光子晶体光纤在光纤陀螺中的应用现状及其关键技术

光子晶体光纤技术发展迅速,凭借其自身材料的突出优势已经在干涉式光纤陀螺中得到了应用。从光子晶体光纤的原理出发,阐述了光子晶体光纤的国内外研究现状和应用于光纤陀螺的潜在优势。同时针对两型光子晶体光纤陀螺:干涉式光子晶体光纤陀螺和谐振式光子晶体光纤陀螺,综述了陀螺层级的国内外研究现状及目前面临的主要技术问题,最后提出了光子晶体光纤陀螺后续发展需要攻克的技术瓶颈。     

谐振式光子晶体光纤陀螺谐振腔优化技术研究

针对谐振式光子晶体光纤陀螺重要的传感部件——谐振腔的关键技术进行优化研究。首先,对谐振腔重要参数进行仿真优化,使其满足谐振腔高清晰度的要求,根据Matlab仿真结果,确定参数优化的主要原则;然后针对光子晶体光纤与普通保偏光纤熔接损耗较大的问题以及偏振噪声问题,提出一种新型光子晶体光纤耦合器,能够有效避免偏振串扰的影响。采用全矢量FDBPM对耦合器的耦合传输特性进行数值仿真,耦合特性表明,传输偏振模的耦合长度较短,在谐振式光子晶体光纤陀螺的小型化方面具有一定的优势。     

光子晶体光纤陀螺仪关键技术研究及进展

光子晶体光纤具有辐照不敏感、热敏感度低等特点,可以显著增强光纤陀螺仪的空间环境适应性,并有利于减小光纤陀螺重量、尺寸和功耗。本文分析了光子带隙型光子晶体光纤和折射率导引型光子晶体光纤的特点,详细阐述了光子晶体光纤陀螺仪的原理、关键技术及国内外进展。     

基于应力强度干涉理论和薄弱环节分析的光子晶体光纤陀螺寿命评估

在空间飞行环境中,航天器承受着各种环境的作用,而每种环境因素都在一定程度上影响着航天器的工作寿命。光子晶体光纤是一种新型光纤,其比传统保偏光纤更耐辐照,是长寿命光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope,FOG)的首选,可以满足长寿命卫星的应用需要。将光纤陀螺特征寿命定义为强度,将热、辐照和振动等环境因素定义为应力,运用应力强度分析理论,采用最坏情况分析方法,分析了在常见应力联合作用下光纤陀螺的薄弱环节,评估了光纤陀螺的在轨工作寿命,验证了光子晶体光纤陀螺在某长寿命通信卫星上的适应性。分析结果表明,热和辐照是影响光子晶体光纤陀螺的重要因素。研究结论可用于有针对性地进行改进设计,为长寿命高可靠卫星提供技术支撑,具有显著意义。     

光纤陀螺在宇航领域中的应用及发展趋势

光纤陀螺作为全固态惯性仪表,具有长寿命、高可靠和空间环境适应性好等显著优点,已广泛应用于国外各类宇航飞行器上。我国光纤陀螺的宇航应用起步于21世纪初,现已应用于导航卫星、通信卫星、遥感卫星、载人飞船、月球探测器等多种宇航飞行器上,对我国宇航飞行器性能的快速提升起到了重要的促进作用。主要介绍了国内外光纤陀螺宇航应用的情况,重点说明了目前几种主流光纤陀螺的技术方案,并对几种新型光纤陀螺(如光子晶体光纤陀螺)的宇航应用特点进行了分析。最后,从宇航应用的技术需求出发,指出了光纤陀螺宇航应用的几类关键技术和发展趋势。     

镍基单晶合金涡轮叶片蠕变分析的MARC用户子程序开发

基于通用有限元软件MARC开发了用于模拟单晶合金材料蠕变性能的用户子程序CRPLAW。该子程序采用经典Norton蠕变本构方程，可以模拟单晶材料在不同温度和不同取向下的蠕变性能。利用CRPLAW对镍基单晶叶片进行蠕变分析，得到了较为满意的结果。通过修改蠕变参数，CRPLAW也可以用来模拟其它晶体合金的蠕变性能。     

Receiver operating characteristics for the coherent UWB randomnoise radar

An ultrawideband (UWB) random-noise radar operating in the 1-2 GHz frequency band has been developed and held-tested at a 200 m range at the University of Nebraska. A unique heterodyne correlation technique based on a delayed transmitted waveform using a photonic delay line has been used to inject coherence within this system. The performance of this radar, assuming a point target, has been investigated from a statistical point of view by developing the theoretical basis for the system's receiver operating characteristics (ROC). Explicit analytical expressions for the joint probability density function (pdf) of the in-phase (I) and quadrature (Q) components of the receiver output have been derived under the assumption that the input signals are partially correlated Gaussian processes. The pdf and the complementary cumulative distribution function (cdf) for the envelope of the receiver output are also derived. These expressions are used to relate the probability of detection (P_d) to the probability of false alarm (P_f ) for different numbers of integrated samples, and the results are analyzed     

