多自由度误差同时测量中的滚转角测量方法

提出了一种滚转角误差测量的新方法,该测量方法能够实现与其他自由度误差测量相集成,构成多自由度同时测量系统.系统采用带温控的半导体激光器单模光纤组件作为光源,有效降低了激光器本身的光线漂移,为测量提供高精度高稳定性的基准光线;采用特殊棱镜作为测量的敏感单元,通过此棱镜出射光线的直线度测量,间接实现滚转角误差测量.实验过程和数据表明,测量系统具有很好的稳定性和重复性,通过与电子水平仪的对比实验,验证了该方法的可行性,测量精度约为2".     

滚转角测量方法综述

基于直角坐标系统的机床或测量机共有21项结构误差,其中18项误差可以用现成的干涉仪测量,另外3项滚转角误差是最难测量的参数。目前国内外对机械导轨运动副的滚转角误差的检测还处于一种研究和探索阶段。介绍了目前国内外的几种测量滚转角的方法,并给出了每种测量方法的原理和发展现状,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。给出了提高测量滚转角灵敏度的几条途径。     

基于双CCD的滚转角测量方法研究

提出了一种基于双CCD的滚转角测量方法。测量系统包括两部分:移动部分由通过连接杆连接的两个CCD组成,连接杆固接在被测物上;固定部分包括光源、光开关和两个光学准直器,可以得到两路分别以一定角度相交入射到两个CCD上的准直光束。被测物发生滚转变化时,两CCD也同步变化,通过投射在其上的两个光斑位置变化,可求解出滚转角变化。MATLAB仿真证明被测物的各平动变化对滚转角测量无影响,在200″范围内的俯仰和偏摆变化,引起的滚转角测量误差不超过1″。搭建了滚转角测量实验系统,并与HP5529A双频激光干涉仪测量结果进行比对。测量结果表明,在1000″的测量范围内,系统滚转角测量偏差最大不超过1.5″。     

高升阻比模型天平校准安装角误差控制要求

文章针对高升阻比类模型气动力测量的要求,对天平校准安装角误差影响进行了初步分析,天平的单元校准中,主要有两个安装角对天平校准结果产生影响,这两个安装角分别为攻角和滚转角,研究结果表明:天平的不同分量和不同校准系数对安装角误差的要求是不尽相同的,力分量以及滚转力矩校准,安装角误差可以允许在度水平上;俯仰力矩和偏航力矩校准攻角误差只能在分量级上;法向力对轴向力干扰系数校准的攻角误差,以及法向力对侧向力干扰系数校准的滚转角误差均只能允许在十分之几分或百分之几分的水平上.单纯从校准来看,法向力对轴向力的干扰系数要求攻角误差控制,以及法向力对侧向力干扰系数要求的滚转角误差控制,均非常困难;结合风洞实验测量中高升阻比模型的载荷匹配情况,这个误差控制可以适当放宽,攻角误差可以放宽到分量级上,滚转角误差仍为十分之几分量级上,天平校准时采用常规的角度测量仪器进行测量和调整均非常困难,只有配置高精度的角度测量仪器,才能满足高升阻比模型气动力测量对天平校准角度误差控制的要求.      

基于准直光束的高精度滚转角测量方法研究

对于滚转角测量精度低并且难于测量的问题,提出了一种基于准直光束光斑位置变化的高精度滚转角测量方法。当被测物转动时,CCD上2光斑位置随之改变,2个光斑中心连线斜率亦改变。斜率变化由被测物俯仰、偏摆、滚转运动引起。在测量系统中基于自准直原理测量偏摆角和俯仰角,运用相关的算法,消除由偏摆和俯仰运动引起的滚转角误差,从而实现滚转角的精确测量。同时运用Zemax建立系统仿真模型,进行了滚转角的仿真实验测量。将仿真实验结果输入到滚转角解算模型中解算,结果表明:在0～1 800范围内滚转角的解算值与Zemax的设定值完全一致,由此验证了测量方法的可行性及正确性。     

偏翼标模小滚转力矩测量与气浮轴承动态特性研究

基于气浮轴承的自由滚转实验技术是测量再入飞行器小不对称滚转气动力的重要方法.文章研究中对偏翼标模进行了小滚转力矩测量,并针对实验系统的特点,对气浮轴承进行了无风实验标定和真空实验标定,给出了其动态特性结果.进一步分析了气浮轴承动态特性、原始数据采集测量误差和参数辨识误差对实验结果的影响,并给出了综合误差分析结果,说明了主要误差来源.结果显示:滚转力矩系数和滚转阻尼导数测量综合误差分别约为10-7和10-4量级,实验中可根据实际情况进行误差处理.研究结果对气浮轴承自由滚转实验精度提高、方案设计和设备研制等具有重要的实际意义.      

