空间进动目标动态散射特性的实验研究

研制了进动目标模型,构建了紧凑场微波暗室动态测量系统,通过暗室实验的方法研究了空间进动目标的动态散射特性,给出了若干典型条件下的全极化宽带测量结果。通过实验可以观察到目标进动引起的多普勒频移,证明了微波雷达对进动目标微多普勒的可观测性,同时观察到弹头常见结构引起的非理想点散射现象。实验结果的分析表明,该实验系统能够有效地揭示进动目标的目标特性和回波调制特性,从而为弹道中段目标的动态电磁散射特性、目标结构反演、运动参数提取和逆合成孔径雷达(ISAR)成像的研究奠定了基础,对于弹道中段目标识别的研究具有重要的意义。     

利用一维像序列时域差分估计目标进动频率

针对弹道目标识别中目标运动特征参数估计问题,提出一种一维距离像（HRRP）序列时域差分目标进动频率估计方法,该方法首先对一维距离像进行归一化处理,利用峰值法对齐相邻一维距离像,然后计算相邻一维距离像之间的差分值,获得相邻一维距离像差分值序列,最后采用快速傅里叶变换（FFT）从该差分值序列中估计目标进动频率。该方法具有以下优点：利用相邻一维距离像差分值序列能够增强目标进动频率成份,降低其他频率成份,更有利于进动频率的估计;只需要对齐相邻2个一维距离像,而避免了对齐一维距离像序列所带来的问题。利用由FEKO软件计算的进动目标宽带一维距离像仿真数据进行了实验,结果表明所提方法比常规的加权累积法更有效,估计精度更高。     

弹道中段目标进动周期估计的改进自相关法

自相关法可用于估计弹道中段雷达目标的进动周期,它需要预先给出进动周期的上下限。进动周期下限可能远小于真实进动周期,此时自相关法的估计性能将严重下降。定义了自相关函数(ACF)的凸包,在此基础上提出了一种改进的自相关法。首先求出ACF和其凸包的差函数,然后搜索差函数的最大值,从而得到进动周期的估计值。理论分析和仿真结果表明:当进动周期下限和真实进动周期相差不大时,该方法的估计性能接近自相关法;当进动周期下限远小于真实进动周期时,该方法仍然具有良好的估计性能;由于进动周期的上下限之比通常大于2,因此该方法的计算量比自相关法增大的倍数小于1.4;同时它对先验信息的要求非常宽松。因此该方法具有广泛的适用性。     

高动态金属壳谐振陀螺进动特性分析

高动态金属壳谐振陀螺的进动特性,是敏感结构实现角速率信息有效提取的关键。针对金属壳谐振陀螺的进动特性进行研究,首先分析了金属壳谐振陀螺的总体研究思路,明确其工作原理;建立敏感结构的动力学方程和进动因子表达式;利用数值分析方法,对进动因子进行分析,得出金属壳谐振陀螺进动因子经验公式;最后对其进动特性进行综合分析。     

基于混合体制雷达网的弹道目标微特征及外形参数提取

针对弹道中段目标微特征难以识别与分辨的问题,提出了一种基于低分辨雷达和高分辨雷达相结合的混合体制雷达网的有翼弹道目标微特征及外形参数提取方法。依据非线性信号参量可分离模型,利用非线性最小二乘估计方法解算出有翼弹道目标群各散射中心的幅相参数,结合不同雷达提取的微特征的关联性,利用散射中心关联处理实现了各类散射中心的分离。在此基础上,利用弹道目标的微特征,结合弹道目标各散射中心的相对位置关系,重构出各目标的三维微特征及各散射中心的三维位置矢量,进而估计出目标的进动特征和结构参数。仿真结果表明:当信噪比(SNR)为5 dB时,该方法的重构精度保持在92%左右。     

质量偏心旋转机械碰摩故障特征及全息谱分析

本文针对仅考虑质量偏心的Ｊｅｆｃｏｔ转子碰摩的动力学方程,用二维全息谱理论研究了各阶谐波特性,得出碰摩的重要特征;分析了摩擦系数、转速对进动规律的影响,发现在摩擦系数较小时不平衡力引起的规则正进动起决定作用,较大时一定转速下将出现拟周期运动及失稳。     

Lense-Thirring Precession in the Astrophysical Context

This paper surveys some of the astrophysical environments in which the effects of Lense-Thirring precession and, more generally, frame dragging are expected to be important. We concentrate on phenomena that can probe in situ the very strong gravitational field and single out Lense-Thirring precession in the close vicinity of accreting neutron stars and black holes: these are the fast quasi periodic oscillations in the X-ray flux of accreting compact objects. We emphasise that the expected magnitude of Lense-Thirring/frame dragging effects in the regions where these signals originate are large and thus their detection does not pose a challenge; rather it is the interpretation of these phenomena that needs to be corroborated through deeper studies. Relativistic precession in the spin axis of radio pulsars hosted in binary systems hosting another neutron star has also been measured. The remarkable properties of the double pulsar PSR J0737–3039 has opened a new perspective for testing the predictions of general relativity also in relation to the precession of spinning bodies.     

