摘要：高温非平衡问题是高超声速流动中最基本的科学问题之一,而热力学非平衡特性的准确表征是理解高温非平衡问题和高超声速空气动力学的基础,如何准确可靠地表征流场的热力学非平衡特性是解决高超声速飞行器在稀薄流域高温非平衡问题的关键.本文基于相干反斯托克斯拉曼散射基本原理,开发了面向非平衡流场的振转温度反演算法,并在宽温度范围静态环境开展验证.搭建了非平衡等离子体流场相干反斯托克斯拉曼散射测温实验平台并开展实验验证,结果表明微波等离子体处于热力学非平衡状态,并且振动温度和转动温度与微波功率成正比,而热力学非平衡度与微波功率成反比,当微波功率从80W增加至180 W时,等离子体电子数密度增加,中性粒子通过与电子碰撞获得能量使振动温度从(2201±43)K增加至(2452±56)K、转动温度从(382±20)K增加至(535±49)K;而处于振动激发态的分子通过振动-平动弛豫过程(对于N2分子弛豫速率与温度成正比)将部分振动能转化为平动能,导致振动温度与转动温度的差异降低,等离子体热力学非平衡度从0.83降低至0.78.

摘要：高能激光在打击低小慢目标时,目标容易燃烧产生火光烟雾,传统的可见光和红外探测方式对目标的跟踪和瞄准在火光烟雾干扰的情况下易受影响进而导致目标失跟。提出了一种基于主动激光雷达体制的高精度探测和瞄准方法。首先,对火光烟雾条件下无人机表面的激光反射特性进行理论分析和仿真模拟,以此设计了基于APD的单光子激光雷达探测系统,获得了仿真探测概率随激光脉冲能量变化的理论曲线;其次,构建了基于InGaAs-SPAD的光子成像探测系统,进行了无人机室内实验。实验结果表明:在无火光烟雾条件下,基于距离像跟踪的目标质心位置相较于基于可见光图像跟踪的目标质心位置平均角偏差小于0.55 mrad,基于距离像序列的跟踪轨迹与基于可见光图像序列的跟踪轨迹基本一致,证明了Mean-Shift跟踪算法用于距离像的跟踪的可行性。在距离30 m处的模拟烟雾干扰条件下,采用选通延时滤除烟雾干扰能够获得轮廓清晰的目标距离像。在模拟火光干扰条件下,跟踪框中心X、Y坐标偏离目标质心约为0.58 mrad和0.39 mrad。

摘要：管道机器人是对复杂系统中管道损伤进行检测和评估的主要工具之一,通过沿行进方向搭载成像系统,实现了在管道中的运动导航和内环境观察。然而,这会导致管壁信息存在于图像传感器边缘,不可避免地会受到镜头畸变的影响而降低对损伤的检测精度,提高对损伤的定量难度。而搭载额外的成像系统观察管壁会大大增加机器人的承载负荷和整体体积,尤其在小尺寸管道机器人中。设计一款适用于管道机器人的微型化管壁成像系统。经过元件选型、光学系统优化和3D打印集成后,整个系统的体积为25 mm×30 mm×12 mm,最优横向分辨率为15.63μm。最后利用该系统制作了一款微型管道机器人,验证了其成像效果和定量能力。此系统有望搭载到其他管道机器人上作为扩展载荷,提升对管壁细节信息的捕捉能力。

摘要：风电叶片是风力发电机的核心部件,叶片螺栓不仅是承受复杂应力的零件,也是承受最高负载的零件。为避免螺栓断裂造成危险隐患和经济损失,设计了一种基于超声导波的在役螺栓轴向应力测量系统,可实现对多种型号螺栓轴向应力的精确测量。首先,通过数值计算得到超声导波群速度频散曲线,基于胡克定律和声弹性效应建立了螺栓轴向应力与超声导波声时的线性数学模型,并在COMSOL软件中通过仿真验证了单纵波换能器实现超声导波应力测量的有效性。然后,针对超声导波回波信号模态混叠以及实际测量中噪声对超声导波声时测量结果的干扰,利用基于回波补偿的降噪算法实现了对实际测量信号的降噪处理,并采用经验小波变换算法对超声导波回波信号进行了模态分解,利用互相关法得到超声导波模态的精确声时。最后,通过实验测试完成了18种型号的螺栓在30%~90%屈服强度内的轴向应力的精确测量,相对测量误差小于2%。研究结果有助于改进螺栓装配工艺以及规范工人操作流程。

