摘要：弹性超材料是一种具有超常力学和声学性能的人工微结构,具备独特的带隙特性,通过对其带隙的动态调控设计,可以满足航空航天领域中重大装备对减振降噪性能的特定需求.文章基于深度学习开展弹性超材料带隙的逆向设计技术研究.首先,利用深度学习模型在图像处理方面的优势,以像素图像的形式表示单胞结构并将其转换为像素数据,基于参数化曲线描述和膨胀函数运算生成样本构型,并结合两种方法的优缺点,快速生成大量具备带隙特征、多样性好的样本数据;其次,采用条件生成对抗网络进行弹性超材料结构逆向设计,将色散曲线作为样本条件,并利用PatchGAN判别器关注图像区域的误差细节,提升网络对图像细节的处理能力,同时引入新的误差评估标准,提高误差评估的精确度;最后,开展弹性超材料带隙的逆向设计,包括带隙的拓宽、生成和扩增等,通过数值计算得到逆向生成结构的频率响应曲线,结果显示逆向设计弹性超材料弹性波衰减范围与给定带隙区域吻合,验证了逆向设计技术的可靠性,为弹性超材料主动带隙调控提供了一种有效的设计方法.

摘要：碳化物超高温陶瓷具有高熔点(>3000℃)、高硬度、低热导率、优异的耐高温性和良好的化学稳定性等优点,是高超声速飞行器热防护系统的理想涂层材料。本文概述了碳化物超高温陶瓷(TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC)的结构与性质,总结了化学气相沉积法、等离子喷涂法和固相反应法制备碳化物超高温陶瓷涂层的研究进展,分析了涂层微观结构、组分、结构设计以及热流密度对烧蚀行为的影响。研究表明,添加第二相形成多元复合涂层和采用多层结构设计,可以有效提升碳化物超高温陶瓷涂层的抗烧蚀性能。添加第二相形成复杂氧化物,可使烧蚀后的氧化层适度烧结,从而获得良好的结构完整性和阻氧性能。采用梯度分层和多层功能结构设计,有效缓解了涂层热应力,抑制了裂纹扩展,并促进了不同层间的协同增强作用。最后,结合研究现状,对碳化物超高温陶瓷抗烧蚀涂层发展面临的挑战与机遇进行了展望。

摘要：相比于刚性连杆并联机器人,绳驱并联机器人(cable-driven parallel robot, CDPR)存在结构简单轻盈、工作空间大、响应速度快及成本低廉等优点,非常适合极端空间环境.然而,由于电机、绳索和末端执行器之间存在复杂的耦合关系, CDPR工作空间和刚度的求解具有挑战性.基于此,提出一种四绳驱动并联机器人工作空8间与刚度的建模、分析及优化方法,用于指导CDPR动锚点位置设计决策.首先,建立考虑滑轮模型的CDPR运动学模型,并通过优化方法对CDPR“电机-绳索-末端”多层运动学进行求解;然后,建立CDPR的工作空间,并给出工作空间优化的求解方法;进一步地,推导CDPR的刚度模型,并给出刚度优化的求解方法;最后,根据优化后的工作空间与刚度模型,对CDPR的动平台锚点位置设计决策进行优化.数值仿真和实验验证了所提出方法的正确性与有效性.

摘要：水下无线电能传输系统受水流影响,原副边线圈会有一定的偏移。由于线圈磁心的存在,线圈相对位置的改变会使磁耦合结构参数发生变化,影响系统整体的谐振频率。当逆变器的工作频率与系统的谐振频率不一致时,会导致系统传输功率与传输效率的降低。在串联-串联拓扑无线电能传输系统的基础上,通过计算逆变器前直流母线电流与逆变器输出电压和电流间相角的关系,设计出相应的相角测量电路,并配合通用的梯度下降算法,提出磁耦合结构参数偏移条件下的在线零相角频率跟踪策略。通过一个200 W的无线电能传输系统验证所提方法的可行性和有效性,在30 ms的时间内实现系统的零相角跟踪,功率最高可提高16.24倍,同时效率提高了17.38%。

摘要：由于传统声波探测技术依赖地层物性差异,因此识别范围和精度受限。为解决该问题,基于质量弹簧结构模型,利用声学超材料独特微观结构的声学原理,设计了3层结构的声学超材料颗粒,优化了材料的结构尺寸,优选了材料的组成,建立了超材料颗粒的声学特征模型,以表征被动发声超材料颗粒特殊的声频和声强特性。采用有限元数值模拟软件模拟了声学超材料颗粒的性能,结果表明,声学超材料颗粒具备特殊声学频带,且特征频率随着粒径减小逐渐升高。在声学禁带频率范围内,声波无法穿透超材料颗粒群,大部分被反射;在声学禁带频率范围外,声波可以穿透超材料颗粒群。声学超材料颗粒具备井下声学强化造影能力,具有评价井筒完整性和监测压裂裂缝的潜力。

