银河系移民轨道设计—第十届国际空间轨道设计大赛冠军团队总结

由美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)主办的第十届国际空间轨道设计大赛于2019 年6月落下帷幕,中国队伍首次在该赛事中夺冠。本届比赛在历史上首次以科幻任务为背景,需设计对银河系10万颗恒星的最优移民轨道方案。本文介绍了银河系移民的任务要求、引力模型和飞船机动模型,着重分析了赛题的评价指标。引入了树结构来表示移民方案,并对移民树初始分布的选取方法进行了描述,再对比介绍了正向和反向两种移民树生成策略。同时对竞赛中使用的移民树局部优化和拓扑重构等方法进行了简要说明,并在银河系星图中以树结构展示了冠军方案。对本届竞赛的意义进行了总结,得到了一些有益的启发。     

枝晶生长理论中的热-动力学协同

随加工工艺趋于复杂化和极端化,基于热力学驱动力和动力学能垒相对独立的枝晶生长理论已无法精确描述多种机制共同作用的非平衡凝固过程,大大限制了该理论与工业应用的结合。首先,本文综述基于热-动力学相对独立的枝晶生长理论的发展,分析其内涵的本征热-动力学相关性,并集成于以双辊薄带连铸技术为背景的基于热-动力学相关性的枝晶生长模型。其次,定量证明了热力学驱动力和动力学能垒的相关性,通过选择不同的驱动力-能垒组合,试图在双辊薄带连铸技术中实现合金设计和工艺优化。最后,通过分析现有模型的不足,对进一步枝晶生长模型的发展以及与工艺的结合进行展望。     

高铁座椅靠背压坏笔记本显示屏谁之过

乘坐高铁时,时有发生在小桌板上使用笔记本电脑时被前排座椅靠背压坏的事故,给双方乘客均造成了不必要的经济损失。本文首先介绍了一起发生在2022年3月4日的典型案例,然后利用力学理论分析了小桌板上笔记本显示屏被压破坏的原因,最后给出了高铁座椅和小桌板的优化设计建议,为避免类似事故再次发生提供了重要的借鉴。

     

基于BESO算法的涡轮盘拓扑优化

涡轮盘作为航空发动机的核心部件之一,其轻量化设计对航空发动机效率提升至关重要。基于双向渐进结构优化算法（bidirectional evolutionary structural optimization, BESO）拓扑优化模型,使用灵敏度过滤的方法抑制棋盘格现象,用ANSYS的参数化设计语言（ANSYS parametric design language, APDL）编写拓扑优化程序,对离心载荷作用下的涡轮盘进行结构优化,并通过施加叶片等效载荷的方式,考虑叶片对于优化结果的影响。结果表明,使用编写的算法进行拓扑优化迭代步数减少,显著提升优化效率,在减重26%的条件下,拓扑出的新的结构模型结构总应变能降低48%,结构刚度提升,最大等效应力降低25%且应变能和应力分布更均匀合理。

     

钢构件设计中的弹塑性力学问题

分析我国现行《钢结构设计规范》GB50017-2003,对比美、欧规范,针对钢结构常用受力构件设计的强度问题和稳定问题涉及到的弹塑性理论应用,通过课堂教学环节,讲授钢结构构件设计原理和弹塑性设计方法,让学生深刻体会弹性设计理论和弹塑性设计理论的差异,认识弹塑性理论在钢结构设计中应用的必要性. 同时也让学生学习正确运用力学知识解决工程问题的思维方法,激发学生学习力学理论的兴趣,培养学生综合应用知识解决工程问题的能力.     

改进正则化正交匹配追踪波达方向估计方法

针对稀疏阵列模型下匹配追踪波达方向估计方法稳定性不足的问题,提出了改进的正则化正交匹配追踪波达方向估计方法——TROMPDOA(T-transform Regularized Orthogonal Matching Pursuit Directions of Arrival Estimation).仿真表明,TROMPDOA方法在计算复杂度上与原有正交匹配追踪波达方向估计方法OMPDOA(Orthogonal Matching Pursuit Directions of Arrival Estimation)相近,但在估计稳定性上要优于OMPDOA方法,特别是在低信噪比及信号源之间的角度较近时,TROMPDOA方法比OMPDOA方法稳定性提高1倍.实验验证了TROMPDOA方法适用于单元和多元目标估计,估计精度达到1.5°.     

正交M元码元移位键控扩频水声通信

M元和码元移位键控(CSK)扩频在水声通信中被广泛采用来克服扩频增益对通信速率的限制。为了获得更高的通信速率,文章基于Gold序列较大的码本数量、良好的自相关和互相关特性,提出正交双通道的M元和CSK相结合的水声通信方法。通过公式推导描述了正交M元CSK的调制和解调流程及影响其性能的因素。并且,通过与双通道M元CSK的仿真比较,得到正交M元CSK的误码率曲线。最后,通过实验验证了仿真的有效性。并实现了10 kbits数据量下1096.8 bps通信速率的无误码传输。通过推导、仿真和实验,可以得到这样的结论:正交M元CSK提供了优良的通信性能。     

Costas编码跳频信号多普勒容限及其在多声源宽带正交检测中的应用

针对Costas信号的传统宽带匹配滤波因拷贝信号生成过程复杂而带来的计算复杂度高的问题,给出了一种通过计算宽带回波与窄带近似回波的互相关度进而得到Costas信号多普勒容限的数值计算方法,并提出利用容限值对预测目标多普勒范围进行分段窄带近似处理,从而避免了大量的时域伸缩变换,简化了拷贝信号的生成复杂度,提高了宽带匹配滤波的处理效率。随后,将这种方法扩展应用到多声源多目标的回波检测中,利用Costas信号的正交性及多普勒容限值,设计了一种宽带正交匹配检测器,大大提高了多目标声探测的效率。实验仿真和分析证明了多普勒容限求取方法的正确性及其应用于宽带正交匹配检测的有效性。     

正交偏振板对聚焦光斑偏振特性的影响

在间接驱动的惯性约束聚变（ICF）驱动器中,为控制靶腔入口及其附近光场的偏振特性及辐照均匀性,采用二维光谱角色散（2D-SSD）、随机相位板（RPP）和正交偏振板（OPCP）联用的束匀滑方案,数值模拟和理论分析了OPCP对焦面及离焦面处光场偏振特性以及强度均匀性的影响,并讨论了正交偏振板单元数的选取问题。结果表明,不同单元数正交偏振板对焦面及其附近光场偏振特性和强度均匀性的影响程度不同,且光场偏振特性对离焦并不敏感。此外,离焦会使强度均匀性变差,适当增加正交偏振板单元数可以在一定程度上减弱这种影响。