Study on the Anisotropy of Meniscus in the Growing Sapphire

This study is aimed at predicting the relationship between the meniscus and the quality of the sapphire crystals produced by the micro-pulling and shoulder at cooled center (SAPMIC) technique. As with different orientations, the shapes of the meniscus vary, so an investigation into the anisotropy of the meniscus shapes is very important for the final quality of the sapphire crystal. An effective model to describe meniscus shapes and their formation process has been presented. The model has been applied to a sapphire crystal of 200 mm diameter in order to check its reliability. The results show that the model proves to be useful for forecasting the final shapes of the sap-phire crystal made by the SAPMIC technique.     

Multipath and ground clutter analysis for a UWB noise radar

An ultrawideband (UWB) random-noise radar operating in the 1-2 GHz frequency band has been developed and field-tested up to a 200 m range at the Environmental Remote Sensing Laboratory (ERSL) of the University of Nebraska. A unique heterodyne correlation technique based on a delayed transmitted waveform using a photonic delay line has been used to inject coherence within this system. The performance of this radar in the presence of ground reflections is investigated analytically and experimentally, and the mitigating effects of UWB waveform on multipath-induced interference are analyzed. In addition, the ground clutter statistics, in a look-down mode, are theoretically established and experimentally verified. The performance of this radar in detecting clutter embedded targets with small radar cross section (RCS) is also experimentally examined.     

保持模式下恒温晶振频率补偿方法

提出了一种恒温晶振在保持模式下输出频率的老化补偿和温度补偿方法,基于批量生产的晶振在驯服及保持阶段测试中积累的大量历史数据,建立了老化补偿和温度补偿模型,对老化特性和温度特性趋势进行了预测,计算出不同时间段及温度偏差所对应的补偿量,有针对性地进行补偿,使恒温晶振在保持模式下依然输出较高精度的频率,为系统高精度守时提供了保障。实验结果表明,该老化特性补偿和温度特性补偿方法可以显著改善晶振在保持模式下的频率漂移,目前已经应用于实际生产的晶振模块产品。     

镍基合金激光超高温度梯度定向凝固

 采用高能激光束作为定向凝固的热源,研究了镍基合金在超高温度梯度（1.0×104K/cm）定向凝固下的组织结构特征。在定向凝固组织中得到了平均一次枝晶间距仅为10.6μm的细枝晶和完全无侧向分枝的“超细胞晶”.对合金元素在不同组织中偏析行为的分析表明：传统的定向凝固组织中存在严重的微观偏析,而激光超高温度梯度定向凝固组织中,元素的微观偏析大大改善甚至完全消除。     

Anhydrous based shear-thickening polishing of KDP crystal

Based on the special physical–chemical characteristics of optical crystal in the field of aeronautics, a new anhydrous based shear-thickening polishing (ASTP) method has been proposed to restrain deliquescence and to improve physical properties for KDP machining. The ultra-precision polishing of KDP crystal is completed by ASTP. A kind of anhydrous based thickening polishing slurry (ATPS) was proposed in our work, and high-performance rheological properties were determined to achieve the ASTP of KDP crystal. A material removal model of ASTP in KDP machining is established, followed by the verification experiment of the prediction model. The maximum error of the predictive model is only 9.8%, which proves the validity of the material removal model for KDP polishing. The polishing experiments were carried out on the polishing platform developed by ourselves. The results show that the new polishing method can polish 20 mm × 20 mm × 5 mm KDP crystal and obtain a super-smooth surface with a surface roughness of 1.37 nm and high shape accuracy. The surface accuracy of polished KDP crystal reaches up to 0.68λ (RMS). The experimental results show that the ASTP is a potential ultra-precision machining method for KDP crystal.     

双合金热等静压复合工艺研究

主要探索采用双合金热等静压扩散连接工艺实现高温合金粉末和ＤＤ３单晶合金间可靠连接的可行性。研究内容包括热等静压（ＨＩＰ）扩散连接温度及热处理对ＦＧＨ９５—ＤＤ３复合界面的成分扩散、界面组织以及叶片材料本身组织性能的影响。研究表明，通过合理的工艺选择与改进，可以在保证对偶材料性能满足要求的前提下实现界面的良好扩散与结合。     

确定激活滑移系类型的一种方法--单晶体颈缩和晶格转动分析

以镍基单晶合金为对象，通过有限元分析，研究了开动滑移系类型与单晶体颈缩截面形状及晶格转动的关系，建立了单向拉伸光滑试样颈缩截面形状、晶格转动与开动滑移系、试样轴晶体取向的关系。在此基础上，结合试验结果，对镍基单晶合金在高温环境下的开动滑移系类型进行确定。进一步讨论了[001]和[111]取向有一定偏角试样的颈缩截面形状，偏角的存在将导致颈缩截面形状的随机性的非圆形，偏角越大，非圆形越严重。     