角锥棱镜用于激光直线度测量的特性分析

对角锥棱镜用于激光直线度测量时可使测量精度提高一倍的光学特性进行了分析。分析了角锥棱镜的制造角差、面形误差和测量过程中角锥棱镜的偏摆、俯仰、滚转对直线度测量的影响。用实验验证了分析结果。分析结果为角锥棱镜用作激光直线度测量时的误差分析和误差补偿提供了理论依据。     

横向调制偏振光测量导轨直线度

介绍了一种测量导轨直线度误差的新方法,利用偏振干涉原理调制出一束偏振角随光束横向坐标线性变化的特殊线偏振光光束,通过一个随直线度误差移动的光缝测量出光束中不同位置的偏振角,根据直线度误差与偏振角之问的线性关系,实现对直线度误差的测量.从理论上对该方法进行了论证分析,进而详细介绍了光学调制器的组成,设计了偏振角测量的光电组件,并进行了相应的实验.实验结果分析表明,该实验装置的直线度误差与偏振角之间的直线拟合相关指数R2优于0.9995,且测量直线度误差范围不低于0.5 mm,构建的测量系统经标定后测量分辨力可以达到亚微米级,测量不确定度达到1μm.该方法不仅实现方便、可靠性较高,而且可以克服测量时由于光强变化、导轨形面误差对测量结果的影响,稍加改进即可实现二维直线度误差测量,测量精度与自准直仪相当,具有一定的理论研究意义和较强的实际应用前景.     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

基于改进PID算法横列式双旋翼无人机系统

横列式双旋翼无人机相较于传统固定旋翼无人机具有更强的机动性与续航能力，但是传感器测量误差会影响其控制精度。针对这一问题，在理论模型方面完成了动力学模型的推导并整定了相关物理参数；在控制算法方面自主开发三轴加速度计误差补偿算法，并创新性将该算法与传统PID控制算法结合形成改进串级双闭环PID算法，可以实现对三轴加速度计测量值累积误差的抑制，同时利用Simulink进行了30次系统控制仿真，仿真结果表明：改进PID算法理论上针对y轴位移、滚转角、俯仰角与偏航角可分别降低约78%、26%、19%与44%系统超调量；在实验测控方面搭建了试验样机+测控地面站系统，最终完成10组空中悬停对比实验。实验结果表明：改进PID算法试验样机悬停高度、滚转角、俯仰角与偏航角的稳态误差较传统PID算法减少约35.68%、49.04%、2.33%与55.96%,验证了改进控制算法的精度与实际有效性。     

正交偏振激光角度测量技术综述

机械导轨运动副滚转角的高精度测量一直是一个难题。研究了很多光学方法,但由于其角位移方向正好垂直于探测光束,所以仍没有得到很好的解决。利用激光偏振面对旋转的敏感性,通过测量由此引起的正交偏振激光光强、相位或频差的变化,可有效地解决滚转角的测量问题。介绍了目前国内外基于正交偏振激光的滚转角测量技术,根据其测量原理分为光强差测量、相位差测量和频率差测量三类。对每种测量方法的原理和发展现状进行了评述,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。     

The effects of vortex breakdown on the static rolling aerodynamics of finned slender body

The static rolling aerodynamics of a finned slender body is numerically studied in this paper.Simulation results show a nonlinear uprising of the rolling moment when the angle of attack is greater than 20°in subsonic flows.Asymmetric vortex break down phenomenon on the"horizontal"rudders is found to be responsible for this phenomenon.By introducing the geometric-equivalent angle of attack and geometric-equivalent sweep angle,the cause of the nonlinear rolling moment characteristics can be explained by the delta wing vortex breakdown analysis.     

基于RGBW光源的舞台灯变焦透镜设计

针对目前舞台灯的光束角可变范围小、照度均匀性差等缺点,在全反射式透镜结构的基础上,基于变焦透镜组原理,设计出一种采用单颗透镜的变焦透镜系统。该系统包括准直透镜和可移动的调焦片,并且使用SolidWorks软件,依次在准直透镜的镜面上进行不规则六边形复眼圆周填充阵列和调焦片的两侧进行六边形复眼圆周阵列设计。经过光学软件LightTools仿真以及实际光照效果检测,此款透镜在匹配S2WP的全彩LED光源后,上述结构能够有效解决RGBW全彩LED光源在舞台灯照明上均匀性和混光差的难题。此外,设计出的舞台灯变焦透镜的光学效率高达87%,可在0 mm~15 mm的调焦范围内,光束角(1/2光强角)的可变范围为4°~53°。     

Fabrication of superhydrophobic coating via a facile and versatile method based on nanoparticle aggregates

