Constants and cosmology: The nature and origin of fundamental constants in astrophysics and particle physics

We ask about the nature and origin of the fundamental constants of astrophysics and particle physics, notably the speed of light c, the gravitational constant G, Planck's constant h, and the magnitude of the electron charge e. We consider general relativity and the theories of the electromagnetic, weak and strong interactions that make up the Standard Model; together with the Lagrangians of Einstein, Maxwell, Schrödinger, Klein-Gordon, Dirac, Proca, and Yang-Mills. Then we look in a more qualitative way at how the equations of physics are set up, their dimensional content, and the removal of constants from them by a suitable choice of units. We conclude with Hoyle and Narlikar, Jeffreys and McCrea that parameters like c, G, and h are merely manmade dimensional conversion constants. They arise because of our subjective view that mass, length, and time are different concepts. These constants can be removed in a manner analogous to the removal of the permittivity of free space ₀ from electrodynamics, and none are really fundamental. The charge e is different, being the low-energy limit of a function related to properties of the vacuum, but because of this it is not a fundamental constant either. We suggest there are no constants which truly deserve to be called fundamental, and that an aim of physics ought to be to write down laws in which no constants appear.     

涡轮叶片气膜冷却的数值模拟

在低雷诺数 Ｋ ε双方程紊流模型程序基础上,通过引进一种离散孔气膜冷却的喷射模型,预测了涡轮叶片上有冷气出流情况下的冷却效率,包括对不同吹风比, 不同二次流与主流的密度比,不同主流紊流度,不同展向孔间距,单排孔不同孔排位置及多排孔同时有冷气出流等多种情况,总结出了喷射模型中两个重要参数的变化规律,计算结果与实验数据符合程度良好。     

Identifying the number of aircraft in formation flight using ISAR technique

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｖｅｒｓｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒ（ＩＳＡＲ）,ｗｈｉｃｈｐｏｓｓｅｓｓｅｓｈｉｇｈｃｒｏｓｓ－ｒａｎｇｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ,ｍａｄｅｉｔｐｏｓｓｉｂｌｅｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔ...     

计算机辅助工艺过程尺寸设计

本文基于工艺过程设计中尺寸图表技术建立了用于计算机辅助工艺过程尺寸设计,称为阵-树-链的数学模型。同时构造了用于工序尺寸偏差确定及分配的算法。简单介绍在VAX11/750计算机上开发的交互式计算机辅助工艺过程尺寸设计系统CADP（Computer Aided Dimensional Planning）。     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性能理论研究

为研究5000m特大跨度悬索桥的三维空气动力稳定性能,首先实现了考虑竖向、侧向和扭转向三自由度自激力和静风荷载的三维全桥全模态颤振分析方法;其次根据风洞试验获得的气动参数对宽开槽和窄开槽两种方案进行了三维颤振性能分析,并与风洞试验和二维颤振分析结果进行了逐项对比,认为二维和三维颤振分析对于5000m悬索桥有可比性;然后实现了特大跨度悬索桥三维三重非线性静风性能分析方法,并对该方案进行研究发现5000m悬索桥的动力失稳先于静力失稳出现,静风稳定性能不控制设计。最终研究结论：从三维分析的角度看,中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽但设稳定板的方案都能给跨度达5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求,5000m特大跨度悬索桥的设计由空气动力稳定性能控制。     

预估蒸汽轮机叶片颤振的三维方法

发展了一种可考虑叶片间相角变化的三维失速颤振预测方法。二维计算的最小气动阻尼比三维值低, 说明取特征截面的二维方法偏于保守, 且特征截面的取法具有任意性, 故二维方法仅能作为叶片颤振初步预估之用。为提高颤振预估的精度, 需用三维计算对二维计算结果进行校核。三维和二维计算均表明叶片间相角对蒸汽轮机叶片气弹稳定性影响很大, 叶片颤振预测必须考虑这一关键因素的影响。      

