分子标记速度测量技术及应用研究进展

分子标记示踪技术是用于流场显示和速度测量的一类激光诊断技术。通过分析目前常用的分子标记方法、分子标记显示方法以及数据处理方法及其研究进展,对分子标记示踪测量技术进行了较为全面的介绍;列举了OH 和NO 分子标记示踪技术在超声速流动、边界层流动及发动机尾流的测量应用实例,并对实际应用中反应流场背景干扰、测量环境的强振动和内流场测量中光学窗口的影响进行了讨论和分析。     

基于光流算法的粒子图像测速技术研究

光流测量技术作为一种新的空气动力学实验技术,以其像素级分辨率的矢量场测量优势获得广泛的应用。光流测量技术使用光流约束方程,配合平滑限定条件,可以进行速度场测量,获得高分辨率的全局矢量场。首先通过研究积分最小化光流测速理论和算法,采用C++编写光流速度测量程序,然后通过3种典型人工位移图像对光流计算程序进行验证,并将结果和标准位移分布进行比对分析,以指导如何在实际应用中获得高精度光流速度场,最后进行小型风洞后向台阶实验,利用高速相机拍摄示踪粒子图像,使用光流计算程序获得速度矢量场,同采用互相关算法的粒子图像测速计算结果进行比较,体现出光流计算方法像素级分辨率的矢量场测量优势。     

自由落体下落速度振荡现象的研究

为了研究自由下落物体的速度震荡现象,基于相对运动原理,应用立式风洞研究了5种典型形状的物体在上升气流中的悬浮特性。模型包括球形、正方体、长方体、短圆柱体和碟形等刚体。风速的平均值由皮托管风速计测得,同时通过CCD相机记录了物体达到悬浮状态前后的运动状态并进行了定量分析。实验结果表明:对称性较好的物体具有较稳定的悬浮特性;而非对称性物体,由于不同姿态角下的阻力系数和扭矩系数不同,很难维持一个稳定的悬浮状态,将伴随姿态的变化不断发生振荡运动。从而说明,空间形体对称的物体自由下落过程中可以达到较稳定的最大下落速度,而形体非对称的物体则难以达到确定的最大速度。除实验研究之外,还采用动态网格数值模拟手段计算了二维方形模型下落过程中的姿态角及运动轨迹,同时得到模型不同姿态角下的阻力和扭矩,计算结果也进一步解释了物体下落速度会发生振荡的原因。     

离散速度方法及其在跨流域问题中的应用研究进展

往返大气层跨流域飞行器的气动力和气动热计算一直是当前流体力学研究的难点和热点之一。由于该类飞行器面临的流动场景不再是单一的连续流或稀薄流,采用Navier-Stokes方程求解器或DSMC方法均不能获得全流域的准确结果。近年来,以不依赖于连续性假设的Boltzmann模型方程为基础,通过在位置空间和速度空间同时离散求解该方程,实现了跨流域问题的统一求解。本文对该类算法的研究进展进行回顾和分析,着重介绍气体动理论统一算法（Gas kinetic unified algorithm, GKUA）、统一气体动理学格式（Unified gas kinetic scheme, UGKS）和改进离散速度方法（Improved discrete velocity method, IDVM）3种数值途径,分析它们的基本假设和实现方式,关注它们目前取得的进展和应用情况。同时,本文还将IDVM进一步扩展到非定常情形,以便用于非定常跨流域问题求解。最后,本文对该类算法存在的一些问题进行讨论,期望在后续的研究中能予以解决。     

圆扇形滑移线场—速度解的校核

滑移线理论是解刚塑性平面应变间题的一种有效方法,而圆扇形场则是常使用的。但求出的速度场与应力场是否一致即λ是否不为负,校核很麻烦。如果不能证明λ≥0,则解的正确性也就得不到证明。本文对圆扇形场进行了分析,并就几种重要的特殊情况得到了具体结果。本文(5)式是从定义直接推出的,也可从文[3]推出。     

