Stability of liquid bridges subject to an eccentric rotation

A cylindrical liquid bridge supported between two circular-shaped disks in isorotation is considered. The effect of an offset between the rotation axis and the axis of the two supporting disks (eccentricity) on the stability of the static liquid bridge is investigated. A numerical method is used to find stable and unstable shapes and to determine the stability limit for different values of eccentricity. The calculated stability limits are compared with analytical results, recovering the same behavior. Numerical results have been also compared with the results of an experiment aboard TEXUS-23, recovering the stability limit and the equilibrium shapes.     

Experimental analysis of the breakage of a liquid bridge under microgravity conditions

The experimental results obtained in experiment “STACO” made on board the Spacelab D-2 are re-visited, with image-analysis tools not then available. The configuration consisted of a liquid bridge between two solid supporting discs. An expected breakage occurred during the experiment. The recorded images are analysed and the measured behaviour compared with the results of a three dimensional model of the liquid dynamics, obtaining a much better fit than with linear models.     

Influence of acoustic fields on drop dynamics in an acoustic resonator

Capillary waves on a liquid sphere may be excited by acoustic fields, especially due to the higher harmonics of the resonant acoustic fields. The growth of the capillary waves has been analytically discussed. For a manipulation of weightless molten material without contacts, rotation of a liquid drop by acoustic waves is important. Approximate solutions to govern the dynamics of capillary waves on a rotating liquid drop has been analytically derived. Instabilities of multi-lobed waves due to a rotational flow in the perturbed flow field and due to the acoustic fields have been discussed.     

两种空间直角坐标系转换参数初值快速计算的方法

在已知不共线3点在两坐标系下坐标的条件下,提出了两种快速计算两坐标系间转换参数概略值的方法。其中一种是先通过三点构造在两坐标系下的一个新点,将两个坐标系平移到该新点,从而消除平移参数。利用此时的三点坐标可以方便地求得两坐标系间的旋转矩阵,由旋转矩阵可进一步求得旋转角和平移参数;另一种方法是先通过已知的三点构造出一个新的坐标系,通过该坐标系可计算出待求的两坐标系及其旋转参数,从而求得待求两坐标系间的旋转参数。最后,通过旋转参数可计算出平移参数的概略值,并试验验证了两种方法的正确性。     

垂直旋转圆盘边缘液体形态

为了解重力对旋转圆盘表面液体流动的影响,利用高速摄影,对垂直旋转圆盘边缘液体形态进行了试验研究。结果表明,与水平旋转圆盘边缘液体分为直接液滴、液柱和液膜3种形态不同,垂直旋转圆盘边缘液体分为液柱、液膜和柱膜纠缠3种形态。垂直旋转圆盘底部与顶部液体形态并不一致。底部未出现液膜形态,当流量不大于24 g/s时,为液柱形态;当流量大于等于30 g/s时,为柱膜纠缠形态。当流量为12~21 g/s、转速为1 000~2 100 r/min,顶部出现液膜形态;当流量小于12 g/s时,顶部为液柱形态;当流量大于12 g/s时,液柱形态消失,由柱膜纠缠形态取代。由于重力影响,垂直旋转圆盘边缘液体形态变化程度远大于水平旋转圆盘;在流量大到一定程度后,圆盘底部形成液柱形态需要的转速会大大增加。      

一种水下航行体运动参数测量系统的设计

针对航行体水下试验的要求,设计了一种水下航行体运动参数测量系统。从该系统的原理算法、硬件设计和软件设计等方面进行了详细的阐述。该系统以采用硅微传感器的姿态测量系统（以下简称MTi）作为惯性测量组合,导航计算机采集MTi中的加速度计、陀螺和磁力计的原始传感器数据,结合捷联惯导四元数算法更新姿态矩阵,对航行体的姿态、速度、位置进行实时解算并存储解算结果,试验结束后通过上位机对试验数据进行读取。该测量系统多次应用于航行体的水下试验,获得了航行体水下运动参数。经试验验证,该测量系统性能可靠,可以满足水下航行体的运动参数测量的需求。     