二维升降法

 提出了一种二维升降法,该方法不仅适用于极小样本情况,而且还可以综合利用以往积累的试验数据和当前的试验数据来预测敏感性变量的百分位值（安全疲劳极限、安全冲击强度等）和百分率（可靠度、破坏率等）。与传统的只能利用当前试验数据的升降法相比,其可利用的信息量有了大幅度增加,所以,在精度相同的情况下,可以节省大量试件;而在试件数一定的条件下,又能提高预测精度。还给出了一个对比实例。     

在激波边界层干扰中后掠柱形区的独立性原理研究

在后掠压缩角引起的三维激波边界层干扰中,柱形的上游影响区表现出准二维的流动特性。实验结果表明,在柱形区中通常的边界层独立性原理不再适用。但是,如果考虑由后掠引起的横流效应修正,柱形区中的上游影响距离的尺度和相应的二维干扰上游影响区尺度之间可以得到很好的相关关系。     

机身、机翼多交点同轴度误差计算

 本文根据误差尺寸链理论推导出机身、机翼结合多交点的直线度误差尺寸链方程式,计算出交点的同轴度及叉耳配合中心位置的直线度误差,从而对产品结合技术要求的合理性提出改进意见,并对其设计补偿作出评价。     

三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态

通过引入依赖于密度的物面法向速度变换wr=-1/ρh1h2∫ozh1h2(e)ρ/(e)tdz,描述物理速度空间(ua,va,wa=u,v,w+wr)具有无滑移壁面条件的三维可压缩非定常连续方程可转换成变换速度空间(u,v,w)内具有无滑移条件定常连续方程.因此,采用定常壁面分离的分析方法和结论,再通过变换和研究wr的贡献,给出了三维可压缩非定常壁面分离的判则以及分离线附近的流动形态.研究指出,二维和三维情况下,都出现伴有壁外附着的壁面分离情况.数值模拟证实了理论和结论.     

用主动柔顺壁运动控制边界层转捩

应用主动柔顺壁运动抑制平板边界层内扰动的增长和推迟边界层转捩的实验研究结果表明,边界转捩过程中的扰动即使已发展到非线性阶段,也能被主动柔顺壁的运动所控制。通过控制柔顺壁下方空腔内的输入声激励强度所产生的控制扰动,可以明显地抑制边界层内扰动的非线性增长率和推迟边界层转捩过程。改变控制扰动与初始扰动间的相位差,对于二维初始扰动,可以明显地提前和推迟边界层转捩过程,但对三维初始扰动,发迹相位差对边界层转     

三维坑湍流分离流动的粘流／无粘流干扰计算

本文对坑的三维分离流动做了低速粘流与无粘流的相互作用计算。对三维边界层反方法进行了分析和讨论。用数值试验的方法验证了在H和α作为已知量的情况下,三维边界层反方法的积分方程是双曲型的,并提出了一种近似数值特征线法进行求解。无粘流采用低速位流面元法。计算表明所用方法可计算出三维效应很强(即横向变化很大)的三维边界层分离流动。     

欧拉方程隐式迭代矢通量分裂跨音流场计算

 本文用矢通量分裂格式的有限体积法求解时间相关欧拉方程组。文中证明,矢通量分裂的有限体积法不能再采用物面反射边界条件。二维问题用隐式迭代法解代数方程组,第三维方向上则用强隐格式往返扫描。此法CFL数可达100的数量级,收敛快,占内存少。跨音流场计算结果与实验符合良好,激波只占一两个网格。     

最优策略的导引特性分析

 本文从微分对策理论出发,在考虑了导弹与目标的响应频宽及纵向加速度下,导出了飞行器的三维最优追逃策略;并以此进行了较全面的导引特性分析。分析表明,最优策略实质上是以零控脱靶作为误差信号的反馈控制,在每一采样时刻近似地以平行接近法作为理想运动状态,是一种修正的比例导引方法。当不计飞行器的响应时间、纵向加速度和控制溢出时,蜕化为常规比例导引。本文还定义了飞行器对对局的可控能力,讨论了相应的影响因素;通过对最优增益系数的计算和分析,加深了对最优策略的认识。     

