2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、智能材料是二十世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一類新型復(fù)合材料,具有感知功能,能夠檢測(cè)并且可以識(shí)別外界(或者內(nèi)部)的刺激強(qiáng)度,如電,光,熱等;具有驅(qū)動(dòng)功能,能夠響應(yīng)外界變化,能夠按照設(shè)定的方式選擇和控制響應(yīng)。智能材料被主要用于航空航天領(lǐng)域,如形變飛機(jī)、智能蒙皮技術(shù)等。最有效實(shí)現(xiàn)智能結(jié)構(gòu)的方式是將智能元件嵌入到結(jié)構(gòu)件里面,提高結(jié)構(gòu)件的效率,比如嵌入至機(jī)翼和機(jī)身。目前世界上所研究開(kāi)發(fā)的智能蒙受皮天線技術(shù)CLAS——共形承載天線結(jié)構(gòu),是采用微帶天線

2、與復(fù)合材料層合板或三明治中空結(jié)構(gòu)相結(jié)合的辦法,將微帶天線嵌入到結(jié)構(gòu)中,與航天器共形,以克服傳統(tǒng)天線在結(jié)構(gòu)上的缺陷,提高抗損傷能力,消除空氣阻力的影響。然而,復(fù)合材料層合板在結(jié)構(gòu)上具有抗層間分離能力差、制作方法復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不規(guī)整無(wú)法制造全成形天線結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn),因此大力發(fā)展基于三維機(jī)織復(fù)合材料的共形承載微帶天線是研發(fā)下一代共形承載天線的必然趨勢(shì)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)我國(guó)的航天飛行器,船艦的隱身以及公安國(guó)安部門(mén)的偵察等都有非常重要的意義。
   本

3、文采用Kevlar129和E玻纖作為增強(qiáng)纖維織造介質(zhì)基板,設(shè)計(jì)并制作了兩種側(cè)饋微帶天線結(jié)構(gòu),采用微帶線饋電的方式,探索了制成大型天線陣列的可能性。本課題使用天線模擬仿真軟件Ansoft HFSS,推導(dǎo)建立了適合于此類材料結(jié)構(gòu)的分析模型,將設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)銅箔微帶天線轉(zhuǎn)換為實(shí)際織造的網(wǎng)格狀織物天線結(jié)構(gòu),并改變紗線在預(yù)制件的排列密度來(lái)仿真織物微帶天線的輻射性能。發(fā)現(xiàn)隨著紗線間距S與銅絲紗直徑D比值的增大——即三維機(jī)織復(fù)合材料預(yù)制件的紗線密度越稀疏

4、,對(duì)應(yīng)微帶天線的VSWR絕對(duì)值越大,即回波損耗越大;諧振頻率越往左偏移,即諧振頻率越?。惠椛浞较驁D顯示隨著S/D比值的增大,天線的輻謝效率、增益越低,方向性越差。認(rèn)為是織物天線的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)造成了輻射元的不連續(xù)性,從而影響了天線性能。將微帶天線分成三個(gè)部分——微帶線、貼片和接地板,分別將之轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格狀織物結(jié)構(gòu),以確定是哪一部分引起了這種差別。結(jié)果顯示微帶線和接地板對(duì)天線性能的影響很小,VSWR值和輻射方向圖與設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)銅箔微帶天線沒(méi)有明顯差

5、別,但諧振頻率會(huì)向左偏移;貼片對(duì)天線性能有至關(guān)重要的影響:隨著貼片中銅絲紗S/D比值的增大,對(duì)應(yīng)微帶天線的回波損耗越大,諧振頻率越小,天線的輻射效率、增益降低,方向性受到極大削弱。當(dāng)S/D比值為大于4.6時(shí)天線的增益呈現(xiàn)出負(fù)值。當(dāng)S/D比值達(dá)到1.4時(shí)VSWR值基本等于1,輻射方向圖與所設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)銅箔微帶天線基本重合,達(dá)到使用要求。本文結(jié)合織造過(guò)程的實(shí)際情況,選取最優(yōu)值S/D=1.7以實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)仿真結(jié)果加以驗(yàn)證。
   織造過(guò)程

6、中三維機(jī)織復(fù)合材料的表層和底層紗線被替換為銅絲股紗,根據(jù)復(fù)合材料預(yù)制件的紗線密度,使用特殊方法織造成與介質(zhì)基板共形的天線貼片、微帶線饋線和接地板,其輻射元和接地板都是由高性能增強(qiáng)纖維組成,在織造過(guò)程中被捆扎紗固結(jié)在結(jié)構(gòu)中,故不會(huì)產(chǎn)生通常微帶天線的受力變形后分層失效的問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了兩種天線貼片,正交貼片和平紋交織貼片。正交貼片中經(jīng)緯向的銅絲紗為正交排列,由捆扎紗縛結(jié),無(wú)交織點(diǎn),平紋交織貼片采用兩片銅絲紗交織而成,經(jīng)緯向銅絲紗互相交織

7、。兩種天線預(yù)制件共四個(gè)樣品(各含經(jīng)緯向)通過(guò)真空輔助樹(shù)脂浸潤(rùn)法固化成型。天線性能的測(cè)試結(jié)果表明,四個(gè)天線的VSWR值均接近1,回波損耗小,諧振頻率稍偏移于設(shè)計(jì)的中心頻率。兩個(gè)方向的正交貼片微帶天線的方向圖與設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)銅箔微帶天線有很好的一致性,而兩個(gè)方向的平紋交織貼片微帶天線的方向圖旁瓣和背瓣較大,方向性較差。分析認(rèn)為是貼片中銅絲紗屈曲波的存在降低了接地板的反射效率,一部分電磁波未被反射到最大輻射方向所致。四個(gè)天線的增益均為負(fù)值,分析認(rèn)

8、為是以下原因造成:三維機(jī)織復(fù)合材料微帶天線在固化成型過(guò)程中表面包覆有一層樹(shù)脂,增大了天線的損耗;銅絲股紗的圓形截面造成輻射電磁波不能完全被接地板反射,降低了輻射效率;介質(zhì)基板中芳綸纖維吸水,影響其介電性能;設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際產(chǎn)生的偏差等。
   本實(shí)驗(yàn)測(cè)試了所設(shè)計(jì)的基于三維機(jī)織復(fù)合材料的共形承載微帶天線的力學(xué)性能,包括拉伸、彎曲、壓縮和沖擊四個(gè)項(xiàng)目。拉伸、彎曲和壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于三維機(jī)織復(fù)合材料的共形承載微帶天線基本可以達(dá)到普通三

9、維機(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能,拉伸強(qiáng)度334MPa(不含銅絲接地板的普通三維機(jī)織復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為343MPa),拉伸模量20.6GPa(普通的為16.5GPa);彎曲強(qiáng)度238MPa(普通的為347MPa),彎曲模量14.9GPa(普通的為16.9GPa);壓縮強(qiáng)度164MPa(普通的為165MPa),壓縮模量10.4GPa(普通的為12.5GPa)。而沖擊測(cè)試數(shù)據(jù)未體現(xiàn)出材料斷裂時(shí)表現(xiàn)的脆性,沖擊強(qiáng)度只有6.29kJ/m2,數(shù)據(jù)的離散

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