EAST铰链式机械臂真空存储舱 CASK系统研制

总体描述了EAST机械臂真空舱系统设计，介绍了实现进展情况。EAST铰链式机械臂是用于在不破坏EAST内部真空环境下对第一壁内部进行近距离观测、快速维修的一种检修工具。考虑到对EAST铰链式机械臂的存储、支撑以及工作条件，需要设计和制造出一个密封的真空舱系统。该系统可以在真空条件下通过一个直径为250mm的连接端口连接到EAST主体机构上。系统设计主要分为真空存储舱CASK腔体、真空系统以及烘烤系统三个部分。     

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提出一种基于双缓冲的中断式数据采集、文件分割式存储以及文件合并式数据显示方法,解决了EAST低杂波系统数据量大幅增加后数据采集、储存和显示的问题。此方法在首次EAST低杂波放电中的应用令人满意。     

EAST 六自由度内窥机械臂的逆运动学算法研究

为了实现 EAST 装置真空室内的内窥多关节机械臂的实时高精度控制,提出了一种逆运动学算法,即建立机械臂多变量的方程组,转化成为矩阵的特征值问题求解。为了验证和满足实际控制的需要,还基于 VC++6.0 开发了 MFC 运动学算法程序。结果表明,该算法能在 ms 级别内得到机械臂的所有运动学逆解。     

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为了实现 EAST 装置真空室内的内窥多关节机械臂的实时高精度控制,提出了一种逆运动学算法,即建立机械臂多变量的方程组,转化成为矩阵的特征值问题求解。为了验证和满足实际控制的需要,还基于 VC++6.0 开发了 MFC 运动学算法程序。结果表明,该算法能在 ms 级别内得到机械臂的所有运动学逆解。     

EAST真空室内巡视系统的真空性能研究分析

介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析。获得了在有效抽速为1064L•s^–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10^–3Pa。为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案。优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10^–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求。此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能。     

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介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析.获得了在有效抽速为1064L·s–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10–3Pa.为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案.优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求.此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能.     

基于实验物理与工业控制系统的EAST真空抽气及加料控制系统设计

介绍EAST 真空及加料监控系统底层和顶层的架构设计、连锁保护设计、运行模式设计以及系统部署。在底层架构中,真空抽气和加料监控系统分别采用两套相互独立的光纤环网拓扑,构成双光纤环网结构。顶层设计主要采用符合大科学装置规范的实验物理与工业控制系统(EPICS)架构。系统设计主要特点是将底层双光纤环网结构拓扑和顶层EPICS 架构相结合,构建了大型分布式真空抽气和加料数据采集与监视控制系统。测试结果表明整套监控系统运行稳定可靠,该监控系统不仅为EAST 装置实验提供了可靠支撑,同时也为未来其它大科学装置的监控系统构建提供参考和借鉴。     

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在EAST装置上采用气流烘烤技术实现了对真空室内部部件的真空烘烤。对烘烤系统进行了整体设计,给出了系统过程控制和远程监控的实现方案。     

EAST装置第一壁热沉冷却结构关键工艺的研究

对由埋管引起的面对等离子体第一壁热沉冷却结构冷却效果的下降进行了实验测量与数值模拟。在相同加热源条件下,比较了热沉内光孔、埋管打压胀管及高温真空埋管钎焊三种工艺实验件的换热效率,并与数值模拟的结果进行比较,确定了合理的计算模型和参数。对高场测的热沉原型件,比较了埋管打压胀管和高温真空钎焊连接换热效率,为EAST热沉冷却结构优化提供了依据。     

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对由埋管引起的面对等离子体第一壁热沉冷却结构冷却效果的下降进行了实验测量与数值模拟。在相同加热源条件下,比较了热沉内光孔、埋管打压胀管及高温真空埋管钎焊三种工艺实验件的换热效率,并与数值模拟的结果进行比较,确定了合理的计算模型和参数。对高场测的热沉原型件,比较了埋管打压胀管和高温真空钎焊连接换热效率,为EAST热沉冷却结构优化提供了依据。     

快速真空紫外光谱诊断在EAST实验的初步应用

为了在EAST装置上开展高参数放电条件下边界杂质辐射的实验研究,发展了真空紫外(VUV)光谱诊断系统.该系统采用了焦距为200mm的Seya-Namioka型VUV光谱仪,并配备了600g·mm-1凹面全息光栅,所能观测的波长范围为50～700nm,覆盖真空紫外、近紫外和可见光波段.系统在垂直方向的观测范围为Z=-35...     

便携式多通道数据采集系统设计

在EAST全超导托卡马克核聚变放电实验中,某些信号需要低功耗、便捷的进行独立同步采集与分析;而现有的大型采集系统并不能满足此需求,所以需要设计一套低功耗的、便携式的多通道数据采集系统来保障EAST实验的顺利进行。系统具有界面友好、性能稳定等诸多优点。在LabVIE软件编程环境中,系统能够实现对多达32路信号的同步采集、实时显示、数据存储、数据分析以及历史数据回放等功能。经过实验测试,该系统运行稳定可靠,完全满足EAST实验的数据采集需求。     