Herein, we report a facile and low cost method for the fabrication of superhydrophobic surface via spin coating the mixture of polydimethylsiloxane precursor (PDMS) and silicon dioxide (SiO₂) nanoparticles. The surface hydrophobicity can be well tuned by adjusting the weight percent of PDMS and SiO₂. The water contact angle (WCA) can increase from 106.8 ± 1.2° on PDMS film to 165.2 ± 2.3° on PDMS/SiO₂ coating, companying with a change from adhering to rolling which was observed from tilting angle (TA) characterization. Multi-scale physical structures with SiO₂ nanoparticle aggregates and networks of SiO₂ nanoparticle aggregates are characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscope (AFM), and they can be observed more clearly from the AFM images treated with software (WSxM). Then the relationship between surface hydrophobicity and structures is further discussed based on Wenzel and Cassie models, indicating that the appearance of networks of nanoparticle aggregates is important in the Cassie state. The superhydrophobic coating can keep the superhydrophobicity at least for one month under environment conditions and readily regenerate after mechanical damage. Additionally, the superhydrophobic coating can be fabricated using other methods including dip coating, spray coating and casting. Thus, a large area of superhydrophobic coatings can be easily fabricated. Therefore the range of possible applications for these facile and versatile methods can be expanded to various actual conditions.     

Antiferromagnetic Mn50Fe50 wire with large magnetostriction

This work presents a study on the relation between the fiber texture and the magnetostrictive performance in an antiferromagnetic Mn₅₀Fe₅₀ alloy wire, which was prepared through the combining process of hot rolling and cold drawing. The face-centered cubic (fcc) crystal structure can be retained during the plastic deformation process. Mixed fiber textures consisting of both 1 1 0 and 1 0 0 components were formed along the drawing direction (DD) in the wire. A large magnetostriction of 750 ppm was obtained along DD under 1.2 T, which can be ascribed to the single γ phase and the formation of preferred crystal orientation.     

颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响

为探讨颗粒摩擦系数对堆积特性的影响,利用离散单元法,模拟静摩擦系数固定时,变化滚动摩擦系数对椭球形颗粒堆积角及堆积体的影响.利用自制斜面仪测定了颗粒静摩擦系数,并对滚动摩擦系数与堆积角建立线性方程.结果表明,滚动摩擦系数对颗粒堆积特性有显著影响,颗粒堆积角随滚动摩擦系数增大而增大,边界圆与连续圆间的间隙随滚动摩擦系数增大而减小.依据颗粒堆积过程中旋转动能的变化可以阐述上述结果,建立的滚动摩擦系数与堆积角的线性方程可为具体颗粒物料滚动摩擦系数的获取提供数值测量思路.模拟堆积的过程可为散体物料一些不易测量的参数进行虚拟实验标定.     

CO2滚动活塞转子膨胀机样机的研制

随着对环境问题的日益关注,自然制冷工质CO2跨临界循环系统的研究受到重视.但其效率还不能满足实际应用的需要,需要开发新的设备提高其运行效率.本文对替代节流阀的CO2滚动活塞转子膨胀机进行研制开发,对流量,气缸的容积,以及吸气控制系统进行了分析与设计,得到了在设计条件下的吸气关闭角和排气角,以及采用机械方法控制吸气量,同时对滚动活塞转子膨胀机内CO2膨胀过程的压力进行了分析,得到了压力随角度变化的情况.     

Additive decomposition of shear strength in cohesive granular media from grain-scale interactions

We study cemented granular media by introducing cohesive bonding (sliding or rolling friction and tensile strength) between grains in the framework of the contact dynamics method. We find that, for a wide range of bond parameters, the macroscopic angle of friction at the peak state can be split into three distinct terms of collisional, frictional and dilational origins. Remarkably, the macroscopic tensile strength depends only on the bond tensile strength, and the friction angle at the peak state is proportional to the dilatancy angle which varies linearly with sliding friction.     

Wetting and superhydrophobic properties of PECVD grown hydrocarbon and fluorinated-hydrocarbon coatings

Wetting characteristics of micro-nanorough substrates of aluminum and smooth silicon substrates have been studied and compared by depositing hydrocarbon and fluorinated-hydrocarbon coatings via plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique using a mixture of Ar, CH₄ and C₂F₆ gases. The water contact angles on the hydrocarbon and fluorinated-hydrocarbon coatings deposited on silicon substrates were found to be 72° and 105°, respectively. However, the micro-nanorough aluminum substrates demonstrated superhydrophobic properties upon coatings with fluorinated-hydrocarbon providing a water contact angle of ∼165° and contact angle hysteresis below 2° with water drops rolling off from those surfaces while the same substrates showed contact angle of 135° with water drops sticking on those surfaces. The superhydrophobic properties is due to the high fluorine content in the fluorinated-hydrocarbon coatings of ∼36 at.%, as investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), by lowering the surface energy of the micro-nanorough aluminum substrates.