用准单色光散射法测量中等以上精度表面粗糙度

提出一种通过对远场散射光分布的统计分析来测量中等以上精度表面粗糙度的新方法。采用半导体激光器作为光源,并使用一维 CCD 器件来探测散射光分布。实验结果表明,在 R_a≤2.2μm 的范围内,远场归一化散射光分布的标准偏差(σ)与标准粗糙度参数 R_a 之间有很好的相关关系。     

用机器显示系统测量表面粗糙度

开发一种在生产条件下测量表面粗糙度的新方法。该方法利用基于微机的显示系统分析表面散射光的图形,导出粗糙度参数。已得到被研磨成各种粗糙度的工具钢样品的粗糙度参数。通过绘制粗糙度参数与用触针仪器获得的相应平均表面粗糙度读数的图形确定相关曲线。     

材料粗糙度变化对卫星光谱红化效应的影响

在轨人造目标的地基观测光谱存在红化效应,影响对目标反射光谱的理解应用.目标在进入空间环境后外露材料表面粗糙度发生变化.本文结合材料的光谱散射特性、卫星轨道和观测条件,仿真分析了卫星表面材料粗糙度变化对红化效应的影响.基于文献中实验数据,设计不同粗糙度的卫星表面材料样本,模拟空间环境中材料表面粗糙度的变化.利用双向反射分布函数,建立不同粗糙度材料样本的光谱散射模型.理论模拟结果表明,材料表面粗糙度的变化会影响其光谱散射特性,散射光谱形态和散射分布取决于粗糙度及入射-反射几何关系.引入网格剖分和可见面片,利用材料双向反射分布函数,仿真计算卫星表面材料在不同粗糙度状态下,整个卫星在可见光波段的反射光谱信号.仿真结果表明,随着卫星表面材料粗糙度的增加,其反射光谱在600nm之后随波长增加而呈现上升趋势,这表明空间环境中外露材料表面粗糙度变化是卫星产生红化效应的原因之一.      

亚临界雷诺数圆柱绕流远场气动噪声实验研究

针对亚临界雷诺数下圆柱绕流的气动噪声问题,在北京航空航天大学D5气动声学风洞中进行了圆柱绕流远场气动噪声的实验研究。在D5气动声学风洞实验段不同来流条件下,测量消声室中距离圆柱不同位置的自由场传声器的远场声压信号,经过快速傅里叶变换(FFT)获得亚临界雷诺数下圆柱绕流气动噪声随来流速度、接收点距离的变化规律。实验结果表明:圆柱绕流的远场气动噪声在垂直气流方向最大,随着偏离垂直方向角度的增大噪声逐渐减小,属于典型的偶极子噪声源辐射特性;远场气动噪声近似与来流速度的6次方成正比,与接收点到圆柱中心距离的2次方成反比,这说明偶极子类型的噪声源是圆柱绕流的主要噪声源。      

基于近场散射的颗粒粒径分布测量

针对传统的前向小角散射粒径测量系统中心光过强、杂散光干扰、散射角过小等缺点,本文采用一种新型的近场散射(NFS)方法测量前向小角散射光,研究并搭建了基于近场散射的颗粒粒径测量系统,将最大散射角提高到40.5°;在无需空白测量的情况下采用差分方法对透射光和散射光干涉成的散斑图像进行处理,有效去除中心光和杂散光的影响;对差分散斑图像进行快速傅里叶变换(FFT)频谱处理得到散射光强分布,利用Chahine算法对颗粒粒径进行了反演。最后,利用已知粒径(39.2μm和67.3μm)的标准颗粒对测量系统的准确性进行了单峰分布的验证,测量误差在5%之内;对于粒径为39.2μm和67.3μm的混合颗粒进行了双峰分布验证,在43.3μm和74.1μm处出现峰值,测量误差在10%左右。     

准远场天线测量修正方法研究

远场测量是获得天线辐射特性的一种常用方法。然而对于一维电尺寸大,另一维电尺寸小的天线,如基站天线,由于场地因素的限制,往往不能满足远场测量条件,用近场测量又费时费力。在这种准远场条件下,天线测量结果与远场情况下的测量结果有较大差异。本文基于柱面波展开,给出了一种由准远场距离上测得的方向图计算远场的理论计算方法,经过该算法补偿后的结果与理论计算结果吻合很好,从而验证了算法的正确性。     

基于小波变换的孔探图像边缘粗糙度分析

针对航空发动机内部结构裂纹损伤的孔探图像识别问题,提出一种描述孔探图像边缘曲线粗糙度特征的方法——粗糙度系数法.该方法利用二进小波变换对边缘曲线在所有可能尺度上进行小波分解,得到尺度系数和小波系数.对于这些小波分解系数,构造一种对数熵算法来计算尺度系数和小波系数的能量强度.小波系数与尺度系数的对数熵的比值被定义为粗糙度系数,用粗糙度系数来评估曲线的粗糙程度,粗糙度系数越大,曲线越粗糙.实验表明以粗糙度系数作为孔探图像边缘曲线的识别特征,能够有效地识别孔探图像中存在的裂纹损伤.      