含偏轴裂纹的三维有限大体应力强度因子能量差率法封闭解

采用能量差率方法,首次导出含偏轴裂纹三维有限大体应力强度因子封闭解。根据此方法,可充分利用二维结果解决三维问题。由此所得解答退化到对称情况时与现有结果符合得很好。同时,本方法计算效率极高     

航空供氧面罩二维密封曲线设计

 分析调查了我国现装备面罩存在的问题,依据飞行员鼻、面部的二维特征数据分布、解剖结构以及供氧生理的需要,提出了新的面罩型号划分方法,确定出各型号面罩所对应的鼻、面部二维参数值,并设计出各型号面罩的二维密封曲线。研究结果可用于测量并提取三维密封曲线,为新型高性能供氧面罩的造型设计提供依据。     

利用上游槽道对角区马蹄涡的控制

在平板上放置圆柱形成角区流动,利用布置在圆柱上游平板上的二维和三维槽道来控制或削弱角区马蹄涡,采用风洞试验和数值模拟开展研究。结果表明,二维和三维槽道均能推迟边界层的分离,使圆柱根部马蹄涡的强度减弱、尺度减小;同时槽道上游压力和逆压梯度均有所下降,槽道下游压力显著升高而逆压梯度总体降低。二维槽道对马蹄涡强度的削弱为61.15%~66.51%,而三维槽道对其削弱为66.65%~80.93%。讨论了三维槽道参数(包括槽道宽度、深度以及其中心线与圆柱中心距离)对控制效果的影响。槽道与圆柱的距离在对马蹄涡的控制中起主导作用。槽道控制的机理是,由于槽道的抽吸效应使得其上游靠近壁面的边界层中涡量较高的流体被卷吸入槽道形成槽道涡,槽道涡由三维槽道输运到下游。同时,随着槽道与圆柱的距离减小,更多的边界层流体流入槽道内。正是上述"槽道效应"使得槽道下游的逆压梯度降低,马蹄涡强度减弱,分离区范围减小。     

一种新的判断二维直角坐标网格角点在任意外形物面内外的算法

 根据计算机图形学中的视线遮挡原理,提出了二维平面上判断直角坐标网格角点在任意外形物面内外的一种新算法,并计算了一个 27× 15的直角坐标点阵元素与 3个等腰三角形物面的位置关系,作为该方法的一个算例。计算结果表明,该方法精度高,计算量小,通用性好,并且易于推广至三维复杂情况。     

The application of dimensional analysis to cosmology

Cosmology as it is usually studied suffers from the problem that no criterion is known which isolates from the large class of models allowed by the equations of physics those few which are realized in Nature. To provide such a criterion, it is proposed that cosmology should be based on the study of models which are free of arbitrary scales or units, this condition being compatible with (but not identical with) the Cosmological Principle. Formally, the basis for scale-free cosmology can be expressed in a dimensional Conspiracy Hypothesis: The material parameters of a system (mass, density, pressure etc.), the constants of physics and the coordinates have realizable physical meanings only when they occur together in dimensionless combinations (-numbers) in which the components may vary with time or place but in such a manner that the variations conspire to keep the -numbers constant. The Conspiracy Hypothesis (CH) streamlines cosmology, simplifying it to the finding of a few dimensionless numbers. Applied to Einstein's general relativity, the CH yields a simple cosmological model consisting of static clusters of galaxies with inverse-square density profiles embedded in an expanding, homogeneous background. This model agrees well with the observed Universe insofar as the latter can be described by general relativity. The CH can also be applied to other theories of gravity, especially those in which the gravitational parameter G is variable, and can also in itself be taken as a basis for gravitational theory.     

柱塞泵保持架滑靴安装孔的设计及尺寸计算

在对柱塞泵运动深入分析的基础上,运用坐标变换法和轨迹投影法,使用MATLAB软件,提出了保持架滑靴安装孔尺寸的形成原因及设计计算方法.该方法的优点是:所有的计算公式都为完整的理论计算公式,没有量的取舍;所有的计算结果都为实解,保证了所得的计算结果为真实的理论值.而且一次计算可以得到滑靴安装孔尺寸设计的所有数据.仿真结果表明:设计方法和尺寸计算是正确的.