熔融石英半球谐振子亚表面缺陷的湿法刻蚀工艺

为了提高半球谐振子的品质因数,提出采用湿法刻蚀的方法去除半球谐振子亚表面的微缺陷。通过研究熔融石英材料的湿法刻蚀机理,在专用半球谐振子湿法刻蚀设备上能够稳定实现半球谐振子亚微米刻蚀精度,半球谐振子经过湿法刻蚀后表面粗糙度优于100nm,半球谐振子Q值能够提高至2000万以上,半球谐振子频差变化小于0.03Hz。     

高精度石英半球裸振子微应力制造

半球谐振子是半球谐振陀螺的核心元件,其质量直接决定了陀螺的性能精度,以高纯石英材料制成的半球谐振子已得到业界的广泛认可,但加工难度较高。半球裸振子是半球谐振子的未完全加工态,其加工表面残余应力的大小决定了谐振Q值、频差Δf等参数,进而影响谐振性能。文章就石英半球裸振子的微应力制造技术方法和技术特点进行了分析和讨论,以及采用飞秒激光加工设备实现石英半球裸振子微应力制造,飞秒激光加工具有速度快、热变形小、非接触、微应力等优势,用于半球谐振子加工能够明显改善加工效率、成本和表面应力状态,采用飞秒激光加工为高精度石英半球裸振子的加工提供新实现途径。     

热铁盘法高速抛光CVD金刚石

利用高速热铁盘抛光设备对化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposition)金刚石进行抛光,分别进行温度、转速、压力以及抛光时间的实验.采用光学天平对抛光前后金刚石称重对比,采用工具显微镜和原子力显微镜对抛光后表面进行研究.结果表明:较高的抛光速度对提高表面质量以及抛光效率均比较有利.在抛光温度850 ℃,速度164 mm/s,压力24.892 N的条件下,抛光120 min后,金刚石表面的粗糙度由原来的R_a=9.67 μm下降到R_a=0.016 μm.原子力显微镜显示,抛光表面存在少数高度在60~70 nm之间的突峰,其高度是普通峰高的2~3倍,且峰的形状呈现出一定的方向性.这种表面微观规律与抛光时采用的直压式运动方式有关.      

石英玻璃的机械振动能量损耗特性

为研究石英玻璃的机械振动能量损耗特性，以石英半球谐振子为实验对象，考察了铣磨、抛光、刻蚀和退火对石英玻璃机械振动能量损耗大小的影响，并分析其作用机理。研究结果表明：对于机械加工成型的石英玻璃，表面损耗占主导作用，亚表面损伤是造成表面损耗的主要原因；退火可以消除机械应力，降低石英玻璃的“假想温度”，改善石英玻璃的结构稳定性，减小本征损耗。     

半球谐振子疲劳寿命分析与仿真

半球谐振子的寿命和损伤是直接影响高精度半球谐振陀螺使用时长和安全性的重要因素。目前国内加工的半球谐振子所用的熔融石英玻璃材料主要依靠进口,采用传统的疲劳寿命实验确定方法成本过于昂贵,因此需要利用疲劳分析软件对半球谐振子的疲劳寿命进行分析。文章通过半球谐振陀螺应力分析,采用ANSYS软件对熔融石英半球谐振子进行应力分析仿真,确定因残余应力所引起的疲劳危险部位,并在疲劳部位进行裂纹扩展分析,得到 、 和 型应力强度因子,以使在半球谐振子结构设计和使用过程中对易疲劳的部位进行有效监控和预防。     

石英玻璃的等离子体抛光技术研究现状

具有耐腐蚀、热膨胀系数低等诸多优良物理化学特性的石英玻璃在高性能光学系统中被广泛使用。要求元件达到纳米级别的表面粗糙度,而且没有损伤层和残余应力,因此精加工之后的超精密抛光工序尤为重要。本文介绍了气囊、磁流变、弹性发射、离子束等几种石英玻璃的精密抛光方法,侧重阐述了国内外等离子体的抛光技术,包括等离子体辅助化学刻蚀、等离子体喷射加工、等离子化学蒸发加工研究进展及取得的成果;且对等离子体的未来发展进行概述。     

