耗散结构、协同学、突变理论、奇怪吸引子和浑沌与复杂性研究

本文站在统一观点的基础上,研究了“新三论”与浑沌动力学的本质联系和特征:系统的运动向高层次的转化都必须以开放为前提,突变是这种转化的重要形式;运动的发展在于系统的协同作用;稳定与不稳定、对称与对称破缺、可逆与不可逆、有序与浑沌贯穿于运动的全过程。不可逆性比有序度更有资格充当运动发展的度量。自组织和浑沌都是能动性在系统演化中的体现。非平衡、对称破缺、不可逆和系统中的协同性是系统复杂性的根源。非线性、非平衡、对称破缺与不可逆、灰色与非经典信息及巨系统的各态历经等将成为研究的主要对象;随机理论、分维理论及“新三论”与浑沌理论将充当研究的主要工具,而系统的复杂性将成为人们努力的主要目标。     

新型硅微机械谐振器的设计

从理论上分析谐振器的静电制动特性和机械力学特性,给出了活动梳齿的谐振频率和谐振振幅的解析解,提供谐振器结构设计的依据.设计了四种结构形式的谐振器,充分考虑不同静电激励方式对谐振器的影响,合理选取结构参数,有效提高了谐振器抑制侧向失稳和粘附效应的能力.借助有限元软件在考虑硅微加工特性和可行性的基础上对谐振器模态和固有频率的仿真和计算,优化了谐振器结构参数,使工作模态远离其他高阶模态,具有良好的频率特性.     

用于RFOG的光学锁相环仿真研究

谐振式光纤陀螺是实现光纤陀螺小型化发展的重要方向,具有广阔的应用背景和很好的应用前景。而激光器作为谐振式光纤陀螺的关键设备之一,其性能直接影响着谐振式光纤陀螺的精度。为了解决谐振式光学陀螺的背反噪声问题,采用光学锁相环技术对激光器频率进行锁定的方案,通过对光学锁相环进行建模、仿真分析,重点研究了锁相原理及锁相方案,验证了基于电流调制的半导体激光器的光学锁相环可行性。最终验证了光学锁相环的相位锁定效果,实现了两激光器输出频率差值稳定的设计目标。     

发动机谐振与箭体模态耦合稳定性及机理研究

针对发动机谐振可能与箭体弹性振动之间发生耦合共振,从而引起姿态控制系统不稳定的问题,首先将发动机谐振特性简化为一个二阶环节,建立了包含发动机谐振方程的火箭姿态动力学模型;然后分析了发动机谐振对箭体模态极点频率和阻尼比的影响,并从理论上分析了出现负阻尼比时发动机和箭体模态间的耦合共振机理,在此基础上计算了导致姿态控制系统...     

谐振式硅微传感器闭环系统动态特性影响因素

动态特性是传感器的一个重要的性能指标。本文分析了基于幅频特性的谐振式硅微压力传感器闭环系统的动态特性及其影响因素,并进行了相应的实验研究。由基于幅频特性的闭环系统内部控制过程得到影响闭环系统动态特性的因素有三个：谐振器固有频率对压力的响应时间;谐振器稳定振动的建立时间;信号处理与数据处理时间。对闭环系统内部控制过程及实验结果的分析表明,谐振器稳定振动的建立时间为主要因素。研究结果为设计闭环系统动态特性改善方案提供了依据。     

大内收缩比进气道加速起动过程中喘振特性研究

为了研究二元超/高超声速进气道在加速起动过程中流动的非定常特性,采用二维非定常数值计算方法对内收缩比为1.63的进气道流场进行了数值模拟。研究结果表明,进气道在加速起动过程中,从不起动到起动转变时流场存在两种类型的振荡,即高频振荡与低频振荡。随着来流马赫数的增加,流动依次经历无振荡状态、低幅高频振荡状态、高幅低频振荡状态、起动状态。其中,高频振荡的频率为664Hz,低频振荡的主频率在62~100Hz,二次谐振频率低于200Hz,且高幅低频振荡持续的时间远大于低幅高频振荡的。喉道壅塞是造成流场振荡的主要因素,而观测到的二次谐振现象是由唇罩侧分离区的非定常形成和消失而导致的。     

亚临界雷诺数圆柱涡致振动的实验研究

近年来，数值模拟结果表明圆柱涡致振动现象可在低至20的亚临界雷诺数下发生，但目前尚无相关实验证明该种现象的存在。本文首先研发了适用于低雷诺数流固耦合实验的旋转水槽，而后在此基础上开展了亚临界雷诺数下圆柱涡致振动实验，分别研究了支撑频率和雷诺数对涡致振动响应的影响。发现圆柱涡致振动存在的最低雷诺数为23，与数值模拟结果接近，证实了亚临界雷诺数涡致振动的存在；另外，发生亚临界涡致振动时，在尾迹区观测到了频率与圆柱振动频率一致的卡门涡脱，说明弹性支撑特性会使得流动稳定性降低，证实了相关数值模拟结果的正确性。     

