超导核磁共振技术在航天员生命保障中的应用前景探究

长期空间飞行会对航天员的身心健康造成一定的不利影响,开展航天员生命保障的研究是非常必要的。核磁共振技术是疾病检查诊断的重要手段,同样在航天员生命保障医疗中将发挥重要的作用。文章结合国内外相关研究进展以及航天员选拔、训练和航天员医监医保的相关知识,探究了超导核磁共振技术在航天员生命保障中的应用前景。     

动态环路法磁矩测量技术研究

文章提出了一种新的航天器磁矩测量方法——动态环路法。首先,利用高斯电势级数公式建立了航天器的磁性偶极-四极模型。然后,针对模型中的8个磁矩分量,基于动态环路法的基本测量原理,设计了5组磁通感应线圈;根据8个磁矩分量的磁感应强度分布以及5组线圈的具体形状和位置,给出了各磁矩分量的磁通量表达式和利用积分法计算各个磁矩分量的公式。最后,对在推导过程中由于简化带来的近似误差和利用积分法计算公式理论计算误差进行了初步分析。当线圈间隔L为半径r的5%时,近似误差和积分法理论计算误差分别不超过2%和0.17%。结果表明,该方法不但能够获得航天器的磁矩大小并计算出其磁心坐标,而且还具有测量过程简单、测量速度较快以及测量精度高的优点。     

磨粒建模方法与切削过程仿真研究

针对砂轮表面上磨粒形状不规则、尺寸不确定的几何特征,研究了模拟实际磨粒的几何建模方法。采用随机空间平面切分正六面体的方法构建了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体结构磨粒。基于LS-DYNA软件,采用流固耦合有限元法模拟了不规则多面体结构磨粒的切削过程。分析切削过程中工件材料的应力分布规律与切削变形规律,得出结论:工件材料的加工应力主要集中在与磨粒切削刃及棱角接触的区域;切屑沿磨粒挤压前面向上流动,并于挤压面法向方向上流出;磨粒挤压前角的增大有利于切屑的形成。利用陶瓷立方氮化硼(CBN)砂块进行了磨粒划擦试验,试验结果证实了磨粒切削仿真结果的准确性。     

一种低干扰力矩的三自由度球面磁轴承

提出一种低干扰力矩的三自由度球面磁轴承结构,球面磁轴承定、转子均采用球面结构。当磁通作用在转子的球形包络面时,产生的电磁力会指向转子球心,不会对转子产生干扰力矩,但少量的漏磁磁通会作用在转子的非球形平面上,导致低干扰力矩的出现。利用等效磁路法对球形转子偏转时轴向部分漏磁导致的干扰力矩进行分析,得出干扰力矩的数学表达式。运用有限元法分析球面磁轴承和柱面磁轴承产生偏转时的干扰力矩,结果表明干扰力矩随着转子偏转角度的增加而增大,当转子偏转角达到最大允许值0.3°时,球面磁轴承与柱面磁轴承相比干扰力矩减小两个数量级。球面磁轴承的低干扰力矩特性决定其特别适用于磁悬浮控制力矩陀螺,可提高陀螺的控制精度,在磁悬浮高能密度电机、其他飞轮系统等场合具有广阔的应用前景。     

Spin-axis pointing of a magnetically actuated spacecraft

Attitude regulation proves to be a challenging problem, when magnetic actuators alone are used as attitude effectors, since they do not provide three independent control torque components at each time instant. In this paper a rigorous proof of global exponential stability is derived for a magnetic control law that leads the satellite to a desired spin condition around a principal axis of inertia, pointing the spin axis toward a prescribed direction in the inertial frame. The technique is demonstrated by means of numerical simulation of a few example maneuvers. An extensive Monte Carlo simulation is performed for random initial conditions, in order to investigate the effect of changes in control law gains.     

大功率同轴谐振器连接缝隙EML和PIM研究

在大功率工作环境中,射频电路经常发生电磁泄漏(ElectroMagneticLeak,EML)和无源互调(PassiveInter Modulation,PIM)等现象。而在同轴谐振器中,不稳定连接缝隙处成为增加电磁泄漏EML和PIM问题风险的隐患部位。文章通过对同轴谐振器等效电路建模和电磁场建模给出了缝隙位置与电磁场表面电流的关系,并分析了3种不同结构同轴谐振腔EML特性。结果表明通过微调连接缝隙,使其有效偏离同轴谐振器的电流波幅点位置,可以降低大功率同轴谐振器的连接泄漏,从而减小无源互调的风险。依据分析结果选取了3种同轴结构(单螺钉连接、法兰内连接、法兰外连接)中连接泄露最小的结构作为大功率器件的基本结构,小批量器件在大功率测试和试验中无EML和PIM现象。     

复杂曲面铝反射镜磁流变抛光工艺优化

采用超精密车削加工的复杂曲面铝反射镜只能满足红外光学系统的应用需求,若要满足更高需求的应用场合,需要进一步提升反射镜面形精度。磁流变抛光能够进行确定性修形,在复杂曲面加工中具有独特优势,但是复杂曲面连续变化的面形特征,在磁流变抛光时会导致去除函数不稳定,影响误差收敛效率和加工精度。从高精度复杂曲面铝反射镜的应用需求出发,提出了复杂曲面局部区域磁流变抛光去除函数的动态建模方法,给出了驻留时间求解算法,以平均曲率变化最小为原则,设计了抛光路径优化算法,针对该算法计算速度慢的问题,提出了优化策略,并通过试验进行了验证,最终加工的复杂曲面铝反射镜的面形误差为0.216λ PV、0.033λ RMS （λ=632.8 nm）。     

基于转子不平衡响应的磁轴承磁力参数辨识

针对磁轴承磁力参数理论设计值不精确的问题,提出了一种基于不平衡响应的磁力参数实验辨识方法.利用转子的质量不平衡在高速转动时的离心力效应,通过检测磁轴承在零电流控制状态下的同频位移响应和零位移控制状态下的同频电流响应,解算磁轴承磁力参数.设计了基于通用陷波器原理的零位移控制器和零电流控制器,并通过设置T矩阵保证闭环系统稳定.实验结果表明:基于不平衡响应的磁力参数辨识方法,辨识结果与理论设计值差别在20%之内,证明了该方法的正确性和改进磁轴承力学参数的有效性.      

线圈磁传感器的发展现状与空间应用

基于电磁感应的线圈磁传感器由于其灵敏度高、工作原理简单、性能可靠,在空间微弱磁场测量方面获得广泛应用。文章介绍了线圈磁传感器性能提高的几项主要技术及其基本原理,以及线圈磁传感器的发展及空间应用现状。通过采用优化设计磁芯,改善线圈结构以及与其他类型磁传感器协同工作等技术,线圈磁传感器的性能已经获得极大提高。随着这些技术的进一步完善,线圈磁传感器将在未来空间环境探测领域中发挥更加重要的作用。     

微小卫星三轴稳定磁控算法工程应用

为降低微小卫星的成本和提高卫星可靠性,研究采用磁力矩器作为唯一执行机构对卫星进行三轴姿态稳定的问题。利用线性二次型调节器（LinearQuadraticRegulator,LQR）最优控制理论分别设计无限时间状态调节器和定常增益状态调节器,实现纯磁控下的微小卫星对地三轴稳定控制。同时结合卫星实际工程应用,以在轨飞行的“开拓一号”卫星为研究对象,分析卫星惯量积、轨道倾角、剩磁干扰、气动干扰等因素对控制精度的影响。仿真结果表明LQR控制器具有稳定性和实用性,在小干扰情况下,控制精度较高。