中国科学家揭示太空三维磁重联的几何结构

2007年6月24日，国际权威科学刊物Nature Physics网络版提前发表了中国科学院国家天文台肖池阶副研究员等合作完成的三维磁重联完整几何结构的卫星观测研究成果，并称这一工作朝着（太空）天体等离子体中的三维磁重联的完整图像更前进了一步。欧洲航天局的官方网站把这一成果作为头条新闻发布，称这是由中国科学家领导的国际团队得到的一个先驱性发现，是继2006年首次发现自然界中存在磁场零点后的又一重要发现。     

三维几何表示法

阐述了三维表示法的基本概念,对边界表示法、扫掠法、结构实体几何法、单元分解法、空间位置枚举法、八叉树表示法、小平面表示法、基本体例表示法、参数表达法进行了详细描述,分析了各种表示法的优劣和应用场合,最后总结了三维几何表示法的发展趋势。     

磁力矩器结构尺寸对其关键部位应力影响

在传统的磁力矩器设计过程中,仅对其支架位置进行了简化设计,未进行严格的解析及数值模拟计算,且未考虑磁力矩器支架的几何参数对其应力水平的影响。针对此问题,文章分别从解析计算和有限元数值模拟两个方面着手,研究了磁力矩器的支架位置以及支架几何参数对其应力水平的影响,给出了磁力矩器的应力水平关于不同几何参数的变化趋势。在这些几何参数中,螺栓直径对于改善应力分布的作用最为明显,因此当应力不满足要求时可以通过增大螺栓直径快速地降低整个磁力矩器的应力水平。     

美国国防转型对军事航天技术的需求分析

一、美国航天力量结构与美军转型关键作战目标的关系分析1.美国航天力量结构在2003年10月公布的《2006财年及其之后的战略总体计划(SM P)》中,美国空军航天司令部提出了美国航天力量结构的4个任务领域,即太空力量增强、太空对抗、太空力量应用和太空支持。太空力量增强是指利用     

空间等离子体磁场重联过程地面实验装置及实验研究概述

磁场重联是空间等离子体环境中的重要物理过程。对磁场重联进行深入研究,于空间灾害预报以及各种空间探测活动而言都有重要意义。文章首先回顾磁场重联研究史中的几个重要模型;然后介绍国际上进行磁场重联地面实验的主要等离子体装置及有关实验研究;最后介绍国内磁场重联实验研究的现状,重点介绍中国科学技术大学的KLMP装置和最新实验结果,以及在建中的KRX等离子体装置。地面实验作为磁场重联的重要研究手段,还需要拓展装置尺寸及对不同条件下重联特征的研究。     

空间等离子体环境中的高能带电粒子加速机制

空间环境中充满能量从几十keV到几MeV的高能带电粒子,这些粒子可导致在轨航天器表面和内部带电甚至单粒子效应,从而引发航天器故障。高能粒子的产生和日地空间环境中的爆发现象如耀斑、磁层亚暴等密切相关。文章综述了与这些爆发现象相关的磁重联、激波和等离子体波动等加速带电粒子的物理过程。     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

支架结构随机振动响应优化研究

文章建立了随机载荷作用下结构多点响应优化的数学模型,应用ANSYS程序的APDL语言实现了结构随机振动响应优化方法的程序化。设计了一个三维支架结构,以其为算例进行了基于几何设计变量的随机振动响应优化设计,取得了满意的结果。     

非柔性结构太空梯的构想

文章简略介绍太空梯的概念,概述了目前世界上太空梯系统的状况和研制遇到的普遍困难.由于现有的纳米技术和材料以及加工水平还不能满足缆绳式太空梯的要求,因此文章提出建造一种非柔性结构的太空梯的构想,这样的太空梯虽然运行效率不及缆绳式太空梯,但所要求的材料相对容易得到.     

固体火箭发动机质心测量技术研究

介绍了一种发动机质心测量方法，它是一种建立在两传感器测质心轴向位置，小量程单传感器测质心径向位置的基础之上，通过添加磁尺建立几何测量系统，测量发动机质心的方法；阐述了这种测量方法的原理、设备结构和计算公式，并对测量误差进行了估算与分析。     

大型空间结构热弹性非线性有限元分析

由薄壁管组成的大型空间结构在外层空间受到太阳等星体的辐射加热，其热变形是值得关注的。为了准确地预测这种变形，首先推导了一种梁的热弹性几何非线性增量有限元格式，用以分析该类结构的热-力学响应，然后考虑到空间结构热流输入与变形耦合的特性，提出了一种热-力学耦合分析的有限元方法。对哈勃太空望远镜太阳能帆板热变形的实例计算表明，数值解与理论解符合较好。数值算例表明，结构内部热变形的不一致程度越大，考虑几何非线性对于热变形计算结果的影响越大；热流入射方向角和热变形大小是影响耦合效应的主要因素。     

弹丸高速碰撞过程中靶面三维面形数据获取方法

文章利用二级轻气炮作为高速碰撞弹丸的加载设备,结合基于傅里叶变换轮廓术的结构光三维测量方案实现高速碰撞过程三维面形数据的获取。系统由柯拉照明条纹投影部分和记录形变相位调制信息的百万帧频光电相机组成,根据所标定的相位高度映射参数和高速采集图像的相位分析数据计算出不同时刻穿甲靶面的三维坐标值。实验结果表明,该方法可实现2.976 km/s高速碰撞实验靶面几何变形的三维数据测量,能够为航天器防护结构设计及爆轰穿甲特性分析提供真实三维几何尺寸数据。     