航空发动机耦合双转子系统响应特性分析方法研究

涡扇发动机普遍采用耦合双转子结构,由于中介轴承耦合的影响及高、低压转子动力学特性的复杂性,导致转子-支承系统在设计时常无法避开所有临界转速。通过添加弹性及阻尼结构,可有效减小过临界转速时转子系统的振动。为分析耦合双转子结构过临界转速时的振动响应特性,可通过迭代法获得支点阻尼器的阻尼值,并利用过临界转速时稳态响应的Nyquist图椭圆近似特征对结果进行修正,从而得到更具参考价值的响应特性。     

基于结构参数的硅谐振式加速度计频率特性分析

硅谐振式加速度计精度高、稳定性好、数字输出,且体积小、成本低、易于集成,是惯性加速度计未来的发展方向之一.根据谐振式加速度计的原理对其关键结构参数对谐振频率及加速度计灵敏度的影响进行了理论分析,并结合硅谐振式加速度计的具体工作情况与谐振梁的实际结构合理设置仿真边界条件,分别对一种硅谐振式加速度计谐振器的谐振梁宽度、谐振...     

火箭发动机泵后供应系统水力激振试验

为了研究某型发动机泵后供应系统的动力学特性,对全尺寸的氧泵后供应系统在中、高频范围内开展了水力激振试验。试验数据表明:供应系统的谐振特性被激发起来。在试验条件下,可以清晰地辨识出泵后供应系统的前4阶谐振频率和振型。第1阶谐振频率响应幅值最高,第2阶和第3阶相当,响应幅值次之,第4阶响应幅值再次之。在外界扰动下,该发动机泵后供应系统能够较容易地达到流体谐振状态,当外界扰动频率接近其谐振频率时,供应系统沿程脉动压力出现了明显的共振波形。在不同的谐振频率下,喷前腔位置均为压力振荡的波节位置,也即为流量振荡的波腹位置。      

考虑流固耦合作用的一维供应管路-喷嘴系统动力学特性

为了更加深入地研究供应管路-喷嘴系统的动态特性,在喷嘴动力学理论的基础上,建立了考虑供应管路流固耦合作用的传递矩阵组合计算模型。针对三种典型液体火箭发动机喷嘴与一维供应管路组成的系统,开展了两端固定边界的系统动力学特性数值模拟。结果表明:管路结构谐振与管内流体谐振所导致的喷嘴出口位置流体速度振荡量级相当,管路流固耦合作用对系统动态特性的影响不能忽略;管路结构谐振是造成其固定位置应力的频率响应幅值较高的主要因素;当流体与结构的谐振频率接近时,会产生一个大带宽、高幅值的应力耦合振荡区间,随着管壁厚度的增大,耦合振荡的带宽也随之增大;对于文中算例,流固耦合作用对流体谐振造成的系统振荡具有约5%的降频作用。     

基于FPGA的半球谐振陀螺频率跟踪技术

半球谐振陀螺谐振频率的跟踪精度与稳定性很大程度上决定了陀螺的性能。通过分析半球谐振陀螺的频率特性以及锁相环基本原理,设计了基于锁相环的半球谐振陀螺频率跟踪方案,并用FPGA进行全数字化实现。半球谐振陀螺采用真空封装,内部温度难以测量,然而其谐振频率与温度具有很好的线性相关性,因此可采用谐振频率对陀螺温度进行测量。传统的频率跟踪方案一般采用模拟锁相环实现,其缺点是频率值隐含于输出的正弦波中,无法供后继测量模块使用,本文所设计的FPGA全数字方案可弥补这一缺陷。根据陀螺谐振频率与温度之间的关系,给出了利用跟踪频率测温的分辨率公式并进行了相关实验。实验结果显示,谐振频率为4440Hz时频率跟踪稳态相对误差可达10-7量级,利用跟踪频率测温的分辨率可达0.0042℃。     

一种谐振式传感器频率特性测试平台

谐振式传感器的谐振频率和Q值可以通过其频率特性计算得到,因此需要有一种通用的测试平台来测量各种不同谐振式传感器的频率特性.本文描述了一种谐振式传感器频率特性测试平台,并提出了一种采用间歇激励方法测试谐振式传感器谐振频率的新方法,采用线性调频信号激励谐振式传感器,传感器自由振动状态下的振动频率即是传感器的谐振频率;测得传感器自由振动状态下的振动频率,即可得到谐振式传感器的谐振频率.     

