量子真空标准研究进展

2018 年，国际计量局将对国际单位制7 个基本量进行重新定义或重述。基于光学方法的真空计量新方法、新概念进一步发展，促进真空计量标准向量子化迈进，对真空基本量复现以及今后真空国际单位制的重新定义（由压力的SI 单位帕斯卡（Pa）向气体密度单位（mol/m3 或分子个数/m3，变化）具有重要意义。与传统计量技术相比，利用光学方法所建立的量子真空计量标准具有不需要自校、溯源链零长度、响应快、准确度高、可在多个地点及不同时间复现等优点，为真正意义上的绝对原级标准。本文介绍了美国国家标准与技术研究院（NIST）、德国联邦物理技术研究院（PTB）及瑞典国家测试和检定研究院（SNTRI）等机构开展的基于折射率、吸收光谱、冷原子3种光学方法的新一代量子真空计量标准研究进展，对原理、关键技术及难度挑战进行了阐述和分析。     

基于激光诱导荧光的高速飞行粒子低温段测温方法

针对当前高速飞行固体粒子在低温段测温困难的问题,提出了一种基于激光诱导荧光的固体测温方法来显示高速粒子飞行过程中的温度变化过程。使用掺杂罗丹明B染料的醋酸纤维粒子的600 nm荧光信号和激光的532 nm信号之比,能进一步排除激光光强波动对测温结果的干扰。对固体荧光粉末在20~80 ℃温度下的光谱学特征进行分析,研究发现:系统的荧光信号强度、温度灵敏度(80 ℃下温度系数为-0.012 5 ℃-1,20 ℃下温度系数为-0.037 9 ℃-1)、测量精度均随温度的下降显著上升,验证了该方法在低温段温度测量的应用潜力。基于该方法对高速气流下粒子撞靶的温度变化规律进行定性分析。      

高超声速飞行器防热瓦结构的变厚度轻量化设计方法

针对非均匀气动加热条件下三维复杂防热瓦结构的轻量化需求，基于变厚度设计理念，发展了一种基于网格变形技术（ASD）和热固耦合分析相结合的防热瓦结构优化方法。优化结果表明，基于网格变形技术能够快速有效地解决优化过程中的网格自动更新问题，避免了网格重新划分的耗费及复杂结构网格重构的困难，并得到了光滑柔顺的厚度形状曲线；相比等厚设计，变厚度设计可以有效考虑载荷的非均匀效应，并极大地减轻结构重量；优化后可以更充分发挥防热瓦结构各层材料的承载能力。     

飞机结构强度试验应急载荷限定系统

多轮多支柱起落架飞机主起落架数量较多，试验机及试验设备重量大。试验应急卸载时，试验件和设备重量、以及加载过程中试验件变形所聚集能量快速释放的不协调性易对支持点结构产生较大冲击载荷，且该载荷不可控，影响试验的考核，存在安全隐患。针对多轮多支柱起落架飞机的强度试验要求，设计一种载荷限定系统。在应急卸载或者试验停试情况下，能够为非支持点起落架输出设定载荷，保证应急瞬间所产生的所有载荷按要求分配到所有起落架上，从而防止支持点起落架超载；试验过程中，能够对非支持点起落架施加试验主动载荷。利用仿真软件验证了系统原理的可行性。依据原理设计载荷限定系统，对其结构和工作性能进行应用验证，并在某型飞机全机疲劳试验中进行应用调试，结果表明，该系统完全能够满足试验要求。     

空间站对日定向装置试验台的控制器设计与精度考核

针对太阳电池帆板大挠性、大惯量等特性，导致对对日定向装置施加的大幅值、高频响的变负载力矩难以模拟和模拟精度不足的问题，设计了以电动负载模拟器为核心装置的地面半物理仿真试验台。首先建立了电动负载模拟器（加载单元）模型，采用递推最小二乘法对加载单元各参数进行辨识，并分析各参数对加载单元响应特性的影响。提出一种超前校正与模糊自适应PID相结合的复合控制算法，该方法有效地拓宽了加载单元带宽、改善了力矩跟随性能和抑制了力矩误差。用不同信号对试验台响应速度、加载带宽和加载精度进行分析和考核。实验结果表明：该复合控制算法使加载力矩较好地复现了太阳电池帆板模型的期望输出力矩，为对日定向装置对太阳电池帆板的驱动性能考核实验模拟出较为精确的期望模型的负载（测试）力矩。     