摘要：随着自动驾驶技术的快速发展,环境感知系统对多传感器融合的需求日益增加。4维(4D)毫米波雷达因其在复杂天气和光照条件下的稳定性能而成为自动驾驶领域的重要传感器之一。尽管4D毫米波雷达通过增加俯仰角信息和提高点云密度改善了目标检测的精度,但其点云稀疏性和噪声问题限制了其独立应用。因此,4D毫米波雷达与视觉传感器的融合成为提升自动驾驶感知精度的关键。然而,传统的外参配准方法依赖繁琐的手动操作,难以满足高效自动化配准的需求。为解决这一问题,该文提出了一种基于标定板的4D毫米波雷达与视觉图像自动外参配准方法。该方法首先设计了包含ChArUco标记、红色圆环和角反射器的标定板,然后通过圆检测算法和角反射器检测算法自动提取配准点的图像坐标和雷达点云坐标。此外,还提出了一种通过3D Max和Unity仿真的方式实现配准数据采集与验证的方法。最后,通过实验比较直接线性变换(DLT)和外参配准(EC)2种方法的性能,评估配准精度。结果表明,所设计的标定板和自动配准算法能够有效地减少人工操作,并且在配准点个数较多时,EC方法具有更高的配准稳定性和配准精度。

摘要：动量比是针栓喷注器的无量纲设计参数,对喷注器的混合效果及燃烧特性影响显著。为研究局部动量比变化对径向槽式气氧/煤油针栓喷注器燃烧特性的影响规律,使用数值仿真方法开展研究。仿真使用中心推进剂的偏转角模型作为煤油液滴的初始喷射角,并采用包含详细化学反应机理的火焰面模型对针栓喷注器燃烧场进行详细仿真,在此基础上研究局部动量比对燃烧场及燃烧效率的影响规律。结果表明:燃烧室内存在中心回流区和燃烧室头部回流区;局部动量比约为1时燃烧效率达到最高;燃烧室内温度场沿燃烧室轴向呈带状分布,沿燃烧室周向呈高低相间的齿轮状分布;随着局部动量比从0.53变化到1.46,燃烧模式呈现单火焰到双火焰再回到单火焰变化。

摘要：针对现有基于深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法的再入制导方法计算精度较差,对强扰动条件适应性不足等问题,在DDPG算法训练框架的基础上,提出一种基于长短期记忆-DDPG(long short term memory-DDPG,LSTM-DDPG)的再入制导方法。该方法采用纵、侧向制导解耦设计思想,在纵向制导方面,首先针对再入制导问题构建强化学习所需的状态、动作空间;其次,确定决策点和制导周期内的指令计算策略,并设计考虑综合性能的奖励函数;然后,引入LSTM网络构建强化学习训练网络,进而通过在线更新策略提升算法的多任务适用性;侧向制导则采用基于横程误差的动态倾侧反转方法,获得倾侧角符号。以美国超音速通用飞行器(common aero vehicle-hypersonic,CAV-H)再入滑翔为例进行仿真,结果表明:与传统数值预测-校正方法相比,所提制导方法具有相当的终端精度和更高的计算效率优势;与现有基于DDPG算法的再入制导方法相比,所提制导方法具有相当的计算效率以及更高的终端精度和鲁棒性。

摘要：针对现有轨迹跟踪控制方法较难兼顾控制精度与稳定性的问题,提出一种基于Udwadia-Kalaba(U-K)控制理论的鲁棒控制方法。基于拉格朗日法建立机器人动力学模型,将动力学参数分为确定的名义部分与不确定部分;结合U-K理论与系统名义部分参数确定外骨骼机器人系统理想运动轨迹约束下的名义部分控制力矩;为消除机器人系统不确定部分的影响,引入鲁棒控制器,通过划分不确定性边界确定其应输出的额外控制力矩。仿真结果表明:相较于传统PID算法,基于U-K控制理论的鲁棒控制的外骨骼机器人髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪控制精度分别提高了76.4%和96.8%。基于设计的下肢外骨骼机器人样机进行轨迹跟踪对比实验,实验结果表明:基于该方法的下肢外骨骼髋关节、膝关节角度的轨迹跟踪精度为0.467 0°和0.114 1°,相比作为对照的PID算法,分别提高了82.6%和86.8%,同时系统整体控制周期缩短了56.6%,该控制方法具有更高的同步性、控制精度与稳定性。

摘要：随着微纳加工技术和新材料工艺的不断创新,应用于疾病诊断和治疗的电子器件呈现出小型化、柔性化和多功能化的发展趋势.在医学诊断和治疗领域,微创电子器件发挥着越来越重要的作用.微创诊断电子器件提供了靶向引导、手术监控和连续性诊断等功能,为组织病变的原位诊断提供了有效手段.微创治疗电子器件通过个性化调控的方式,为疾病治疗提供了多种选择,显著降低了患者的生理损伤和术后风险,提高了患者的康复速度.本文综述了应用于组织病变微创诊断与治疗的微纳电子器件的类型、特征及其设计思路,并从生化诊疗和物理诊疗技术的角度对其进行技术分析.最后,讨论了目前微纳电子器件在疾病微创诊断和治疗应用中面临的挑战与机遇.