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新型静电飞行器
微型飞行器小体积、轻质量、高机动,能够在狭小空间执行拍照、探测和运输等特种任务,在国民经济领域拥有广泛应用前景。然而,此类飞行器普遍存在飞行时间短的痛点问题,尤其当重量小于10克时,其飞行时间一般不超过10分钟。这是因为目前微型飞行器的发动机驱动部件一般采用传统的电磁电机,而电磁电机在微型化后转速高、发热大,能量转化效率急剧下降,甚至降到10%以下。微型电磁电机效率下降后,如果采用供电方便的自然太阳光作为能量来源,受限于太阳能电池的面积,很难满足飞行需求。 为了解决上述难题,北航科研团队从微型发动机的原理方面寻求突破,提出一种新的静电驱动方案,研制出了在微小尺寸下转速低、发热小、效率高的微型静电电机,并首次实现了微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行,在微型飞行器的发展进程中具有里程碑意义。 该飞行器主要由静电发动机和超轻质高压电源组成,具备低功耗(0.568瓦)和高升力(30.7克每瓦)优势,首次实现了微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。 静电发动机的核心是静电电机,它是一种依靠静子和转子间的库仑力来产生连续旋转运动的新型微型电机,具备结构简单和无需绕组的优势,其高电压(千伏级)、低电流(微安级)的工作特性也使其在工作过程中发热少且无明显红外特征。相比传统电磁电机,静电电机表现出了颠覆式的效率和功耗特性,在小质量(5克以内)情况下,其能量转化效率可达传统电磁电机的10倍以上,产生相同升力所需功耗仅为电磁电机的1/10以内,因此即便采用小尺寸太阳能电池,也可以为微型飞行器提供飞行所需功率。 电机虽然效率高、功耗低,但仍需要千伏级高压电流来驱动,然而传统高压电源由于体积和重量过大,无法搭载在微型飞行器上。因此团队还针对飞行应用场景,研制了千伏级超轻质高压电源,主要包括太阳能电池和升压电路两部分,其中升压电路可以在1.21克的重量下,将太阳能(或锂电池)输入的低压直流电,转换为4 - 9千伏的高压直流电,相比美国斯坦福大学研发的同类技术升压比提高了92%。 在微型静电电机和超轻质高压电源的助力下,本项目研发出的飞行器整机仅有巴掌大小(翼展20厘米),重量比一张A4纸还轻(4.21克),尺寸和重量分别是此前世界最小、最轻太阳能飞行器的1/10和1/600。更进一步,团队还提出一款翼展8毫米,质量9毫克的超微型静电飞行器,飞行功耗不到1毫瓦,展示了静电电机在飞行器进一步微型化中的巨大潜力。
北京航空航天大学 2024-07-19
新型径向流动反应装置
反应装置是化工厂的核心,而径向反应装置气体流通路径短、压降小、可使用小颗粒催化剂等优于传统固定床反应装置的技术特征,在苯乙烯、催化重整、芳烃异构和歧化等化工装置上被广泛应用,但技术十分复杂。 本项目在对径向反应装置进行长期分析和深刻的理解后,经过大型冷模试验研究、计算机模拟和工程放大,从理论上、结构上和关键技术上进行了突破,发明了大型化的新型径向流动反应装置。实践证明发明的大型径向流动反应装置运行平稳节能,各项技术指标达国际先进水平。 (?)发明了催化剂自封式结构,在催化床封造成轴向和径向的二维流动,消除滞流区,提高催化剂利用率,简化结构,国内外首次应用于负压脱氢装置; (?)发明了新型离心式Π型径向流动技术,流体由始端控制,催化床层的流场优化,国际上首次应用于催化重整; (?)发明了高均匀度的径向流体均布技术:导流锥设计技术、双流道优化组合技术、催化剂支承结构技术等,从而保证了乙苯脱氢和催化重整的薄催化床层内流体均布; (?)发明了快速喷射流混合器技术,适应超短停留时间,满足苯乙烯反应装置对反应介质高度混合要求; (?)发明了高温再热器技术,反应器体外逆流换热,减少负压空间,解决热膨胀,高温蒸汽入口温度下降,降低高温材料的使用温度、制造难度和设备费用; (?)开发了反应装置的新放大方法。
华东理工大学 2021-04-13
水-气共容储/释能的高效压缩空气储能系统
传统的抽水蓄能存在需要特殊的地质条件、推广应用受到限制、需要充沛水源、不适合干旱缺水地区、储能密度较低、对所在区域的生态环境有影响等缺点;传统的CAES(压缩空气储能系统电站)存在需要消耗大量的化石类燃料,系统经济型不好、储能时压缩空气过程中存在热交换、释能时外热源加热、CAES的能量转化效率与其他储能系统相比有些低等特点。 本系统提出无水坝抽水蓄能模型,兼收压缩空气储能技术和抽水蓄能技术的优点,摒弃二者缺点,实现热能和压力能的梯级利用。
西安交通大学 2021-04-11
超大功率硅基射频LDMOS晶体管设计技术
大功率射频LDMOS器件以其线性度好、增益高、输出功率大、热稳定性好、效率高、宽带匹配性能好、价格低廉等方面的优势已经成为基站、广播电视发射机、航空电子、雷达等领域等应用最广泛的射频功率器件。 本团队利用优化的法拉第屏蔽罩结构和版图布局技术,基于国内8英吋工艺技术平台,研制出大功率L 和S 波段RF LDMOS 器件(图1),能够提供完整的RF LDMOS器件的设计与研制方案。目前已制作出频率0.5GHz,输出功率>500W,功率增益>18dB、漏极效率>50%的单芯片RF LDMOS 器件;频率1.2GHz,输出功率>600W,功率增益>20dB、漏极效率>40%的L波段RF LDMOS 器件;频率3.1GHz,输出功率>80W,功率增益>10dB、漏极效率>35%的单芯片S波段RF LDMOS 器件(图2)。 (a) (b) 图1 RF LDMOS器件:(a)晶圆显微照片 (b)封装器件 a b c 图2 RF LDMOS器件功率测试曲线:(a)P波段 (b) L波段 (c) S波段
电子科技大学 2021-04-10
超大功率硅基射频LDMOS晶体管设计技术
本团队利用优化的法拉第屏蔽罩结构和版图布局技术,基于国内8英吋工艺技术平台,研制出大功率L 和S 波段RF LDMOS 器件,能够提供完整的RF LDMOS器件的设计与研制方案。
电子科技大学 2021-04-10
梯度纳米结构TWIP钢的晶体塑性有限元分析