基于电子束蒸发沉积的曲面纳米薄膜均匀性研究

半球谐振子金属化是半球谐振陀螺研制过程中的重要环节，针对半球表面薄膜制备均匀性难以实现的问题，提出了一种将薄膜沉积实验和光学模拟相结合的方法。本文采用电子束蒸发技术在半球上沉积Au薄膜，利用台阶仪测量球面上不同位点的薄膜厚度，将平面上的膜厚等效为半球曲面上的膜厚，研究球面薄膜的均匀性，得出了在半球内外表面上薄膜的膜厚分布；同时对薄膜沉积均匀性进行光学模拟，将半球探测器上辐照度等效为实验中沉积所得到的薄膜厚度，计算得出的半球探测器上辐照度分布与实验测量结果一致性较好，可为半球谐振子纳米薄膜的均匀性制备提供理论基础。     

基于幅频响应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法

半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角是影响陀螺性能指标的核心因素。提出了一种基于幅频响应特性的半球谐振子频率裂解与固有刚度轴方位角测定方法，采用压电激振台扫频激振，多普勒激光测振仪检测谐振子的幅频响应特性，通过幅频响应特性曲线分析实现频率裂解与固有刚度轴方位角的测定。对该方法进行了理论分析，搭建了实验装置，并对半球谐振子进行了测试，结果表明：该方法频率裂解测量精度优于0.01Hz，固有频率主轴方位角确定精度优于±1.17°，具有良好的可行性，在半球谐振陀螺研制方面具有良好的参考意义。     

基于单目偏折术的半球谐振子面域振型测量

针对半球谐振子振型的高精度面域测量难题,提出一种基于单目偏折测量术的测量方法。将半球谐振子振型测量转换为法向摆动角度测量,并基于逆向光线追迹对振型测量系统进行设计。在图像中提取振动拉长模糊斑的基础上,基于图像解卷积计算斑点摆动轨迹,将其转换为法向分别在经纬方向上的摆动角度,进而拟合得到半球谐振子振型的相关参数。实验结果表明,该方法可实现半球谐振子振型的高精度拟合,对振幅和法向摆角的测量分辨率分别可达10 nm与10μrad。与传统振动测量方法相比,其结构简单灵活、抗干扰能力强,有广阔的应用前景。     

远场激光散射法测量高精度表面粗糙度研究

文本介绍一种通过对远场散射光的统计分析来测量高精度平面及球面粗糙度的新方法。采用一维CCD器件来探测散射光分布。实验结果表明,所选用的远场散射光分布特征参数与标准粗糙度Ra之间存在很好看相关系。     

低磁场量子化霍尔电阻样品发展综述

基于量子化霍尔效应建立电阻标准是当今前沿计量技术,是国际上定义电阻单位的最高标准,其核心部件是量子化霍尔电阻样品,传统砷化镓样品通常需要工作在10 T以上的强磁场环境中,磁体研制难度大,成本高,不易推广应用。随着量子电阻标准小型化、低成本化和国产化的发展,研制低磁场量子化霍尔电阻样品是发展趋势。介绍了砷化镓、石墨烯和铁磁拓扑材料三种低磁场量子电阻样品的原理,总结了研究现状和存在的问题,从磁场、温度、测量不确定度和技术成熟度等方面分析了三种方法的优势及不足,旨在为我国发展低磁场量子电阻标准提供理论基础。     

Surface shape control of integrated paraboloid space reflector consisting of sub-reflectors exploiting modulated solar pressure

Reflectors are very critical space elements and can be used not only as solar collectors/reflectors, telecommunication radio antennas and telescopes but also for dual-usage such as solar sails and solar concentrators to probe and sublimate materials from asteroids when actively controlling the surface shape. In this paper, the surface shape of a slack reflector with negligible elastic deformations will be controlled to be a paraboloid by actively modulating the solar radiation pressure (SRP) force using reflectivity control devices (RCDs) across the reflector. Nonlinear static equilibrium equations for an arbitrary infinitesimal within the reflector along the radial, circumferential and transverse directions are established considering the external modulated SRP force and internal tensions respectively. The coupled radial stress differential governing equation and reflectivity algebraic equation are obtained for the paraboloid reflector by the help of the formulation of an inverse problem based on equilibrium equations previously established. Some analytical and numerical analysis for reflectors with ideal and non-perfect SRP force models are performed respectively. The conclusions concerning about how to control the reflector’s surface shape successfully using allowed reflectivity, resulting in reasonable stress range, moreover, how to get the feasible solutions influenced by the reflector’s size parameters, are all based on the presented analytical and numerical analysis.     