准远场天线测量修正方法研究

远场测量是获得天线辐射特性的一种常用方法。然而对于一维电尺寸大,另一维电尺寸小的天线,如基站天线,由于场地因素的限制,往往不能满足远场测量条件,用近场测量又费时费力。在这种准远场条件下,天线测量结果与远场情况下的测量结果有较大差异。本文基于柱面波展开,给出了一种由准远场距离上测得的方向图计算远场的理论计算方法,经过该算法补偿后的结果与理论计算结果吻合很好,从而验证了算法的正确性。     

粗糙度对涡轮叶片流动转捩及传热特性的影响

为研究表面粗糙度对涡轮叶片流动转捩以及传热特性的影响,在自行开发的CFD程序平台上提出了对γ-Re_θ转捩模型的粗糙度修正方法,并参考平板绕流和涡轮叶栅的实验数据对该方法进行验证。考虑粗糙度效应的影响,对Mark Ⅱ涡轮导叶5411工况进行数值模拟,得到如下结论:表面粗糙度对层流边界层换热系数影响不大,而对湍流边界层则有较大影响,进而显著改变壁面温度分布;与光滑壁面相比,5μm的等效沙粒粗糙度使吸力面湍流区域壁面温度升高约5.7K,100μm粗糙度使壁面温度升高28.4 K,增幅达5%左右;当壁面粗糙度较低时,激波干涉对吸力面边界层的转捩起主导作用,而当粗糙度大于某临界值时,其作用会使转捩位置突然变化,本算例中该临界值近似为150μm。      

再入飞行体远场二维湍流尾迹的工程计算方法

建立了再入体再入大气层形成的尾迹的工程模型,并运用边界层理论求解二维等压湍流尾迹流动。根据Ｐｒａｎｄｔｌ的湍流切应力的混合长度理论和Ｔａｙ－ｌｏｒ的涡量交换理论分别获得速度分布和温度分布,根据Ｌｙｋｏｕｄｉｓ的远场尾迹理论计算了轴心参数分布,并且获得了尾迹长度、自由电子数密度等尾迹参数。计算结果与同类文献一致。文章的目的是为计算尾迹的雷达散射截面提供初始参数。     

一种强散射杂光下的快速星点提取算法

火工品爆破法实现星箭分离时产生大量灰尘颗粒,星敏感器被强散射杂光干扰,导致上电初期,星敏感器长时间停留在全天球模式,无法实现姿态捕获.本文通过对散射杂光成像进行建模和分析,提出杂光条件下的星点图像与无杂光时的星点图像具有近似的能量分布特征,进而提出一种基于互相关系数的快速星点提取算法,可在强散射杂光条件下快速提取出有效的星点窗口图像,然后利用窗口提星算法提取出有效星点,最终实现快速姿态捕获.开展了不同杂光条件下的星点提取和姿态识别仿真,通过本文算法与原有算法做对比,验证了本文算法在不同工况下的星点提取能力和姿态捕获方面均具有优势.     

工件表面轮廓均方根斜率的光散射测量

描述并确定具有明显纹理粗糙表面均方根斜率的光散射技术(均方根斜率是联合表面轮廓高度和波长特性的混合参数)。称为散射光锥法(The scattered light-conemethod)的该技术是基于激光角散射检测阵列(DALLAS——Defector Array for Laser LishtAngular Scattering),它用于测量粗糙表面散射光角分布的仪器。均方根斜率是从DALLAS光散射图象的角宽得到的。一般可以发现角宽(即估计的均方根斜率)对光的入射角和散射角变化相当大时是不敏感的。这些结果与表面材料无关,并且对正弦和随机粗糙表面都是有效的。介绍了散射光锥法的测量原理、实验、数据分析和几点结论。     

Physical properties of dust grains deduced by optical probing techniques

In-situ space observations of dust in the solar system are seldom possible. On the opposite, remote observations of solar light scattered by dust are relatively easy to perform from Earth- or satellite-based observatories; the evolution of the polarization of light scattered by dust particles as a function of the phase angle may provide information on the physical properties of these particles. Unfortunately, since remote observations are integrated along the line-of-sight of the observer, they can hardly be used to determine local physical properties. We have precisely developed Optical Probe techniques to forge the link between the numerous remote observations and the unique in-situ measurements. A short review of the remote observations of light scattered by cometary dust is first presented. Then, the Optical Probe concept is analyzed. Finally, the OPE instrument, which had been designed to optically probe the inner coma of comet Halley is described; its limitations and its achievements during Halley and Grigg-Skjellerup encounters are discussed.     