距离多普勒成像和多散射点定位

距离多普勒雷达成像系统的基本任务是利用雷达回波信号的距离和多普勒信息重构目标反射率的空间分布。本文把用逆合成孔径雷达对运动目标进行距离多普勒成像当作多散射点定位问题来研究,把成像雷达信号处理的两个关键,运动补偿和成像作为最大似然估计问题一起求解。原则上需进行多维搜索,一般情况下,目标上散射点的个数、位置以及目标的轨道运动都先验未知,这种求解的计算量极大。在若干合理的假设成立时,可引入DFT,免去估计散射点个数和位置,大大减少搜索维数,并可利用FFT,从而大大提高计算效率。这样做的代价是最终的成像质量有所下降。当目标轨道运动模型可用二次的距离时间函数描述时,只需进行二维搜索,文中导出了进一步简化的相位补偿和成像算法,并给出了计算机模拟结果。     

切削过程优化问题的边界极值解法

本文首先讨论切削过程优化问题目标函数的极值问题,并完成切削过程优化问题目标函数无极值的证明,给出了在刀具耐用度满足泰勒公式条件下的特例证明。在此基础上提出了该类问题的边界极值解法,把两维空间内的求极值问题转化为一维问题求解,大大减小了计算量。本文还讨论了边界极值求解方法在计算机实现过程中若干问题,包括约束分类方法、约束边界的组合方法、约束边界在计算机内的表达方式等问题。本文最后给出了一个应用边界相比求解的实际例子,并与采用传统的数学规划求解方法进行了比较。结果表明,两者计算结果一致,采用边界极值法的计算速度比数学规划方法提高了一个数量级。     

改进的模拟温补晶振宽温补偿方法

当要求模拟温补晶体振荡器(TCXO)在宽温范围内频率温度稳定性优于±1×10-6时,使用传统补偿方法通常一次成功率低.通过对温补精度影响因素的分析,得出温补网络中热敏电阻测试方法和计算模型误差较大.因此,提出一种改进的宽温补偿方法.首先,参考热敏电阻在宽温范围内在线测试,获得实际数据;然后,待使用热敏电阻依据参考热敏电阻测试数据进行比例建模,得到各温度对应电阻值;最后,将建模后的待使用热敏电阻代入温补网络计算程序,采用遗传算法优化计算网络参数.通过与传统方法的对比试验,表明该方法建模的热敏电阻与实际测试值更接近,温补网络计算程序更灵活,温补一次成功率提高到约90%以上.      

基于水平集方法的复杂地质速度模型表达

地质速度模型表达的难点在于对复杂地质现象的精确描述和对正、反演应用的有效支持。提出了一种将速度间断面信息以隐函数的零等值面形式内嵌于速度模型的表达方法,多重拷贝策略使得相邻的速度块体互不干涉,妥善处理了在速度间断面处插值速度信息的矛盾。该表达方法适于描述复杂地质构造下的速度模型,如多值层面和具有非流形性质的断裂层面。在基于射线理论的应用中,利用符号距离场和速度间断面二叉树能迅速获得空间任意点的速度信息,检测射线与速度间断面的相交关系,并使射线在速度间断面处严格执行Snell定律,提高了射线路径的正确性。两组射线追踪的应用实例验证该表达方法的有效性。      

静电力平衡式石英挠性加速度计闭环控制系统的设计与分析

针对一种静电力平衡式石英挠性加速度计,建立其表头系统模型并设计一种静电力平衡式闭环控制系统.建立表头摆片的刚度模型和挠度模型,摆片转动引起的电容间隙变化不均匀影响驱动、检测参数;建立驱动电容的静电力方程并分析了静电力负刚度对表头系统刚度的影响.表头的高真空度导致表头阻尼近似为0,因此在闭环控制系统中引入阻尼补偿环节,避免系统在表头谐振频率处振荡,并且在闭环控制系统中设计积分环节和校正环节来提高系统的快速性和稳定性.仿真分析结果表明:在闭环控制系统中引入阻尼补偿环节后可以有效减小系统振荡,静电力平衡式石英挠性加速度计闭环控制系统带宽为2 380 Hz,阶跃响应的超调量为3%,调节时间为0. 5 ms,当系统静电力负刚度增大时,闭环系统也可以稳定工作.