弹道中段目标质心位置估计

 质心在目标上的位置是弹道中段目标的重要进动特征,也是目标的质量分布特征,可用于识别弹头和诱饵.针对旋转对称目标,提出了基于窄带雷达回波相位特性的质心位置估计方法.首先,选取目标对称轴上的任意点作为质心位置参考点,定义相应的质心位置参数,并构造以该点为相位参考中心的全姿态散射系数模板;然后,对窄带雷达回波采样序列进行相位匹配变换,搜索匹配函数的最大值,从而得到质心位置参数的估计值.仿真结果表明了该方法的有效性.     

重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动

建立了自旋稳定卫星姿态摄动的数值分析方法及模型,对重力梯度力矩作用下自旋卫星自旋轴相对于地心惯性系进动和章动以及赤经和赤纬的变化进行了仿真分析。对重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动的演化规律进行了研究。指出在重力梯度力矩的作用下：自旋轴指向绕轨道面法线进动;章动角速度远小于进动角速度;轨道角速度越大,星体相对于地心惯性系的进动角速度和章动角速度越大,赤经和赤纬的变化率越大;自旋角速度越大,星体相对于地心惯性系的进动角速度和章动角速度越小,赤经和赤纬的变化率越小。     

磁悬浮高速转子系统双频Bode图稳定性分析方法研究

 对于具有强陀螺效应的磁悬浮高速转子系统，转子进动和章动的稳定性是决定系统稳定性的首要因素。为了实现直观鲁棒的进动和章动稳定性设计，针对对称磁悬浮转子系统提出一种基于双频Bode图的进动与章动稳定性分析方法，通过复数变换将实系数双变量转子动力学模型等效为复系数单变量形式，绘制等效开环传递函数的负频和正频Bode图，采用推广的经典频率域稳定性判据进行稳定性判定和稳定裕度分析，为稳定性设计提供了重要基础。实验结果验证了该方法的有效性。     

计及横向剪切效应的环形谐振子理论研究CSCD

经典环形谐振子理论是一种基于忽略横向剪切变形假设建立的环理论,因而无法准确求解高径比较大的环问题。为了克服上述不足,基于Timoshenko理论和哈密顿原理,建立考虑横向剪切效应的环形谐振子新理论,包括广义本构关系、平衡方程和周期性条件等。利用经典的布勃诺夫-伽辽金法,并结合有限元法,获得谐振子在缓慢、匀速转动过程中二阶弯曲角频率和进动系数的理论解。研究表明,横向剪切变形会在一定程度上影响环形结构二阶弯曲角频率和进动系数的计算结果;环形谐振子的进动系数不是恒定的,它会随着高径比h/r的增大而缓慢地减小。     

基于等倾角进动的自旋卫星姿态控制方法

姿态控制是自旋稳定卫星控制的基本任务之一,其控制方法有多种,本文主要针对等倾角法进行研究。首先介绍等倾角法姿态控制的基本原理,然后详细地给出姿态控制前需确定的理论执行角、实际执行次数和时延等控制量的具体计算方法,最后进行了姿态机动仿真控制。仿真结果表明,控制量的计算结果准确,控制过程的预测结果与实际控制过程一致。此方法已在多颗自旋卫星发射中得到应用和验证。     

分层旋流燃烧器冷态流场的大涡模拟

针对旋流数为0.25,0.45和0.79三种工况下带有中心钝体的分层旋流燃烧器的冷态流场进行了大涡模拟(LES),选取动态Smagorinsky涡黏模型作为亚格子尺度的湍流模型,研究旋流强度对钝体回流区、涡旋破碎和进动特征的影响.模拟结果与实验结果符合得较好.模拟结果表明:3个旋流数下钝体回流区的大小没有明显改变,轴向长度都约为20mm.Q准则用来显示涡旋结构,结果表明螺旋涡产生于旋流剪切层的Kelvin-Helmholtz不稳定性;增大旋流强度,涡旋破碎发生的位置向上游移动.功率谱密度(PSD)表明流场出现进动特征,进动运动沿流向逐渐衰减;旋流数为0.45和0.79时,钝体回流区末端出现进动特征;3个旋流数下,进动频率都约为78Hz.     

