表面触觉再现技术现状和评估方法

表面触觉再现技术可通过裸指触摸屏幕来感知物体特性,在多媒体终端实现高效自然的交互,具有巨大的研究价值,因而得到国内外研究学者的广泛关注。然而,现有研究多集中于力觉交互设备,未对表面触觉再现设备进行系统分析,且对设备的各项性能评价过于主观,未给出客观可信的表面触觉再现技术评估标准。首先,在充分研究现有表面触觉再现技术的基础上,重点对近十年表面触觉再现技术进行补充和完善。将表面触觉再现设备分为振动式、压力式、压膜式、静电力式和电刺激式,重点从工作原理、装置构成和性能指标等方面对典型设备进行详细分析和介绍,总结设备在触觉表达方面存在的优缺点。然后,针对现有评价方式过于粗糙和主观的问题,提出一种表面触觉再现技术的评估方法。通过制造难度、工作区间等7种评价指标全面评价设备的性能,采用专家打分法和层次分析法获得振动式、压力式、压膜式、静电力式4种设备在每种评价指标下的权重,并对4种设备在多媒体终端应用中的性能优劣进行排序,为不同领域下选择和评价表面触觉再现设备提供参考。最后,总结现有设备的不足,讨论其未来的研究和改进方向。      

影响三瓣式高速浮环密封性能的敏感参数

针对应用在液体火箭发动机上的三瓣式高速浮环密封（TFRS），揭示密封在复杂多变工况下的泄漏特性和磨损特性，得到影响密封特性的敏感参数，促进高速密封技术的发展。针对压力、转速和密封周向弹簧比压等关键敏感参数，数值模拟了密封的泄漏率变化规律，试验测量了密封环的泄漏率和磨损率。研究结果表明:泄漏率和磨损率都随压力增大而增大；转速对三瓣式高速浮环密封磨损率敏感，对密封泄漏率不敏感，随着转速的增加，磨损率增大较快，泄漏率减小较慢；随着密封周向弹簧比压的增大，前期密封周向弹簧比压对泄漏率敏感，此时泄漏率变化幅度较大，磨损率变化幅度较小，后期密封周向弹簧比压对磨损率敏感，此时磨损率变化幅度较大，泄漏率变化幅度较小，密封周向弹簧比压在适当范围内时，泄漏率和磨损率都较小。研究结果为液体火箭发动机三瓣式高速浮环密封的设计、实际应用和深入研究提供了基础。      

基于均匀圆形天线阵的涡旋电磁波产生与接收误差分析

为分析均匀圆形天线阵产生与接收涡旋电磁波时的误差特性，研究天线阵元激励相位存在高斯分布误差、量化误差以及单个阵元误差时产生的涡旋电磁波幅相特征，计算轨道角动量模态并给出准确辨认模态时的各误差阈值，分析接收阵列与产生阵列不平行时的幅相分布.仿真结果表明，在各类相位误差条件下，涡旋电磁波主瓣幅度由环状变得不规则，相位在主瓣宽度内保持良好，轨道角动量模态在小倾斜角接收误差下不能辨认.研究结果说明涡旋电磁波对各类激励相位误差具有良好的抗干扰特性，对倾斜角接收误差具有较高的敏感性，这将为利用涡旋电磁波实现多路复用奠定基础.      

二体绳系卫星系统冲击效应动力学与试验研究

为了研究冲击效应对二体绳系卫星系统动力学特性的影响，开展了基于绝对节点坐标法的柔性绳索模型及绳系卫星系统运动特性分析研究。首先介绍了绝对节点坐标法柔索模型的建立过程，并进行了动力学仿真实验，在仿真时充分考虑了柔索的轴向刚度矩阵、弯曲刚度矩阵以及质量矩阵，可在不增加计算量的同时保留系绳真实特性。最后，搭建了三自由度的二体绳系卫星地面模拟试验系统，在规格为20 m×30 m的大型气浮平台上开展了试验验证，对末尾释放阶段和初始回收阶段系绳的张力以及子星的运动状态进行了分析。验证结果表明：地面模拟试验与仿真实验相比，系绳张力误差均在5%以内，验证了该建模方法的有效性和所搭建的试验系统的可靠性，同时为绳系卫星的未来发展和地面试验的进一步展开奠定了基础。     

挤压油膜阻尼器失效问题分析

说明了研究挤压油膜阻尼器(简称SFD)减振失效的意义.首先,介绍了国际上研究SFD的J.W.Lund、E.J.Hahn、R.Holmes、R.A.Cookson和E.J.Gunter等五个学术集团,归纳出他们谈论到的有关挤压油膜阻尼器失效的观点,特别着重指出了挤压油膜阻尼器失效的不正确设计.失效的现象是过不了临界和导致转子支承系统产生双稳态特性.避免失效的方法是:调整油膜间隙与不平衡量间的关系,应用全油膜,限制不平衡量和采用弹性支座.本文的结论是:假如设计参数选择不当,挤压油膜阻尼器不仅不能减振,反而会导致转子支承系统工作不稳定或过不了临界.     

自适应挤压油膜阻尼器减振机理理论研究

研究了带金属橡胶环自适应挤压油膜阻尼器ASFD/MRR(Adaptive Squeeze Film Damper with Metal Rubber outer-Ring)的减振机理,以ASFD/MRR和转子轴颈的受力分析和运动分析为基础,从N-S方程、流体连续方程出发,推导了ASFD/MRR的雷诺方程并求解了油膜压力场.对比ASFD/MRR和挤压油膜阻尼器SFD减振机理的特点,指出SFD仅是ASFD/MRR的特殊形式,ASFD/MRR具有抑制双稳态跳跃等非线性振动的能力,适用于更大的不平衡量范围.      