镍基单晶合金蠕变研究:基于晶体塑性的蠕变建模

在镍基单晶合金高温蠕变建模工作的第二部分,通过提出的蠕变材料模型,在晶体塑性理论的变形梯度与滑移系剪切应变率关系的基础上,结合不同温度下不同滑移系上的蠕变机理,最终建立起滑移系上行为与材料结构变形的联系.材料本构方程的积分采用了四阶Runge-Kutta法,并通过对DD3和CMSX-4两种材料在不同温度,晶体取向和应力水平下的试验曲线进行计算模拟,说明了模型及算法的可行性及对较宽的温度、应力和晶体取向下蠕变行为模拟的能力.      

镍基单晶合金DD3的寿命预测模型

探讨了镍基单晶合金在承受机械载荷和温度载荷时的寿命预测模型。基于疲劳 -蠕变试验及热机械疲劳 -蠕变试验 ,分析了各影响寿命的主要因素。典型断口的 SEM分析表明 :断口由小剖面组成 ,在小剖面的中心 (附近 )有形核于铸造缺陷的小空穴 ,这些小孔洞有不同程度的长大 ,相对于蠕变 ,疲劳断口的小空穴数量 (密度 )明显增加。详细的观察表明 ,这些空穴对高温带保载的疲劳断口而言 ,承受拉伸保载的断口上的空穴明显较承受压缩保载断口上的空穴大。概括而言 ,镍基单晶合金的破坏受到的影响为空穴扩张和材料消耗 ,对蠕变、疲劳和热疲劳都相同。针对镍基单晶合金叶片的温度、载荷特点 ,可以用线形寿命模型统一描述工作寿命。     

航空发动机冰晶结冰研究进展

飞机在高空区域巡航时可能遭遇冰晶气象，导致发动机吸入冰晶颗粒发生结冰故障，欧美等国已将冰晶结冰纳入适航 取证要求，中国也考虑在后续发动机适航取证中增加冰晶结冰考核项目。为了准确掌握国内外冰晶结冰研究现状，通过调研文 献，对比了冰晶结冰与过冷水滴结冰在结冰位置、结冰条件和结冰机理方面的区别，阐述了试验研究和数值仿真方面的重要进展， 其中，试验研究分别介绍了冰晶在静态部件和动态部件内的撞击与结冰过程，数值仿真按照空气流场计算、冰晶运动轨迹和撞击 特性计算及结冰计算的顺序，总结了欧拉法与拉格朗日法的区别、冰晶运动相变与黏附过程及结冰热物理模型，并介绍了冰晶结 冰软件在数值模拟中的广泛应用，提出了目前在冰晶碰撞、结冰热力学模型、结冰探测及风洞试验等方面需要进一步研究的内容， 以期为中国冰晶结冰研究提供参考。     

单晶高温合金定向凝固热参数的计算机检测及热分析计算

本文叙述了在炉前应用的高温合金定向柱晶和单晶凝固过程的热参数检测和处理的微机系统及相应的热分析计算数学模型，解决了工作现场的干扰问题，建立了一套能用于炉前定向凝固工艺研究的微机系统。并将该微机系统成功地用于ＤＤ３单晶高温合金凝固过程的研究。试验表明：尽管凝固过程中的工艺因素（如：铸型的下降速度，加热器温度）不变，但直接影响单晶铸件组织和性能的凝固参数（温度梯度，凝固速度等）是变化的。因此，应随时根据凝固参数的变化规律对工艺参量进行自动调节，才能使凝固过程处于理想的状态。     

基于筏化的镍基单晶合金高温蠕变模型

采用应力法以及界面能法对不同取向的镍基单晶合金在950℃下的筏化类型进行了预测.上述两种方法的筏化预测结果一致,[001]取向为N型筏化,[011]取向为P型筏化,[111]取向不筏化.进一步,根据筏化预测结果以及晶体滑移理论,结合Kachanov-Robotnov（K-R）损伤演化公式,建立了一个镍基单晶合金蠕变模型,采用该模型并结合商用有限元软件Abaqus的用户材料子程序（UMAT）二次开发接口,对[001],[011]和[111]取向下的CMSX-4镍基单晶合金,在950℃,180~450MPa应力条件下的蠕变变形行为进行了模拟.该模型能够准确预测镍基单晶合金的筏化类型以及滑移系开动规律,更加符合材料的蠕变变形物理机制,因此模型可以对镍基单晶合金的高温蠕变曲线的第2,3阶段进行很好的模拟,并得到了试验的验证.      

用于合成金刚石薄膜的微波等离子体CVD系统

研制了一套功率容量大、结构合理、工作稳定的微波等离子体ＣＶＤ系统。描述了系统的基本结构和性能，讨论了它的特点。作者利用该系统，在单晶Ｓｉ等衬底材料上成功地合成了金刚石薄膜。