外激作用下自激热声系统的非线性动力学响应

在高温高压燃烧实验台上,以频率ff为78~716Hz,幅值A为0.026~0.629的外激信号激励有自激响应的同心分层旋流部分预混预蒸发火焰热声系统,研究其非线性动力学响应。结果表明:系统的自激频率fn为366.85Hz;当外激频率和自激频率的比值为1.022, 幅值A为0.629时,火焰主要被外激频率其谐波控制,其状态轨迹密集在很窄的封闭带中;当外激频率和自激频率的比值与A在其他的范围时,火焰不仅在ff和fn处响应,还在谐频、结合频和分频处响应。说明当外激幅值足够大并且外激频率靠近自激频率时,火焰发生锁相;当火焰未锁相时,出现了谐频、结合频以及分频的非线性响应,火焰准周期振荡。受迫范德波尔振荡器模型能够预测锁相、奇数谐频以及结合频2fn±ff。      

同轴传输线同轴谐振腔微波幅度均衡器温度特性分析

温度特性分析是均衡器设计与工程应用中不可忽视的重要环节,由于温度的变化,会使均衡器各部分材料的物理特性和电特性发生变化,从而使谐振频率发生偏移,如果偏移过大,会严重影响均衡效果,甚至会加剧原始信号的波动.本文通过把微波幅度均衡器的同轴谐振腔,等效为电容负载同轴线空腔谐振器,计算谐振频率与腔长和负载电容的关系.在单腔的情况下,分析了在低温和高温时,材料物理特性的变化引起的谐振频率的偏移情况,并且根据具体实验验证了高温70℃和低温-55℃时谐振频率的变化情况.     

金属筒形谐振陀螺的频率修调技术研究

旋转对称结构的谐振陀螺与传统的陀螺相比,具有高寿命、高稳定性、结构简单等诸多优点,然而该种陀螺在加工制造过程中产生的各种误差以及密度应力不均等缺陷,使得谐振子产生频率裂解,严重影响了陀螺性能。国内外对于频率裂解消除的技术已有一定研究,但缺乏系统化的算法指导修调过程。针对一种金属筒形谐振陀螺,推导了一套系统直观、便于指导修调过程的频率修调算法,并通过仿真验证了该算法的实用性。最后,搭建了一套基于电磁激励、声波检测的频率修调系统,按照修调算法进行了修调实验,成功将谐振子频率裂解修调至0.04Hz。     

串联输出DC／DC谐振变换器的稳态分析

分析了高于谐振频率工作的串联输出谐振变换器的工作模式,采用状态变量法计算获得了若干描述稳态工作的特性曲线,为分析和设计这种变换器提供了基础     

基于ANSYS悬臂梁式微开关动态特性的分析

利用ANSYS软件采用顺序耦合法对静电驱动悬臂梁式微开关进行力电耦合分析,得出了微开关的动态响应特性,并指出了空气阻尼对器件性能的影响;在动态分析的基础上,详细分析了微开关结构参数和其动态临界电压的关系。分析结果表明：动态临界电压略低于静态临界电压,由于空气阻尼的存在和静电力的非线性,系统的振动频率相对于其固有频率向下发生漂移,这些动态特性与静态特性有明显的不同。     

自测试谐振加速度计

本文描述了一种新型谐振式加速度计，该加速度计中的横梁和振动摆耦合为一体，且横梁受内置式压敏电阻激励后，传感摆的振动变化，加速度使振动摆偏移原始位置。造成传感器内部件特征应力变化，使谐振频率发生改变，本文着重研究谐振梁振动特征，在高振幅非线性区域，理论与实际地处理显示结果，该加速度计电-热干扰可以相互消除谐振传感原理保证了该传感器的准数字信号输出，高灵敏度以及完整的力学试验，先进的自动安全系统和电子伺服系统要求传感器结构可靠。传感器自测试性能，在运行中内部元件无需结构调整。自测试理论也可用于非谐振式结构的传感器。     

伺服系统机械谐振机理与抑制方法分析

现今高性能伺服系统对系统带宽提出了越来越高的要求,而传动轴、联轴器、减速器等传动机构均存在一定的弹性,使得系统具有一定频率的谐振点.当系统带宽覆盖该谐振频率时,系统就会发生机械谐振现象.尤其对减速器等必然存在传动间隙的传动装置,间隙的存在极大地降低了传动刚度,并加剧谐振带来的危害.在分析伺服系统机械谐振产生机理的基础上,对目前国内外关于抑制机械谐振的各种方法进行了介绍与分析.针对舵系统应用背景指出了几种具有良好应用前景的抑制方法,并着重进行了分析与研究.