管理、剩余使用寿命(RUL)预测等方向,并能显著提升预测精度。随着智能化新材料设计技术的不断突破,新型TBC必将为下一代航空发动机突破耐温极限、实现更高效率与可靠性提供有力支撑。
超弹性是形状记忆合金最重要的功能特性之一,其本质来源于应力诱导的可逆热弹性马氏体相变。超弹性温度窗口主要受合金化学成分与微观组织结构的协同影响。为此,系统回顾了近10年来具有宽温域超弹性特性的多类形状记忆合金体系的发展现状,重点比较了不同合金在超弹性温度窗口、可恢复应变大小及临界应力对温度的依赖性等关键性能参数方面的差异与特点。通过对比分析,为新型宽温域超弹性形状记忆合金的设计、制备与工程应用提供了理论支持与实践参考,并对该领域未来的发展方向进行了展望。
镁合金因其低密度特性,在交通设施轻量化领域具有重要的战略意义,但传统铸造工艺面临缩孔、气孔及氧化等技术瓶颈,基于半固态加工原理的创新成形工艺——触变射铸技术,为有效突破上述瓶颈提供了可行途径。为此,系统阐述了触变射铸技术的基本原理,揭示了非枝晶结构的形成机制与半固态浆料的制备方法,并重点分析了该技术对AZ系及AM系镁合金综合性能的提升作用。目前,该技术已在消费电子及交通运输载具领域实现规模化应用。依托新一代大吨位成形设备,其应用领域逐步拓展至大型结构件制造领域,在新能源汽车产业中展现出突出的发展潜力。未来研究需重点关注新型半固态触变射铸镁合金的成分设计、成形过程的多物理场耦合模拟及大型构件缺陷控制机制等方面。
氧化亚氮(N2O)作为一种无毒绿色、稳定安全的自增压推进剂,广泛应用于单组元和双组元火箭发动机,尤其在姿轨控动力领域具有重要的研究价值与应用潜力。对几类氧化亚氮推进系统的发展历程与研究现状进行综述,总结氧化亚氮推进系统的特点,指出推动其工程应用的关键技术,并进一步展望了氧化亚氮推进技术在姿轨控动力方向的未来研究重点,以期为航天姿轨控动力系统的创新与工程实践提供参考。
在全球航空业加速推进碳中和的背景下,燃料电池航空推进系统凭借高能效和零碳排放等优势,成为替代传统燃油动力的关键方向之一。该研究聚焦质子交换膜燃料电池(PEMFC)与固体氧化物燃料电池(SOFC),系统梳理了两类燃料电池的工作原理、系统架构、关键技术瓶颈及适用场景,并从能量载体类型、功率特性、使用寿命及环境效益等多个方面,与锂电推进系统进行了比较分析。结果表明,PEMFC更适合用于短途及支线航空,而SOFC则在长航时任务中展现出显著潜力。尽管目前在储氢、热管理、系统集成与成本方面仍存在挑战,燃料电池航空动力系统通过结构优化与混合能源架构的持续发展,预期将在续航能力与减排效果等方面获得显著提升,有望成为支撑绿色航空转型的重要技术途径。
小行星已成为深空探测领域的主要目标之一。围绕小行星抵近探测安全、高效处置的需求,综述了主要航天强国面向小行星抵近探测的人工智能(AI)技术应用及设想。从深空环境智能感知、智能规划及决策2个方面梳理了当前的研究进展,分析了当前人工智能技术应用于小行星抵近探测任务中面临的模型可靠性难以度量、未知环境适应性不足、星载计算资源受限等难点与挑战。结合中国未来的小行星抵近探测任务和行星防御系统构建任务,探讨和展望小行星抵近探测中人工智能技术的未来发展方向与应用趋势。
锂离子电池的热灾害问题一直是其应用过程中重大安全威胁之一。锂离子电池系统热灾害存在界面热稳定性衰退、单体电池内短路热失控、模组乃至系统热扩散的灾变逻辑过程。电与热交互的耦合灾变则既是表征锂离子电池系统热灾害逻辑的重要维度,又是治理锂离子电池系统热灾害的关键突破口。针对锂离子电池系统长周期、多尺度下的电热耦合灾变问题,归纳总结了单体电池固体电解质界面(SEI)膜分解阶段、隔膜融化阶段,以及模组热扩散阶段蕴含的自产热、焦耳热及热传导等热行为对电行为的作用机制,梳理了过充、过放及老化等电行为在上述阶段的产热及传热行为,概括了单体及模组最具代表性的电-热耦合模型。从微观与宏观多角度探索电热行为的联动机制,并对未来锂离子电池模组电热耦合领域进行了展望,旨在为锂离子电池模组的设计与运维提供参考。
针对中国空间站延寿对准确定量开展机电产品在轨寿命再评估的迫切需求,在借鉴国际空间站寿命评估与延寿成功经验和中国空间站研制阶段寿命评估技术的基础上,较为系统地综述了空间站延寿需求下机电产品在轨寿命再评估技术,并给出了技术发展趋势和建议。该技术包括以地面试验数据为主和综合天地数据两类,涵盖寿命评估结果常规修正、综合动作和退化效应的寿命试验再评估、寿命试验复杂动态剖面再设计、多层级加速寿命试验与评估、综合辐照环境下寿命再评估、天地多源数据再筛选和寿命再评估、智能故障诊断和退化预测、基于天地数据迁移学习的寿命评估、基于在轨试验的寿命再评估9项具体技术。研究体现了中国空间站进入长期在轨运营阶段后,对机电产品寿命再评估工作的新思考和新理念,将服务中国空间站延寿这一长期的系统工程。