电枢膛内高速运动控制仿真与试验

电磁轨道发射的过程中,电枢在膛内高速运动时会受到电磁力、电枢初始正压力、摩擦力、空气阻力、烧蚀阻力等多种因素影响,电枢的出口速度呈现出在一定范围内波动的特征。为了提高电枢的出口速度精度,针对膛内电枢与轨道摩擦不均衡性和烧蚀程度不确定的特性,综合考虑脉冲成形网络的电路模型与电枢的动力学特征,建立了电枢在膛内的运动开环控制仿真模型。通过仿真,得出了脉冲电源模块触发时刻与电枢出口速度之间的关系,提出了电枢出口速度闭环控制模型,探究了电枢出口速度控制可行方案。结果表明：应用闭环控制算法,可实现对电枢出口速度的精确控制。     

NO分子宏观气体热力学性质的理论研究

采用量子统计系综理论,研究了基态NO分子宏观气体摩尔熵、摩尔内能、摩尔热容等热力学性质.首先应用课题组前期建立的变分代数法(variational algebraic method, VAM)计算获得了基态NO分子的完全振动能级,得到的VAM振动能级作为振动部分,结合欧拉-麦克劳林渐进展开公式的转动贡献,应用于经典的热力学与统计物理公式中,从而计算得到了1000-5000 K温度范围内NO宏观气体的摩尔内能、摩尔熵和摩尔热容.将不同方法计算得到的摩尔热容结果分别与实验值进行比较,结果表明基于VAM完全振动能级获得的结果优于其他方法获得的理论结果.振动部分采用谐振子模型对无限能级求和计算热力学性质的方法有一定的局限性,应当使用有限的完全振动能级进行统计求和.     

碳纳米管的可控长度拾取及导电性分析

拾取指定长度的半导体性碳纳米管对大规模制造碳纳米管场效应管具有重要意义.本文提出了一种利用原子力显微镜探针和钨针对碳纳米管进行可控长度拾取的方法并进行了碳纳米管导电性分析.在扫描电子显微镜下搭建微纳操作系统,针对切割操作过程中原子力显微镜探针、钨针和碳纳米管的接触情况进行了力学建模和拾取长度误差分析.建立了单根金属性碳纳米管、单根半导体性碳纳米管及碳纳米管束与钨针接触的电路模型,推导了接入不同性质碳纳米管后电路的电流电压特性方程.使用原子力显微镜探针对碳纳米管的空间位姿进行调整,控制钨针对碳纳米管上目标位置进行通电切割,同时获取切割电路中的电流电压数据.实验结果表明,本文提出的方法能够有效控制所拾取碳纳米管的长度,增加碳纳米管与原子力显微镜探针的水平接触长度能够减小碳纳米管形变导致的拾取长度误差,建立的电流电压特性方程能够用于分析碳纳米管的导电性.     

流固耦合声子晶体管路冲击振动特性研究

流固耦合管路系统广泛应用于各种装备中,通常用来传递物质和能量或者动量.由于流固耦合效应,管壁在流体作用下易产生强烈的振动与噪声,对装备安全性、隐蔽性产生严重影响,甚至造成严重破坏.流固耦合管路振动抑制需求迫切,意义重大.声子晶体可以利用其带隙特性抑制特定频率范围内弹性波的传播,在减振降噪领域具有广泛的应用前景.本文基于声子晶体理论,研究了流固耦合条件下的布拉格声子晶体管路冲击振动传递特性.将传递矩阵法和有限元法相结合,计算了能带结构与带隙特性,重点考虑了流固耦合效应下,不同冲击激励条件下声子晶体管路振动特性,分析了流固耦合对声子晶体管路振动传递特性的影响.研究结果为流固耦合条件下管路系统的振动控制提供了技术参考.     

等离子体激励器的静特性与高速特性仿真研究

将实验测得的电弧放电能量分布规律拟合为理想热源,采用数值仿真方法对一种高频等离子体射流激励器进行参数化研究,探索了激励器出口角度对激励器静特性的影响,并获得了在超声速来流(Ma0=2.0)情况下射流激励器的高速特性。结果显示:当射流出口流通面积相同时射流出口角度越小,激励器沿流向的动量注入能力越强,并且这一规律在高速射流条件的情况下仍然适用。相比静止条件,在超声速来流条件下,射流的动量注入能力更强,影响域更大。     