强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明,随着金属材料内部晶粒尺寸的降低,在强度获得提升的同时,韧性将大打折扣。目前,广泛采用的高强材料韧化策略有:(1)改变组分,通过引入和调整材料的多种主要元素,同时激活多种塑性变形机制,高熵合金材料就是采用这种思路;(2)改变微结构,在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构,避免由于特征长度突变带来的性能突变,有效克服金属材料强度和韧性的失配问题,这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型(摘自:李毅,梯度结构金属材料研究进展,中国材料进展,2016, 35: 658-665)人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种:梯度晶粒,梯度位错,梯度孪晶,梯度固溶物,梯度相,以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构,可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如,通过表面研磨处理(SMAT)在孪晶诱发塑性(TWIP)钢表面引入大量的塑性变形,使其表面晶粒细化,随着深度的增加,晶粒细化的程度逐渐降低,同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生,因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒,梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%,断裂应变仅从60%下降到52%,具有更高的强韧性匹配能力。目前,关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验,反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作,指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元,并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟,揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系,量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表,论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性,结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述,特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟,作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂,晶粒数目众多,通过采用三维均匀化方法,建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸,初始位错密度和孪晶体积分数,离散地描述材料内部微结构的梯度分布,并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域,采用密度较高的网格,以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型,对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明,在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上,通过引入微结构的梯度分布,无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图,作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平,但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显,产生的应变局域化形成了两个凹陷区,且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加,收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟,作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关,提高表面纳米晶的硬化能力,就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外,作者通过分析不同层位错密度的演化,进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明:强度的提升源于梯度位错结构,梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。
西南交通大学 2021-04-10
一种纳米纤维素晶体粘弹性的改性方法
本发明公开了一种纳米纤维素晶体粘弹性的改性方法,属于纳米纤维素晶体的改性方法领域,具体公开了甘油或甘油联合氯化钠在改善纳米纤维素晶体粘弹性中的应用,具体的改性方法为,将质量体积(g/ml)分数为2%、4%、6%或8%的氯化钠和质量体积(g/ml)分数为6%的NCC分散于质量体积(g/ml)分数为0.4%的甘油的水溶液中,40KHZ室温超声10min分散即可。该方法简单,不破坏纳米纤维素晶体的结构,改善粘弹性,不影响纳米纤维素晶体在后期的使用,避免纳米纤维素晶体在使用时由于粘弹性的降低而无法达到最终目的的问题。
青岛农业大学 2021-04-13
一种反向开关晶体管的触发电路
本发明涉及半导体开关领域,提供了一种反向开关晶体管的触 发电路,包括预充电路、主电路、恒流充电电路和触发控制电路;主 电路包括 RSD 开关和主电容 C0;预充电路用于为 RSD 开关的导通提 供所需要的预充电流,恒流充电电路用于为主电路和预充电路充电, 当充电电压达到预设的电压阈值时,通过触发控制电路发出信号给预 充电路,预充电路发出预充电流给主电路中的 RSD 开关,RSD 开关导 通后主电路中的主电容 C0 放
华中科技大学 2021-04-14
一种铌酸锂晶体外调制驱动装置
本发明提出一种铌酸锂晶体外调制驱动装置,当铌酸锂晶体两端加上电场后,折射率的变化正比于电场强度,从而使通过晶体的光通量产生相应的线性变化。由于铌酸锂晶体折射率线性变化需要的电压在100V到600V的范围,本发明通过在光路部分增加四分一波片,降低铌酸锂晶体的直流工作点,对经过编码的数字信号采用两级复合式放大,直接放大到高电平正150V低电平负150V,做到了频率响应范围宽,工作稳定可靠,抗干扰能力强。
四川大学 2016-10-26
新一代硅烷法电子级晶体硅生产技术
上海交通大学 2021-04-13
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