空间引力波探测星载望远镜专题导读(二)

探测空间引力波有望揭开更多的宇宙奥秘。在国家重点研发计划项目的支持下,《光电工程》组织了“空间引力波探测星载望远镜专题(二)”。专题围绕空间引力波探测星载望远镜设计与分析、建造与装调、测试与评估等几个方面介绍了近期的主要研究进展,将为相关领域学者和专家提供技术研究的参考和合作交流的平台,并将积极推动我国空间引力波探测计划的研究进程。

基于Faster R-CNN的新疆棉花幼苗与杂草识别方法

针对新疆棉田杂草的伴生特点带来的特征过拟合、精确率低等问题,以新疆棉花幼苗与杂草为研究对象,分析杂草识别率低的影响因素,建立了基于Faster R-CNN的网络识别模型.采集不同角度、不同自然环境和不同密集程度混合生长的棉花幼苗与杂草图像5370张.为确保样本质量以及多样性,利用颜色迁移和数据增强来提高图像的颜色特征与扩大样本量,以PASCAL VOC格式数据集进行网络模型训练.通过综合对比VGG16,VGG19,ResNet50和ResNet101这4种网络的识别时间与精度,选择VGG16网络训练Faster R-CNN模型.在此基础上设计了纵横比为1∶1的最佳锚尺度,在该模型下对新疆棉花幼苗与杂草进行识别,实现91.49%的平均识别精度,平均识别时间262 ms.研究结果为农业智能精确除草装备的研发提供了参考.

双定子力偶型液压马达与其转子径向受力特性

提出了力偶原理液压马达,分别对不同作用形式下的3种力偶原理进行阐述,并以转子径向受力为出发点,分析了马达的叶片数与力偶的关系,得出叶片数为偶数的偶数作用液压马达以及叶片数能够被作用数整除的奇数作用液压马达才能称为力偶原理液压马达。最后以双定子力偶马达为例对转子的径向受力状况进行分析,建立双定子液压马达在4种不同工作方式下的转子径向受力数学模型,分析了马达在4种不同工作方式下的转子径向力特点,同时搭建实验平台对双定子力偶型液压马达样机进行了测试。结果表明,在4种不同的工作方式下,作用在转子上的径向力的大小以及作用位置均呈现周期性变化,且内、外马达差动工作时转子径向受力最小,内马达与外马达单独工作时分别次之,内、外马达联合工作时最大。

内外双排力偶型径向柱塞马达泄漏分析与试验

为了延长径向柱塞马达的寿命,设计了基于力偶原理的新型马达。力偶型马达的形成受马达柱塞数和凸轮环导轨曲线作用数的影响,通过分析马达柱塞数和导轨曲线作用数之间的关系,确定了形成力偶型马达的条件。马达在工作过程中存在相对运动的摩擦副,而相对运动的摩擦副处会产生油液的泄漏。以内马达为例,通过对柱塞在缸体中的径向运动产生泄漏和配流盘配流产生泄漏的分析,确定两处的泄漏公式。对马达原理进行了试验,验证了力偶型径向柱塞马达原理的正确性。

非对称式凸轮转子型双定子叶片泵及流量特性分析

针对传统液压泵的不足,研制了一种新型非对称式凸轮转子型双定子叶片泵.该泵将凸轮转子型叶片泵的结构和双定子的思想相结合,在泵的壳体内设置了内外两个定子和一个转子,其中转子内外凸起数不同,使该泵可输出多级定流量,也能够同时对多个系统供油.阐述了泵的工作原理与特点,通过非对称式凸轮转子型双定子叶片泵内部结构的分析,归纳出凸轮转子在不同转角下内外泵的理论流量,进而得到泵在不同工作方式下的瞬时流量.搭建了非对称式凸轮转子型双定子叶片泵试验平台,试验结果表明:与传统的对称式双凸起凸轮转子型叶片泵相比,非对称式凸轮转子型叶片泵的流量脉动更小,大约降低了2%左右,试验结果与理论分析基本一致,验证了理论分析的正确性.

多输出径向柱塞泵输出特性分析与实验

现有的定量泵无法满足单泵输出多级流量,传统液压系统为了解决需求不同级流量问题,会采用变量泵以及利用阀类和辅助元件的控制来满足工况要求。多输出径向柱塞泵利用其结构特殊性,可实现输出流量多样性。根据力平衡原理和曲柄滑块机构原理,对多输出径向柱塞泵运动学进行分析,通过分析该泵不同工作方式下的流量脉动,确定了流量脉动最小的工作方式。理论分析表明,非相邻两列柱塞联合输出时的流量脉动曲线和相邻两列柱塞的输出流量脉动曲线相似,且不同工作方式下的曲线周期规律均和单列柱塞曲线周期规律有关,当泵输出最大流量工作时,油流的脉动幅度和脉动周期远小于单个输出。利用该泵样机,进行了泵的原理实验,实验结果表明,随着泵出口压力升高,测得泵实际流量不断减少,但是,由于加工条件有限,部分零件的加工精度无法保证,导致实验结果和理论分析不匹配,而实验数据分析验证了该泵的原理正确性和结构合理性,为日后径向柱塞泵的研究和发展奠定了基础。