进动效应对涡轮螺旋桨飞机的影响

从转动力学的角度 ,分析了在大型涡轮螺旋桨飞机中 ,螺旋桨和发动机转子进动效应对飞机飞行品质和操纵品质的影响。阐述了螺旋桨和发动机转子转动惯量的计算方法 ,由进动产生的附加力矩或角速度的计算方法。     

核磁共振陀螺仪中共振磁场强度优化研究

核磁共振陀螺中,共振磁场的幅值直接影响原子核自旋磁矩进动信号的强度,进而影响陀螺信号的信噪比。基于核磁共振陀螺Bloch方程,从理论和实验两方面研究了共振磁场幅值对宏观原子核自旋磁矩的影响。结果表明,随着共振磁场幅值的增加,宏观核自旋磁矩进动信号的强度先增大后减小,进动信号的强度与共振磁场的幅值呈色散关系。共振磁场幅度值存在最优值,且最优值的取值与惰性气体原子的旋磁比、纵向弛豫时间和横向弛豫时间有关。     

基于两相流模型的挤压油膜阻尼器空化流场特性数值模拟

基于气液两相流理论中的Mixture模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格技术建立了两端开口中心槽供油型挤压油膜阻尼器三维非定常空化流场求解模型。数值模拟表明:随着阻尼器内环进动,考虑两相流动的油膜低压区在中心槽的两侧产生两道对称的条状负压带,条状带内具有较高的气相体积分数;阻尼器低压区的压力和气相体积分数对进油孔位置十分敏感,阻尼器油膜力和流场气穴比的变化频率与进油孔数密切相关。内环同心进动半径、进动频率对阻尼器空化流场影响的数值计算表明,进动半径和频率的增大均会使得流场内的空化现象加剧,同时气穴比的相位滞后现象愈加显著。      

有缺陷圆柱壳振型进动的研究

谐振陀螺是一种不存在高速转子和活动支承的新型陀螺仪。其敏感部件是一个轴对称壳谐振子,圆柱壳便是其中一种。本文建立了圆柱壳在旋转情况下的动力学方程。研究了有缺陷的圆柱壳谐振子振型的进动情况;分析了其环向振型进动因子的相对扰动和绝对扰动;给出了圆柱壳谐振子环向缺陷对其振型进动特性的影响规律及实际加工,选择谐振子的准则。这些对于设计谐振陀螺有指导意义。     

半球陀螺谐振子环向振型进动特性研究

基于半球谐振子的实际加工结构特征,为降低维持半球谐振陀螺振动所需的能量损耗,建立半球谐振陀螺能量型谐振子数学模型,并研究半球谐振子绕中心轴旋转时环向振型的变化规律;通过分析半球谐振子顶端角、底端角和壁厚的非理想性对进动因子的影响,确定半球壳体旋转时应选取的最佳振型与进动因子。采用ANSYS软件构建一系列模型,验证有关理论研究结果。通过计算仿真分析可知,半球谐振子进动因子对顶端角变化的敏感性远大于对底端角变化的敏感性,且顶端角变化引起的角速度误差远大于相同底端角变化引起的角速度误差,为半球谐振陀螺的谐振子加工研制提供了理论依据。     

Application of the Abel equation to describe the precession motion of a gyrostabilized platform

The angular velocity of the gyrostabilized platform (GSP) precession motion is described using the second-kind Abel equation. It is shown that this method offers the advantage over the existing approaches that consists in the use of a minimal number of assumptions in constructing the GSP drift model. The results of the numerical simulation are presented.     

钝体绕流有旋流中回流区与进动涡核的大涡模拟

针对旋流数为0.57、0.68、0.91和1.59四种工况下的悉尼旋流燃烧器的冷态流场进行了大涡模拟,选取动态Smagorinsky涡黏模型作为亚格子尺度的湍流模型,研究不同旋流数下的流场结构、进动频率和进动涡核。模拟结果表明,旋流数为0.68时,钝体回流区长度最短。随着旋流数的增加,中心射流出口的旋流剪切层不断衰减,而下游的旋流剪切层不断增强。功率谱分析表明,进动现象的出现和消失对应于与旋流剪切层的增强和衰减;中心射流与下游区域具有不同的进动频率,表明流场中存在着两个独立的大尺度涡旋结构。不同取值位置的周向速度相关性分析进一步佐证了两个涡旋结构的存在。轴向位置70 mm处的横截面上瞬时流线和压强分布证实了下游流场存在着进动涡核。瞬时压强等值面显示了中心射流出口和下游流场进动涡核的三维螺旋形结构。下游流场的进动涡核均与平均速度场流线在空间上成正交关系,表明进动涡核是由剪切层Kelvin-Helmholtz不稳定性产生。