微型石英音叉谐振陀螺抗冲击的建模与仿真

随着微机电系统技术的飞速发展,微型石英音叉谐振陀螺在各个领域中的应用越来越广泛,工作环境也越来越复杂,有些工作环境非常恶劣,需要经受冲击环境的考验。针对微型石英音叉谐振陀螺结构中“V”字梁在抗冲击方面的设计问题,基于国家标准中的归一化冲击响应谱,利用有限元分析仿真软件COMSOL Multiphsics,分析了不同“V”字梁厚度参数在受到6个方向的1500g、2ms的半正弦冲击时产生的应力和形变。仿真结果表明,当“V”字梁厚度为100μm时,其受到Z+方向的冲击产生的应力为83.045MPa;当“V”字梁厚度为60μm时,其受到Z-方向的冲击产生的应力为149.032MPa;当“V”字梁厚度为80μm时,其受到Z-方向的冲击为94.721MPa。由于石英材料的断裂强度为95MPa,所以“V”字梁的厚度最小值约为80μm。     

多弱连接扇形超流体干涉栅陀螺的性能分析

针对传统超流体干涉栅陀螺中梯度热相位的引入使得角速度信息被无用信息淹没而不易提取的突出问题,提出了一种无梯度热相位的多弱连接扇形超流体干涉栅陀螺结构,并对该陀螺的精度和灵敏度性能进行了深入的研究。首先在明晰了干涉栅结构中梯度热相位形成机理的基础上,设计了无梯度热相位且相邻干涉环路面积相等的新型干涉栅陀螺结构。其次建立了该陀螺的数学模型,验证了陀螺敏感角速度的过程。最后对该系统的角速度检测范围和灵敏度进行了深入分析,探究了敏感面积、薄膜面积、约瑟夫森频率、微孔数目和弱连接数对超流体干涉栅陀螺检测角速度的影响,通过仿真对比分析,验证了该结构陀螺的超高精度、超高灵敏度性能。     

双端固支石英振梁力频系数与热弹性品质因数分析

双端固支石英振梁作为微型谐振式石英传感器的核心敏感元件,其力频系数和品质因数对传感器的灵敏度和分辨率具有重要的影响。石英振梁的力频系数越高,同等条件下传感器的灵敏度也越高;振梁品质因数越高,传感器的分辨力亦越高。对于工作于一阶振动模态的石英振梁而言,力频系数与热弹性品质因数仅与其自身的结构尺寸参数有关。通过分析发现,石英振梁的力频系数与热弹性品质因数之间存在一定的矛盾。详细分析了石英振梁力频系数与热弹性品质因数的特点及两者之间的定量影响,给出了两者的理论模型与仿真方法,建立了力频系数-热弹性品质因数的目标优化函数。分析结果表明,在音叉尺寸范围内,目标优化函数值从0.064增加为0.64,且变化趋势与品质因数相类似。最后,分析了在设计用于微型谐振式石英传感器的双端固支石英振梁时该如何获得最佳的传感器性能。     

随机载荷作用下机翼副油箱挂架的疲劳寿命分析及优化

对机翼13肋过渡梁及副油箱挂架进行了总体有限元分析,得到了后接头吊挂区为疲劳危险区域。在细节应力分析时,建立了轴承连接,得到了吊挂轴承开孔区的细节应力分布。以此静力结果为基础,编制随机疲劳载荷谱,使用FE-safe疲劳分析程序得到轴承开孔区的裂纹形成寿命,该寿命不满足飞机6000次起落的寿命目标。通过对后接头的耳片加宽至52mm,或者加厚至12mm时,可满足飞机的寿命目标。     

脉冲爆震涡轮发动机共同工作特性

为了研究脉冲爆震涡轮发动机（pulse detonation turbine engine,PDTE）共同工作特性和整机性能,建立了其共同工作分析模型。一方面,利用该模型对PDTE原理样机的性能进行了评估并与试验结果进行对比,计算结果表明,模型计算误差不大于11.2%,随着工作频率的提高,PDTE原理样机推力可进一步提升,但共同工作线朝压气机喘振边界靠近。另一方面,以某涡喷发动机为原型,对利用脉冲爆震燃烧室（pulse detonation combustor,PDC）替换主燃烧室后的整机性能进行了研究。计算结果显示:保持PDTE的迎风面积和涡轮前温度与原涡喷相同,PDTE的最佳压气机增压比从原发动机的5.5减小到2.25,当PDTE工作频率达41.5Hz时,流量与原涡喷相同,此时推力比原涡喷提升20.2%,耗油率降低14.0%。      