表面粗糙度特征的双谱分析

提出了基于双谱分析的表面粗糙度特征分析方法。通过理论计算 ,对几种典型的机械加工表面轮廓试件的实验研究 ,认为双谱具有抑制高斯噪声和保留相位信息的能力 ,可以反映表面轮廓的偏斜度 ,特别是偏离高斯型的表面轮廓。对于符合高斯分布的轮廓其双谱近似于零 ,不符合高斯分布的轮廓其双谱不为零。     

主动雷达导引头多路径效应的数字仿真

对于平整和起伏的地面或海面,分别给出了一种基于多反射点复杂目标的多路径回波的时域复包络波形数字仿真模型.采用随机分形插值算法利用地形实测数据对复杂的起伏地面和海面进行三维地形建模.对不同粗糙度地面上的低空目标的多路径回波进行了仿真计算,并使用主动雷达导引头数字仿真模型进行了多路径干扰环境下对低空目标的跟踪实验.仿真实验表明,多路径效应对雷达跟踪低空目标会产生较大的误差.     

战斗机武器外挂投放与内埋投放比较

为了研究弹体外挂投放与内埋投放的区别,利用基于Menter SST湍流模式的改进延迟分离涡模拟(IDDES)方法以及重叠网格技术,分别对亚声速和超声速来流条件下,同一弹体外挂投放和内埋投放进行了数值模拟,得到了亚声速和超声速条件下外挂投放与内埋投放弹体的下落规律。通过对比分析表明:亚声速和超声速来流条件下,内埋投放由于受舱体内强非定常流场以及舱体唇口剪切层的影响,弹体受很大的抬头力矩,弹体姿态角变化较大,投放特性劣于外挂投放。进一步研究表明:在弹射时给弹体一定的低头角速度,使弹体以低头姿态穿越剪切层,则可以大幅度降低剪切层带来的不利影响,提高内埋投放弹体分离品质。     

高压高剪切率下密封环缝隙流体动态润滑特性

为减少高压高剪切率下热效应对密封环缝隙流体润滑性能的影响,以密封环缝隙流体剪切速度梯度、壁面剪切应力和油膜温升表征摩擦副润滑性能,采用RNG k-ε湍流模型,通过Workbench建立流-固-热多场模型,计算得到不同主轴转角下缝隙流动形态变化规律和温升前后油膜厚度变化量、不同L型槽内外径比及长径比下流速流型分布规律、壁面剪切应力、温度分布和热变形量。研究结果表明:密封环L型槽黏性底层随剪切速度增大而增厚,油膜厚度随运动周期增加而变薄;当L型槽内外径比小于1.07时,随比值减小密封环壁面剪切应力不断增大,最大变化率为7%;密封环L型槽长径比在0.19时平均壁面剪切应力达到最大,当长径比继续增大时,油膜区剪切速度梯度逐渐减小,油膜温升和热变形亦随之减小。研究结果可为马达优化以减少能量损失和改善密封环润滑条件提供理论指导和依据。      

基于目标特性的航天器太阳光压面积计算方法

太阳光压是影响深空探测航天器轨道确定与预报精度最主要的摄动力.针对实际任务需求，采用了一种基于目标特性的光压面积建模与计算方法，根据航天器形状、尺寸、表面材料以及材料光学特性等信息，实现了分析型光压模型的建立与求解，提高了计算效率和精度，可快速计算目标在光照方向上的光压面积、投影面积以及光压比例因子等参数.通过长方体光压面积理论值与仿真值的对比，验证了该方法的准确性和有效性.针对复杂结构探测器开展了光压面积计算，可为深空探测航天器精密定轨中的光压模型解算、定轨及预报提供参考.      

表面结构的MOTIF参数表征

工程表面结构的粗糙度和波纹度之间一直没有明确的界限,而它们的产生原因及对零件表面性能的影响却是不同的.最近被国际标准所采纳的莫逖夫法(MOTIF)则提供了一种可供选择的分离未滤波轮廓的粗糙度和波度的新方法.对MOTIF法的基本概念、参数和表征方式作了初步的研究,并对几种传统的精加工方式加工的样块表面特征进行了描述.