利用绳系太阳帆减缓小行星自转的技术研究

提出一种利用太阳帆绳系系统逐渐减小小行星自转速率的方法。在系绳长度不变的情况下,利用太阳帆受到的太阳光压力使其始终保持与小行星同步,避免了由于小行星自转而引起的系绳缠绕问题。通过控制太阳帆使系绳始终拉紧,系绳中的拉力便可以持续提供一个与小行星自转方向相反的力矩,从而减小其自转速率。仿真结果表明,面积10⁶ m²的太阳帆,经过约86天可将小行星的自转消除,验证了该方法的有效性。     

具有载荷扰动抑制的卫星姿态控制方法及验证

针对载荷转动对星体产生的呈周期变化的干扰,开展了干扰抑制方法研究。利用干扰的周期特性,基于李亚普诺夫原理设计了参数未知的周期干扰力矩的辨识算法,实现了卫星姿态的自适应控制。最后进行了物理仿真试验,利用真实的星载计算机和控制部件,在气浮台上进行了试验验证,结果表明,算法有效地抑制了载荷转动的干扰,卫星的姿态稳定度提高了50%,且算法简单,易于星上软件实现。     

超声激励薄液膜Faraday波形成机理

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学（CFD）方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday波的形成机理,得到Faraday波的振动频率约为超声激励频率的1/2。液体惯性的存在,导致超声激励与液体表面波存在不断变化的相位差,相位差变化周期约等于2个超声激励周期。通过35 kHz超声激励薄液膜实验,在薄液膜表面观察到排列整齐的Faraday波图案,通过测量Faraday波的波长,得出实验获得的Faraday波频率约为超声激励频率的1/2,与有限元仿真结果一致。      

超声速横向气流中燃料雾化的数值模拟

对超声速横向气流中燃料雾化过程采用欧拉-拉格朗日方法进行了数值模拟,气相场用欧拉法计算,液相场采用拉格朗日粒子跟踪方法计算,通过方程源项考虑液相对气相的影响.在液相的拉格朗日计算中采用改进的混合雾化模型来研究雾化过程.针对超声速横向气流中雾化的特点,结合雾化机理和实验测量结果,对原有的混合雾化模型进行了改进,并将改进后的计算结果与TAB(Taylor Analogy Breakup)模型和Reitz波模型的计算结果进行了对比.结果表明:改进的混合雾化模型的计算结果与实验测量值符合较好,更适合用于超声速横向气流中燃料雾化的数值模拟.     

基于学习的图像智能适配显示技术

为适应不同的显示分辨率,出现了各式各样的图像适配显示(IR)的方法.提出了基于图像列的一种快速适配显示方法.在处理过程中,首先,计算一个原始图像的重要性图;其次,根据图像每列的重要性程度为其分配一个比例因子,对不同图像而言,应对比例因子设置不同的上限才可以得到较好的结果;最后,提出通过机器学习方法计算出不同图像的上限,从而可以高效率地得到理想的结果.根据每一列的比例因子采用像素融合的方式处理图片得到目标分辨率.本方法是基于列实现的,其复杂度低、便于计算;设置每列系数的上限控制了图像重要部分的宽度,从而减少了不连贯,处理结果更为自然.      

图像法求液滴表面张力和接触角

空间流体实验具有无人操作的特殊性,需要对监控图像进行实时处理,得到目标参数.本文研究了利用照相机捕捉到的液滴灰度图像,分析求取液滴的表面张力、接触角、体积等物理参数的方法.针对液滴的灰度图像,利用边界提取、域值分割等图像处理方法,得到液滴的基本轮廓.建立基于液面像素点坐标的拉普拉斯方程,运用牛顿一拉夫逊法、龙格-库塔法、坐标轮换法等多种数值方法,对液滴的边界进行拟合,寻求最优的轮廓拟合点.根据最优的拟合点,确定液滴的物理参数.提出了利用牛顿法与一维寻优相结合的算法进行轮廓拟合的方法,并与文献[1]提出的算法进行了比较,证明了该方法具有收敛速度较快,拟合精度较高的特点.该方法是实现空间蒸发液滴热毛细对流和接触角测量实验的一项关键技术,同时也可以运用到非接触测量的实验场合.      