大型航天器与外热流模拟装置的数字化结构匹配方法

在航天器真空热试验中,常选用红外加热笼作为外热流模拟装置。为提高外热流模拟的准确性,红外加热笼需要对航天器进行全表面覆形。文章针对如何确认外热流模拟装置与航天器的结构匹配性这个难题,依托三维扫描技术,建立了一套数字化结构匹配方法,解决了多站测量拼接误差累积、三维扫描仪参数优化选择2个技术难点,使三维扫描和逆向建模过程引入的几何误差不超过10 mm。该数字化结构匹配方法的实际应用结果表明,外热流模拟装置与航天器的配装成功率达到100%,实际安装状态与仿真结果吻合度较好。     

未知空间目标纹理缺失表面三维重建算法

针对传统三维重建方法难以对纹理缺失表面进行完整重建的问题，提出一种基于深度学习与截断符号距离函数(TSDF)融合的未知目标三维表面完整重建算法。首先设计一种基于深度学习的图像逐像素深度估计框架，通过在训练过程中引入多个复杂结构模型，提高该深度估计框架的泛化能力；其次，利用TSDF对各帧图像所估计的深度信息进行融合，实现对纹理缺失区域的空间目标完整三维重建。根据仿真校验，对于300 mm尺寸的卫星模型图像，像素深度估计平均误差约为13 mm，通过TSDF融合后尺寸精度误差小于5.10%。实验结果表明该算法可以对未知空间目标光学图像进行逐像素深度估计，并获得目标完整的三维结构与纹理信息，有效解决无纹理区域的重建结构缺失问题。     

系列图象分析和三维目标参数提取技术

系列图象分析是很有前途的崭新学科。本文把分析技术分成光流分析法和几何分析法两大类。在论述两类分析技术的基础上,重点研究了如何检测流速、提取三维几何参数和运动参数以及如何恢复物体的结构,也涉及到三维目标识别问题。文内比较详细地研究了线性的算法,并且提供了已经实现过的某些实验方案和结果。还提出了新方案,即“通用系列图象分析和三维目标参数自动探测装置”。最后,对发展趋势作出了估计,认为系列图象分析技术正朝着理论的完备性和应用的现实性推进。     

三维六向变截面锥管状预制体结构建模及性能预测

减纱技术的运用可满足三维六向变截面锥管状预制体对几何尺寸和纤维体积百分含量等关键参数的设计指标要求。与不变纱线截面的预制体相比,减纱后的预制体中纱线的组成与纤维体积百分含量发生了变化,需从细观结构层面对其单胞中纱线的组成结构进行研究,建立基于减纱工艺的单胞分区域几何模型,以精确进行预制体的几何尺寸和纤维体积百分含量数值计算。研究结果表明,该理论模型能较精准地描述基于不同减细减纱工艺的三维六向变截面锥管状预制体的变化规律,为其结构设计、工艺优化和性能预测提供理论依据。     

三维六向锥管形预制件细观结构研究

研究了逐步全减细纤维束工艺,并利用该工艺实现了三维六向锥管形预制件的制备。通过分析纤维束的运动走向和位置分布,获得了锥管形预制件的6种单胞;根据不同单胞结构,将预制件分为5个区域,针对5个分区的不同单胞,逐一构建几何模型,从而得到各部分纤维束在单胞中的排列与分布规律,可视化地表征了逐步全减细纤维束预制件的内部细观结构。研究成果为预制件几何尺寸和纤维体积百分含量的计算奠定了基础,同时为三维六向锥管形预制件的研发提供了理论指导。     

静力试验空间变形分析方法

液体火箭发动机机架在静力试验中,通常在关键位置布置多个位移传感器来测量机架在静力试验过程中的位移值,对所测的位移数据进行分析以确定机架是否满足刚度设计要求。由于位移传感器较多,无法直观、快速查找到可能存在的异常测点,同时由于无法可视化使得分析机架整体变形存在一定的困难,因此提出了一种静力试验结构变形的三维可视化分析方法。该方法利用结构的几何位置及测点位移信息,通过空间坐标重构连续再现结构在加载过程中的三维变形过程,形成三维变形动画,并基于Matlab软件平台开发了空间变形分析软件,可直观分析结构整体变形、快速查找位移测量异常点,同时软件分析结果可保存为文档文件和视频文件。该方法对于直观分析机架的整体变形过程,快速判断测点位移数据是否异常具有重要的工程实用价值。     

一种外并联式TBCC变几何进气道的设计

对一种Ma=0～7的二元外并联式TBCC变几何进气道设计开展了研究,给出了进气道总体设计思路、气动型面设计过程、变几何调节规律以及流场控制方案。初步数值仿真结果表明,该进气道满足预期的流量捕获需求,高速通道Ma=4和Ma=7时的喉道总压恢复系数分别为0.62和0.45,低速通道Ma=2.3和Ma=4时的喉道总压恢复系数分别为0.97和0.73;该变几何进气道在模态转换过程可以正常工作,没有明显的流动分离出现;由于侧板溢流,三维计算结果下的总压恢复系数与流量系数略低于二维计算结果。对三维外并联TBCC变几何进气道开展了涡轮通道扩压段设计及数值仿真研究,给出了三维模型的气动特性及涡轮通道的反压特性。     

地基光学图像中本体-帆板结构航天器姿态估计方法

提出一种利用地基光学图像估计空间目标姿态的方法。针对本体-帆板结构航天器外形结构特点，定义了一种不易遮挡的两轴结构特征，设计了地基光学图像中该特征的提取方法；根据航天器成像过程建立了特征点二三维几何投影方程，实现了航天器三维姿态的解算。利用单站序列图像，可获得航天器姿态变化角速度信息。在轨航天器的试验结果表明，本方法能有效地从地基光学图像估计出航天器姿态。