宽体液腔Janus-Helmholtz换能器

该文使用有限元方法对宽体液腔Janus-Helmholtz(JH)换能器进行了仿真分析,得出了壳体宽度拓展增量对JH换能器工作性能的影响规律。使用三维建模的方式,分析了连接部分对换能器性能的影响及宽体壳体的模态,证明了三维建模的必要性。依据仿真优化结构设计了一款宽体液腔JH换能器并进行了湖上测试。最终测试结果与仿真结果有很好的一致性,相较直筒JH换能器其谐振频率降低300 Hz,发射电压响应最高可达144 dB。     

微织构超声振动铣削系统的研究

为了在金属切削过程中在7075铝合金表面形成稳定的微织构以提高其服役性能,提出一种微织构超声铣削加工工艺。为此,该文首先基于运动合成原理获得了刀尖的运动轨迹特征和工件表面的织构形貌特征。然后,基于等效电路原理和传输矩阵法建立了超声铣削系统的频率方程,并应用牛顿迭代法获得了准确的数值解,通过有限元软件对建立的超声振动系统分别进行模态分析和谐响应分析,获得了具有微织构特征的纵扭复合超声铣削系统。最后,对加工制造出的微织构纵扭复合超声铣削系统进行振动测试、切削力测试和加工测试,结果表明:工件表面形成的"鱼鳞网纹"微观织构能够改变其润湿性能。     

线性对置式压缩机非线性振动特性理论研究

在空间遥感探测任务中,斯特林和脉冲管制冷机广泛应用于红外探测器和低温镜头的制冷。压缩机是制冷机的主要运动部件,是影响星上振动敏感设备的重要振动源之一。为了研究压缩机的振动特性,采用两自由度系统对线性对称布置的压缩机进行了建模,其中考虑了压缩腔的气体弹簧力以及间隙气流阻力的非线性特性。然后采用龙格-库塔数值方法对非线性动力学方程进行了求解。此外,还分析了由两个对置活塞质量、阻尼、刚度不对称引起的振动力。发现压缩机输出的振动力是以驱动频率为基频的一系列谐波,随着质量、阻尼、刚度不对称程度的增加,振动力的各次谐波幅值均随着增大。     

基于PLC 的中央空调制冷系统变频控制研究

针对现有中央空调系统能源消耗严重的现状,基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)对中央空调系统进行变流量节能改造。分析改造后中央空调系统的结构组成和变频运行原理,并提出适用于冷冻水泵和冷却水泵的分段速温差控制和PID温差控制设计方案。控制硬件选用三菱FX3U系列PLC和台达VFD-EL变频器,软件选用GX Work2编程软件及力控组态软件。将控制方案进行实验验证,实验结果表明,所设计的两种控制策略不仅跟随系统末端负荷变化快速达到稳定运行状态,提高运行能效比,而且节能效果显著,节能率分别为40.2%和48.7%。     

粉末晶体(ZrO2)x(Bi2O3)1-x(x=1.0, 0.97) 晶体结构分析

为了确定ZrO2和(ZrO2)0.97(Bi2O3)0.03的晶体结构和原子热振动各向同性温度因子B,对该粉末晶体进行X射线衍射实验,建立了晶体结构模型,进行晶体结构分析。首先,采用共沉淀法和高温固相烧结法制备了纳米氧化锆ZrO2和(ZrO2)0.97(Bi2O3)0.03粉末晶体,接着,使用X射线测试仪对两种样品进行了衍射实验（XRD）,利用Rietveld 精修方法的 RIETAN-2000程序对所得实验结果进行了晶体结构分析,获得了晶体结构参量和原子热振动各向同性温度因子B。通过Maximum Entropy Method（MEM）解析得到了粉末晶体(ZrO2)x(Bi2O3)1-x(x=1.0,0.97)的等高电子密度分布可视化图谱。结果表明,(ZrO2)0.97(Bi2O3)0.03的晶胞体积比ZrO2的晶胞体积大分别为140.6850 Å3和140.5637Å3;ZrO2晶体的原子热振动各向同性温度因子B(Zr)、BO(1)、BO(2)和 B（Bi）分别为0.690、0.269、 0.178 和 0 Å2,(ZrO2)0.97(Bi2O3)0.03晶体的分别为0.460 、0.583 、0.121 和0.581 Å2。 确定了(ZrO2)0.97(Bi2O3)0.03的晶体结构属于单斜晶系,实现了等高电子密度分布三维（3D）和二维（2D）的可视化,进一步确定了晶体结构和原子位置。