基于APSE确定高超声速边界层第二模态中性曲线下支

在高超声速边界层流动中,由于存在非平行效应以及激发Mack第二模态时的模态同步机制,因此在进行转捩预测研究时,中性曲线下支的确定需要考虑到这两方面的影响。全文针对高超声速平板边界层,首先采用线性抛物化稳定性方程(LPSE)对考虑感受性的中性曲线下支进行了求解,研究发现该方法存在两大难点:一是计算入口需要给定的离散模态在衰减区求解困难;二是由于存在快、慢模态的同步机制,所以在实际计算时,需要分别计算两次离散模态的演化以确定中性曲线下支,计算效率较低。基于以上问题,本文提出了一种基于伴随抛物化稳定性方程(APSE)来计算非平行边界层稳定性的方法,并以此确定考虑感受性的中性曲线下支位置。该方法从Mack模态的增长区开始进行计算,因此有效地解决了使用LPSE方法计算时所存在的问题。在不同工况下,与线性稳定性理论(LST)以及LPSE给出的预测结果进行了对比。从对比结果中可以看出该方法给出的预测结果与LPSE给定上游主导模态的预测结果一致,同时不必依赖于入口初值的选取且效率更高。该方法有进一步发展的潜力,可以有效地应用于高超声速边界层转捩的预测研究中。     

基于强抗噪威格纳威利分析的滚动轴承故障诊断

为了解决威格纳威利谱(Wigner-Vile spectrum, WVS)时频分析方法对受强背景噪声影响下的滚动轴承冲击性故障信号特征提取难的问题，根据滚动轴承发生故障时呈现出的循环平稳特征，将基于2阶循环统计量的循环谱密度算法(cyclic spectral density, CSD)与WVS相结合，提出基于CSD的WVS分析方法，即循环谱密度威格纳威利谱(CSDWVS)时频分析方法。经仿真及实验验证，相对传统WVS分析方法，该方法能有效提取出强背景噪声影响下的滚动轴承内圈故障特征频率为51.9 Hz及外圈故障特征频率为32.1 Hz。      

圆柱形微凹坑表面织构对流体动压润滑性能的影响

通过建立具有规则田往形微凹坑分布的表面织构流体动压润滑模型,分析了微凹坑几何参数及微凹坑分布形式对流体动压润滑性能的影响.研究结果表明:在微凹坑直径及深径比不变时,存在最优的微凹坑面积率,约为30%;在微凹坑分布密度不变时,存在最优的深径比,约为0.027.在此最优微凹坑面积率及深径比下,本文创新性地通过优化微凹坑的分布形式,进一步提高了润滑膜承载力21.7%.研究结果对进一步的研究工作提供了理论依据,具有指导意义.     

卫星扩频应答机的伪码快捕方法

在低地球轨道通信系统中,由于系统的高动态,使扩频应答机接收的信号附加了几十千赫兹的多普勒频移,传统的伪码捕获方法很难完成捕获.对此提出了一种部分相关和FFT(Fast Fourier Transform)相结合的捕获方法,利用FFT补偿多普勒造成的相关峰损失,在搜索码相位的同时得到多普勒频移的估计,减少了捕获时间.给出了捕获系统的结构,分析了FFT对相关峰的补偿性能,给出了部分相关和FFT的参数设计方法,使用了自适应门限技术,以满足输入信号载噪比大幅变化的情况下实现伪码的捕获判决.理论分析和仿真结果表明:该方法可以在高多普勒频移和低载噪比环境下实现伪码的快速捕获,比其他快捕方法占用更少的FPGA(Field Programmable Gate Arrays)资源.     

基于高斯分解的乙醚-水溶液荧光光谱分析

实验检测了波长为245nm的紫外光激发乙醚-水溶液的荧光光谱。在二阶导数分析的基础上,对乙醚-水溶液的荧光光谱作高斯分解,获得了7条高斯谱线并测定了各自的的中心波长、谱峰强度和半峰宽度。利用高斯基元参数进行了多峰高斯拟合,计算了各高斯谱线对应的基态中最高和最低振动能级差。研究发现,溶液中乙醚分子与水分子以不同的方式结合可以形成7种能发射荧光的缔合分子,其对应的最佳吸收波长不同,引起高斯谱线的半峰宽度各异,中心波长位于304nm的高斯谱线对应的能级差最大。研究结果为乙醚-水溶液中分子缔合结构的进一步研究提供了参考。