磁选态铯原子钟弱信号直接采样方法研究

磁选态铯原子钟的输出频率与铯束管输出的弱电流信号有关，影响其频率稳定度。为了提高其频率稳定度技术指标，在对磁选态铯原子钟主伺服电路弱信号压频转换（V-F）和模/数 (A/D)直接采样对比的基础上，设计了基于DSP28335芯片的A/D直接采样电路，利用CAN总线通信技术与主控CPU板进行通信，实现整钟闭环锁定的方案。通过试验与被测磁选态铯原子钟现有压频转换法进行对比，结果表明，所设计的A/D直接采样法较压频转换法减小了磁选态铯原子钟相对频率偏差范围，改善了短期频率稳定度，具有实用价值。     

基于动态故障树的卫星可靠性分析

针对卫星系统的可靠性问题，提出了一种基于动态故障树的卫星可靠性分析方法。采用马尔可夫链和二元决策图相结合的分析方法，建立卫星的电源、姿轨控和推进3个分系统的动态故障树模型，在此基础上得到卫星的随机故障模型，并综合考虑损耗故障建立卫星可靠性模型。利用蒙特卡洛仿真对随机故障模型进行评估分析，并将其与Weibull分布模型进行性能比较，仿真结果表明该方法能够有效分析卫星的随机故障，具有计算精度高、效率高的优点，并能更有效地模拟卫星部件随机故障的动态行为。     

MEMS梁膜结构流量传感器设计与实现

流量是工业检测重要参数之一。流量检测技术随着微机械电子系统（MEMS）技术的发展与应用，向着小型化、高精度、智能化的方向发展。基于MEMS技术设计了一种梁膜结合的压差式流量传感器结构，分析了其基本工作原理，采用硅微加工工艺对传感器进行了流片加工，然后对封装完成的传感器样机进行了气流和水流静态性能测试。气流测试灵敏度为0.3508mV/（ms-1）2，测试基本精度为0.5885%FS；水流测试灵敏度为41.5241mV/（ms-1）2，测试基本精度为0.9323%FS。结果表明，所设计传感器具有较高的灵敏度与基本精度，从而能完成流量信号的检测。     

超流体陀螺相位波动噪声自适应抵消系统分析

针对超流体陀螺相位波动噪声影响陀螺角速度检测精度的问题,提出了一种基于递推最小二乘（RLS）算法的陀螺自适应噪声抵消系统。首先,建立了超流体陀螺的相位检测模型,得到了陀螺输出薄膜幅值和相位的关系。其次,考虑热运动的影响,建立了相位波动噪声的等效输入角速度模型,探索了陀螺参数对角速度噪声的影响,得到了陀螺角速度噪声幅值范围。在此基础上,考虑该角速度噪声与输入角速度的互不相关性,将超流体陀螺薄膜幅值解算输出的混合角速度信息作为抵消系统的期望输入,将相位波动噪声引起的角速度噪声作为RLS自适应滤波器的参考输入,通过自适应调节参数使得RLS自适应滤波器的输出与混合角速度信息的噪声部分相抵消。通过与最小均方（LMS）算法仿真对比表明,在大角速度、大噪声情况下,该抵消系统能够有效消除陀螺混合角速度信息中的噪声成分,且具有较快的收敛速度和较好的稳定性。      

石英谐振加速度计振梁内部热应力的抑制方法研究

石英谐振加速度计具有抗干扰能力强、准数字输出和易于集成等优点，但温漂成为了制约其稳定性指标的关键因素。本文通过全石英无异质材料设计和热应力隔离结构方案有效抑制加速度计振梁内部产生的热应力。传感器敏感结构由惯性质量块、铰链、固定基底和微谐振器组成，均采用石英晶体材料制备，且两个微谐振器呈差动布置可以通过差分对振梁内热应力进行部分抑制。通过微谐振器的四边形框架设计可以将工作环境中产生的热应力与振梁隔离，再对固定基底上的热应力敏感部分进行拓扑优化设计来抑制工作时从固定锚点处传递至振梁内部的热应力。本文对石英谐振加速度计进行了全温度下的有限元仿真计算分析，工作环境温度从室温到75 ℃，微谐振器振梁内部产生的热应力经优化后减少了99.41%以上。