舰载导弹振动环境状态实时监测系统设计

为了全面监测舰上导弹贮存的振动环境,设计了对舰艇横摇、纵摇和升沉条件下的加速度信号实时监测系统;该系统采用一体化、模块化设计的思想,应用堆栈式结构总线PC104,提高了系统的便携性、可靠性;采用两种供电方式提高了系统适应性;文章详细阐述了硬件系统和软件系统的设计,并重点对数据采集存储和数据显示功能实现进行了论述;在1 000 Hz采样频率的实验条件下,采集数据准确可靠,精确度为99.75%,达到了系统设计的要求。     

EAST真空室内磁场模型的建立与验证

利用毕奥萨伐尔定律,通过对EAST内部等离子体电流的运动状态的研究,建立了EAST内部的磁场数学模型,并利用Matlab对实验数据的拟合分析,对模型进行了分析验证。通过误差分析,进而改进模型,研究表明改进后的模型与实验数据能较好吻合,误差较小。相关研究和结论对托卡马克真空室内磁场测量具有一定的指导意义,为进一步研究基于MEMS技术的超导托卡马克装置电磁测量诊断系统的微纳磁敏传感器奠定理论基础。     

实践十号返回卫星时间同步系统设计与验证

根据返回式卫星的特点,卫星在轨飞行包括两个阶段的时间同步工作模式：1)“返回舱和仪器舱在轨段组合体”时间模式;2)两舱分离后,“仪器舱留轨段”时间模式。因此,如何设计返回式卫星的时间系统,并进行优化使其在不同阶段完成不同任务,是返回式卫星时间系统设计的关键点。返回式卫星时间包括时间产生、时间维护、时间发布及时间传输。返回式卫星时间系统设计就是为了满足时间用户对时间同步精度的需求,通过特定方法和必要手段对星上时间产生、维护和发布机制进行相应的系统设计。针对实践十号返回式科学实验卫星时间同步需求、时间管理模型、时间系统架构以及时间系统的设计进行了说明,并对卫星在整星电测以及在轨运行的验证情况进行说明。     

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利用毕奥萨伐尔定律,通过对EAST内部等离子体电流的运动状态的研究,建立了EAST内部的磁场数学模型,并利用Matlab对实验数据的拟合分析,对模型进行了分析验证.通过误差分析,进而改进模型,研究表明改进后的模型与实验数据能较好吻合,误差较小.相关研究和结论对托卡马克真空室内磁场测量具有一定的指导意义,为进一步研究基于MEMS技术的超导托卡马克装置电磁测量诊断系统的微纳磁敏传感器奠定理论基础.     

EAST装置氮温区温度监控系统设计

EAST装置已运行十多年,现有的氮温区温度监控系统已经老化,出现电流源漂移过大等问题,部分系统在强交变电磁的作用下也出现了损坏,需要设计一套新的EAST装置氮区温度监控系统。该系统基于西门子S7-300系列PLC,通过26个RTD模块、5个AI模块、一个DI模块和一个DO模块实现了最多可达240路温度信号及相关信号的数据采集、超阈值判断以及报警信号发出和放电触发信号接收的功能。使用LabVIEW平台实现人机交互及报警记录界面编写、数据向EAST工程数据库及MDSPLUS数据库传输的功能。     

EAST高约束运行条件下离散阿尔芬本征模的数值模拟

运用磁流体力学数值模拟程序和磁流体力学-回旋动理学混合模拟程序对EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)装置上具有内部输运垒(ITB)高约束运行模式下的离散阿尔芬本征模(αTAE,α是等离子体压强梯度的参数)进行模拟研究。结果表明：在EAST上ITB以内的芯部区域存在丰富的αTAE,且在运行参数下多支αTAE被激发为不稳定模式。在EAST上预演的稳态运行方案中,αTAE分布在了更大的径向范围内,强的负磁剪切,减少了ITB局域内的αTAE。模拟对比了DIII-D装置和中国聚变工程试验堆(CFETR)上与EAST预演方案具有相似运行条件下的αTAE。结果发现与EAST上类似,在DIII-D与CFETR中,同样由于强的负磁剪切,在ITB内的强磁剪切区域并不存在αTAE。在CFETR核心区域出现了更高频率的αTAE,且在高能量粒子条件下激发出了更丰富的αTAE。     

EAST中性束注入角度的NUBEAM模拟研究

采用蒙特卡罗程序NUBEAM对EAST NBI上的中性束注入角度(中性束系统中心线与注入窗口轴线的夹角)进行了分析。讨论了中性束注入角度对电流驱动效率、加热效率和束的穿透功率的影响,对EAST NBI系统选取了一个最优的注入角度。模拟结果表明：对EAST NBI系统,在典型的EAST实验参数和实际工程允许的范围内,19.5°是最优的注入角度。在此注入角度下,可以通过增大等离子体密度的方法来进一步提高加热效率和电流驱动效率,并减少束的穿透功率。     

开敞式离心泵模型水力性能的研究

为研究用于特殊液压动力系统的开敞式离心泵的水力性能,设计了含方形压力舱的开敞式离心泵系统,对该离心泵进行了水力性能测试、内流场PIV测试,建立整个回路系统模型进行内部流动分析并预测性能。介绍了开敞式离心泵模型结构、试验装置、试验方法和数值模拟方法,内流和外特性的试验结果与数值模拟结果取得了较好的一致。研究结果表明,开敞式离心泵由于受到扩压腔和压力舱结构的限制,压力舱内流动损失明显,其性能明显低于普通蜗壳式离心泵,在有限的压力舱里提高开敞式离心泵性能的关键在于合理设计扩压腔和压力舱出口管结构。