摘要：针对空气弹簧实际刚度与理论值相差较大的问题,建立了约束膜式空气弹簧的改进刚度模型。改进模型兼顾弹性膜弧长变化及其变形引起的腔室体积变化,理论与实验刚度的偏差为9.67%,相比传统模型计算精度提高7.63%。基于改进刚度模型的分析结果表明:大腔室体积、小有效面积、大弹性膜圆弧半径的结构设计,高弧长变化率的材料及高充气压强的工作方式有利于实现低刚度隔振特性。该研究为大承载、低频/超低频约束膜式空气弹簧的结构优化设计与精密加工提供了有效的理论依据。

摘要：增阻式离轨是避免小卫星失效后产生空间碎片的高效方式之一。该文针对充气展开增阻薄膜球的离轨问题,首先,给出了充气展开薄膜球的全向增阻设计方案,提出了闭合三维球面变形收缩为紧致星型与星瓣Z型融合折叠方法,经零线宽与变厚度折叠形成密实立方体状;其次,基于小挠度球壳变形假设,分析了增阻薄膜球在极限高度200 km下受到最大气阻力时其球面的失稳临界压力,对比在室温和高温条件下薄膜球的临界压力变化,通过真空环境箱进行试验验证;最后,分析了不同碎片面质比与增阻薄膜球直径对离轨时间的影响关系。结果表明:聚酰亚胺薄膜球可作为空间碎片的全向增阻离轨设计的球状结构,随着球体直径的增大,其临界压力呈指数型下降;在相同的轨道高度,碎片的面质比越大,离轨时间越短;在相同的面质比条件下,碎片的轨道高度越高,离轨时间越长。

摘要：本文基于C++编程语言设计了距离选通激光成像雷达三维点云实时成像软件。软件以距离选通激光成像雷达成像原理为基础,实现了激光器和延时器的时序控制、点云数据的高速处理、滤波去噪以及三维图像的实时显示。基于自研硬件设备,利用本文设计的软件,对距离为700 m的建筑进行了三维成像实验。实验过程中,该软件能够实现多参数实时控制及目标三维图像的实时显示,三维图像距离分辨率达到0.157 m,实验结果表明,该软件具有精度高、速度快、可操作性强等优点,在远距离探测以及实时三维成像等应用中具有广阔前景。

摘要：针对能量天平试验中力矢量加载引起悬挂系统持续摆动给测量引入系统误差的问题,提出一种同时兼顾悬挂线圈和砝码托盘的精密被动电磁阻尼器。该电磁阻尼器基于磁场的涡流效应,由金属阻尼片和永磁体组成。为了避免置于磁场中的弱磁性阻尼片给天平称重引入附加力,阻尼片由抗磁性材质和顺磁性材质按一定比例采用“铜-铝-铜”三层复合结构组合而成,复合型阻尼片在磁场中静止时受力被抵消。此外,为了避免阻尼器泄漏的强磁场磁化精密金属砝码,电磁阻尼器外设计组合式磁屏蔽罩:内部单层电工纯铁屏蔽罩和外部双层坡莫合金屏蔽罩。设计的阻尼器及其屏蔽罩进行有限元仿真分析、试验验证,结果表明,复合阻尼片静止时,固有力约为0.92μg;电磁阻尼器在称重砝码位置的外泄磁场约为5.04μT,小于地磁场量级;阻尼器将原有悬挂系统摆动时间缩短约88.3%;设计的阻尼器总体满足能量天平试验要求。

摘要：设计了一种新型结构的激光器——双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积，更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小，重量轻，输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线，获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线，发现脉冲宽度大约在50～70ns之间变化，研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。

摘要：激光的单色性、相干性、光功率密度高等特性、广泛应用在激光准直定位器中。我们在研制造600米定位仪过程中,利用改变离焦量的办法,根据激光的高斯光分布特性,设计并加工了一套60X的扩束望远系统。通过有效的加工工艺和装调工艺手段。