弹性环式挤压油膜阻尼器动力设计方法

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)与传统挤压油膜阻尼器(SFD)相比,在动力特性方面具有一定的特色.以燃气涡轮发动机用ERSFD为对象,基于有限元挤压油膜理论对ERSFD的弹性环支承刚度、油膜压力场分布和油膜阻尼等特性进行了研究.根据ERSFD的结构特点,利用有限元法分析其动力特性不仅具有模型简单、计算量小的优点,而且能考虑到各种复杂的边界条件及封严装置.研究结果表明,本计算方法和结果可以作为ERSFD结构优化的依据.与SFD(Squeeze Film Damper)相比,ERSFD具有分段式油膜间隙,可利用弹性环的弹性变形来调整油膜间隙,将油膜间隙控制在一个合适的范围内,从而有效地避免传统SFD在一定工作条件下的非线性振动现象的发生.      

基于有限元素法的挤压油膜动力特性研究

挤压油膜阻尼器(SFD,Squeeze Film Dumpers)因减振效果显著,目前广泛应用于航空发动机等高速旋转机械中.在基于雷诺方程的短轴承近似解或长轴承近似解基础上,提出了求解带挤压油膜阻尼器的转子支承系统稳态动力特性的有限元挤压油膜计算方法,该方法能有效地模拟转子系统在各种工作条件下的油膜力模型.为了验证上述理论分析结果,用有限元法计算了带挤压油膜阻尼器转子系统的油膜压力分布和油膜阻尼,分析中还考虑了油膜惯性力的影响.通过对某发动机转子支承系统的模拟计算,并与试验结果进行对比分析,证明给出的系统动力特性计算方法及性能分析结果可用于工程实际.      

Modification of plant growth and development by acceleration and vibration: concerns and opportunities for plant experimentation in orbiting spacecraft.

Growth, development, and orientation of higher plants is altered by physical disturbances such as shaking, touching, or vibration. Plant growth responses to thigmic (contact rubbing) forces are almost always negative, whereas growth responses to periodic seismic (shaking) or vibric (vibrational) disturbances may be positive or negative, depending on intensity and duration of force, and prevailing environmental conditions. Seedlings are most sensitive to mechanical stress when grown in darkness or under the low-light conditions typically available in plant flight hardware. Brief exposure to physical perturbation causes immediate growth inhibition of dark-grown seedlings followed by gradual recovery of growth rate beginning 10-12 minutes later. For mild vibration, growth rate may overshoot that of undisturbed control plants within an hour of a stress episode, whereas for thigmic stress recovery may remain incomplete for 24 hours or longer. Lack of physical stimulation by gravity should make plants even more responsive to random physical perturbation. Threshold growth response of seedlings to vibrational parameters needs to be determined under real spaceflight conditions.     

密封汽流激振下转子动力特性的时域分析

针对汽轮机转子偏心导致的汽流激振问题和静偏心模型在转子动力特性研究中的缺陷，采用动网格技术模拟转子真实的三维涡动，在时域上对转子的动力特性进行研究。结果表明:转子涡动时，汽流激振力及其动力系数在时域上随位移呈三角函数变化，且径向力的方向随转子中心位置的变化发生改变。偏心率、涡动速度、自转速度和压比均影响转子动力特性。额定工况下，偏心率每增加10%，径向力与切向力平均增加约25~35 N。随着涡动速度的增大，切向力朝负方向增加，而直接阻尼和交叉阻尼减小。随着压比的增加，径向力增大而切向力减小。在一定范围内，较大的自转速度会使最大激振力的绝对值减小。      

反转轴间气膜密封动特性分析

用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼,分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响,并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大,在膜厚小于5μm下尤为明显;系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定,主密封环质量对自由振动频率影响较小;同一密封跑道质量对应的不同环道质量比对系统振动的收敛时间影响不大.     

Influence of proprioceptive information on space orientation on the ground and in orbital weightlessness.

Conscious space orientation depends on afferent information from different sense organs including the labyrinth, the eyes, tactile cues from the skin, joint receptors, muscle spindles, tendon organs and possibly viscera. An important role is played by impulses from the cervical position receptors in interaction with concomitant information from the otolith system. In order to isolate the effect of cervical position receptors from that of the otolith system, space experiments in orbital weightlessness and in parabolic aircraft flight were performed. It was found that stimulation of the neck receptors in weightlessness markedly influences the perception of the subjective vertical and horizontal and in addition has a weak effect on ocular torsion.     

RBF神经网络在静电悬浮位置控制中的应用

静电悬浮位置控制系统具有非线性、时变性的特点,传统的控制方法不能有效抑制扰动的影响。针对该问题提出了一种神经网络与PID相结合的RBF-PID控制策略。以球形样品为例分析其受力情况,推导出静电悬浮位置控制系统的机理模型。搭建基于RBF-PID控制器的静电悬浮位置控制系统,并根据仿真结果实时在线调整控制参数。仿真结果表明,当样品带电量从10–9 C突变至3×10–9 C时,RBF-PID控制器只需0.12 s即可使样品达到稳定状态。实验结果表明,当样品处于加热状态时,实时调整参数后系统的平均绝对误差为0.0416 mm,控制效果比传统PID控制策略提高了70%。所提出的控制方法辨识精度高,具有比传统PID方法更强的鲁棒性和稳定性。