微波暗室内双站RCS测量方法的仿真

阐述了在微波暗室内使用紧缩场和平面近场扫描测量双站RCS(Radar Cross Section)的方法,并用天线耦合公式、平面波综合和等效原理将近场变换到远场.分析了采样、有效角域和窗函数对测量性能的影响.半波长的采样可满足测量的要求,欠采样会侵蚀有效角域范围.虑及综合口径的等效投影,完善了有效角域的估计公式.驻相法分析了近远场变换对近场的近似局部依赖性.并且使用窗函数来抑制扫描截断误差,提高测量精度.最后,通过数值算例验证了测量方法和性能分析的有效性.      

Advances in auroral imaging from space

Space imaging of the aurora provides unique quantitative information on the instantaneous global distribution and pattern of the aurora - a direct result of particle acceleration and precipitation processes occurring throughout the magnetosphere. Techniques for imaging from space have usually involved systematically scanning a detector across the earth using some combination of satellite motion and spin, scanning mirrors, and/or electronic scanning. The recent advent of CCD image sensor arrays opens up possibilities for vastly improved sensitivity and resolution in satellite imagers, although scanning systems retain significant advantages in situations where scattered light is a problem and where narrow band optical interference filters are needed.A new type of imaging instrument being built in Canada for the Swedish Viking satellite will employ a two-dimensional CCD array detector which is fibre-optically coupled to a micro-channel plate intensifier. It will produce images of low light level auroral emissions at the rate of one image per spin of the satellite (20 seconds). The instrument operates in the vacuum ultraviolet and uses a fast inverse Cassegrain optical system. Charge is shifted in the CCD imaging array in synchronism with the moving image so that exposure times of approximately one second will be achieved.     

利用偏振图像加权融合及CLAHE算法的水下成像方法

针对传统基于偏振差分原理的水下光学成像方法中目标退偏振特性差异引起的图像中局部反射光损失的问题,本文提出了基于偏振图像加权融合与限制对比度自适应直方图均衡（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization, CLAHE）算法的水下成像方法。一方面,将原始水下图像分解为偏振光强图像和非偏振光强图像,根据不同退偏振特性目标在两幅图像中的灰度值分布特点,设计相应的权重因子,对两幅图像进行加权融合。从而实现在压缩原始水下图像中散射光的同时,保留更多目标反射光,提升整体目标反射光在融合图像中所占的比例。另一方面,为了进一步提升融合图像的对比度,利用限制对比度自适应直方图均衡算法对融合图像进行处理。该算法能够在提升融合图像对比度的同时,有效避免图像噪声的放大。实验结果表明,相比于传统的偏振差分方法以及独立的直方图均衡化算法,本文提出的算法能够有效提升水下图像的清晰度和对比度。     

TC4喷丸强化仿真与试验

针对目前喷丸有限元仿真研究中弹丸规则排列、覆盖率无法精确计算的研究现状,基于ABAQUS二次开发建立了弹丸空间位置随机分布、弹丸数量由覆盖率决定的多弹丸喷丸有限元模型,实现了不同工况、不同喷丸覆盖率条件下所需弹丸个数的精确计算;在此基础上研究了不同喷丸参数对TC4钛合金材料表面残余应力与表面粗糙度的影响规律。进行了TC4喷丸试验,将得到的残余应力分布、表面粗糙度与仿真结果进行对比,验证了该有限元模型的合理性。研究成果对喷丸工艺参数的确定具有一定的指导意义。      

聚焦光场成像三维粒子场重建方法

层析重建是层析粒子图像测速(Tomo-PIV)技术实现三维粒子位置和强度信息(三维粒子场)重构的核心步骤。相比于多相机的Tomo-PIV技术,单聚焦光场相机通过一次成像能够同时采集示踪粒子的散射光的方向和位置信息。因此,提出一种单聚焦光场相机的层析重建技术用于重构流场中的三维粒子场信息。为了验证本文方法的可行性及准确性,利用几何光学建立了示踪粒子的光场成像模型,利用光线追迹技术计算了粒子在聚焦光场相机中的成像,对比了被测流场中位于不同深度位置的粒子在聚焦光场相机中的成像差异;建立了基于单聚焦光场相机的层析重建数学模型,利用乘法代数重构技术(MART)对模拟所得的光场图像进行反演计算,实现了三维粒子场的重构,并利用归一化互相关系数来表征粒子的重建质量。结果表明,单个粒子在Z轴方向上的位置精度为±0.35 mm,初步证明了基于聚焦光场成像理论的三维粒子场重建方法的可行性。