INS全温六方位速率标定及分段线性插值补偿

针对捷联惯性导航系统(INS, Inertial Navigation System)全温动态环境下测量误差问题,提出一种全温六方位正反速率标定及分段线性插值补偿方法.根据工作环境设定标定温度点,在每个恒温点设计六方位正反速率标定方案;采用分段线性插值算法实时补偿系统零偏和标度因数温度误差,提高了系统温度及动态环境下的测量精度.实验结果表明:采用该方法系统的车载和飞行实验纯惯性导航误差均值分别由1.501 n mile/h和5.811 n mile/h减小到0.393 n mile/h和0.68 1n mile/h,为进一步提高合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)成像分辨率奠定基础.     

Marangoni convection in a liquid layer under the simultaneous action of a transverse magnetic field and rotation

Asymptotic stability characteristics with respect to the onset of Marangoni convection in a liquid layer under the simultaneous action of a large transverse magnetic field and a large rate of rotation are investigated. In certain parameter ranges there is a decrease in critical Marangoni number for increasing magnetic field and rotation depending on the coupling between interfacial perturbations and rotation.     

对流换热系数的瞬态测量技术

使用等热流法瞬态实验测量对流换热系数:基于流动稳定及热平衡条件下对测量表面突加一稳定热流,测出测量表面高低两种窄幅热色液晶的显色时间,根据窄幅液晶的显色温度及其时间通过求解一维半无限大平板非稳态导热方程得到对流换热系数.推导出此方法的误差传递公式,在此基础上分析如何得到准确的对流换热系数.最后给出热流法测对流换热系数的实验流程,并通过自由盘实验验证热流法测对流换热系数的可行性.     

飞机旋转表面结冰数值模拟

在Shallow-Water结冰热力学模型的基础上,搭建了一套适用于三维旋转表面的非稳态结冰模型,采用Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法对表面结冰进行非稳态迭代求解。用所提模型对简化后的旋转桨叶模型进行计算,并与FENSAP软件结果进行对比,验证了所提模型的准确性,分析了转速、水滴直径和液态水含量等因素对旋转表面结冰冰形和水膜流动的影响。结果表明：随着转速的增加,结冰范围和水膜覆盖范围偏移愈加明显;结冰范围和水膜覆盖范围随水滴直径增长逐渐增加,水膜厚度也逐渐增大;结冰厚度和水膜厚度随液态水含量增长而相应增加,水膜覆盖范围也明显变大。     

探月飞行器软着陆光学自主导航的特征图形匹配方法研究

对基于特征图形匹配的月面精确着陆光学导航方法进行了研究, 包括图像特征点提取、特征图形构建以及特征图形匹配. 利用特征点间相对距离不变的特性, 确立特征点的连通规则, 解决存在平移、旋转和放缩等情况下的图形匹配问题. 利用多幅月面真实图片对算法进行仿真测试, 仿真结果验证了其有效性. 以所提出的特征图形匹配方法为基础, 设计仿真算例对导航方法进行验证, 结果表明, 基于特征图形匹配的光学导航方法可实时确定飞行器的位置和速度信息且精度较高, 是适用于探月飞行器精确着陆导航的有效途径.      

旋转数对凸表面气膜冷却影响的实验分析

采用圆弧模型,测量了旋转状态下凸表面气膜冷却效率 η _ad和换热系数 h _f的分布规律,重点研究旋转数 Rt=ωD/u_∞ 对气膜冷却的影响.叶片表面温度采用先进的液晶测温技术进行测量.结果表明:①在旋转离心力和哥氏力的共同作用下,气膜轨迹向高半径方向发生了明显的偏移,并且转速越高偏移角度越大;②旋转使得气膜冷却效率降低,换热系数上升;③在旋转状态下,气膜发生了分离再附壁的现象.     

柱形等离子体电离阻抗测量与分析

表面波等离子体的研究由于实验数据的大量积累而得到快速发展.结合传输线阻抗匹配原理,设计实验对柱形表面波等离子体电离阻抗进行测量;参照金属辐射体中辐射阻抗与损耗阻抗的求解方法,在简化条件下理论计算柱形等离子体的电离阻抗,并与实验数据进行分析比对.研究表明,表面波激发柱形等离子体的电离阻抗对等离子体源产生效率的分析及等离子体参数的诊断有着重要作用.这种新型等离子体源的研究具有非常重要的意义.