多泵多马达调压系统理论分析与实验

传统的压力控制回路中,动力元件都采用传统的单作用泵。当回路只用一个泵提供压力时,压力控制回路无法满足系统对多个流量的需求。而多泵和多速马达是基于双定子理论所设计的一种液压元件,可实现一个泵(马达)的多输出。当代替传统单作用泵和单作用马达用于传统液压回路中时,此时的液压回路就是一种新型的液压回路。由于元件的特殊性,使系统可满足多输出、多功率的需求。新型液压回路减少了很多控制元件,所以在实现与传统液压回路相同功能时,新型液压回路可节约很大的能量。多泵多马达调压系统的实验结果表明,由于泄漏原因,导致泵随压力增加,实测流量减少;双定子泵的容积效率随着压力的增大而减小,机械效率和总效率随之增大而增大。尽管由于一些不可控因素导致的误差,但也证明了回路的可行性和元件的原理正确性。

力偶型径向柱塞马达转矩转速特性分析与实验

为解决现有液压马达径向力不平衡造成马达易损坏的问题,基于双定子思想,设计了一种力偶型径向柱塞马达,该马达通过力偶输出转矩,输出轴的径向力平衡,不受侧向力的作用。在马达的一个壳体内形成了内、外两个马达,通过不同的配流方式可以输出3种转矩和转速。本文阐述了马达的结构特点和工作原理,分析了导轨曲线与马达转矩转速脉动的关系,通过对马达瞬时转矩的分析,得出了马达转矩转速无脉动的条件,及转矩转速脉动为零时导轨曲线的幅角分配规律。对马达样机进行了加工、实验,测试了马达在3种工作方式下的输出特性。结果表明,转矩转速脉动与进油区段柱塞的速度之和有关,若速度之和为常数,理论上无转矩转速脉动。

多输出内啮合齿轮泵泄漏与容积效率分析及密封改进

基于多输出内啮合齿轮泵结构特性的分析,总结出齿轮泵的主要泄漏途径。通过建立泄漏的数学计算公式,得出3种工作方式下齿轮泵总泄漏量的一般公式,并对泵的容积效率进行了理论计算,得出多输出内啮合齿轮泵采用内泵单独工作时的容积效率最高,外泵单独工作容积效率最低。改进多输出内啮合齿轮泵的结构来减少泄漏,并进行实验验证。实验表明,泵的容积效率总体变化规律与理论分析一致,即随着泵负载压力的升高,容积效率降低。

采用力偶型径向柱塞马达的新型调速回路特性分析与试验

针对变量泵-定量马达容积调速回路调速范围有限,变量泵-变量马达调速回路结构复杂的问题,故提出采用力偶型径向柱塞马达的新型恒转矩调速回路。该马达输出轴的径向力平衡,通过力偶输出转矩,马达的一个壳体内可以形成内、外两个马达;在输入压力和流量不变的情况下,通过不同的配流方式可以输出三种转矩和转速,更能满足多种工况需求;三级恒转矩调速回路在三种工作方式下产生不同的动态特性,内马达单独工作时的动态特性较好。利用AMESim软件进行仿真分析并搭建实验台对力偶型径向柱塞马达新型调速回路进行试验分析,试验数据验证了新型调速回路可增加系统的转速转矩范围,丰富了力偶型径向马达的应用领域。

对称型多输出齿轮马达的泄漏分析与容积效率

为了研究对称型多输出齿轮马达的泄漏与容积效率,通过对称型多输出齿轮马达的内部结构计算出内外马达不同连接方式下的几何排量,分析了马达的主要泄漏途径,通过建立泄漏的数学模型归纳不同连接下泄漏的一般表达式;同时搭建试验平台测试对称型多输出齿轮马达的容积效率.研究结果表明:当马达的进出口压力由0.9 MPa增加至5.9 MPa时,内马达工作时容积效率由94.2%下降至80.2%,外马达容积效率由92.5%下降至73.6%,内外马达同时工作时容积效率由88.8%下降至63.2%,差动连接时容积效率由86.0%下降至62.7%;当进出口压差为5.9 MPa时,内马达单独工作容积效率最高为80.2%,差动连接下马达的容积效率最低为62.7%.

双斜盘多排式轴向柱塞马达转矩特性分析

为了实现多级转速和转矩的输出,轴向柱塞马达必须使用节流阀、减压阀等耗能元件来改变输入压力和流量,但同时降低了效率。新型双斜盘多排式轴向柱塞马达可以利用其结构的特殊性,实现输出转矩的多样性。本文基于双斜盘多排式轴向柱塞马达的结构特点及工作原理,推导了该马达在不同工作方式下的理论瞬时转矩和转矩不均匀系数,并通过Matlab分析了内外马达转矩系数比对转矩不均匀系数的影响,设计了马达的实验液压系统并搭建了实验平台,对马达进行了原理性实验,并进行了数据分析。实验结果表明,在额定压力和额定排量下,该马达能实现多种不同的转速与转矩输出,随着内外马达转矩系数比的增大,低速大转矩的转矩不均匀系数越小,高速低转矩不稳定系数越大,通过合理设计可以实现马达在不同工作状态下的稳定运行,验证了新型马达在结构原理上的可行性,为新型轴向柱塞马达的改进设计提供了实验依据。

双定子轴向力偶型柱塞马达的转矩特性分析

为解决传统轴向柱塞马达轴向力不平衡、输出效率低的问题,从扭矩大小、波动率和柱塞工作效率等方面开展研究,结合双定子原理提出双定子轴向力偶型柱塞马达。该马达通过特殊的结构使力偶转矩输出,实现轴向力平衡。通过传统轴向柱塞马达和双定子轴向力偶型柱塞马达各自柱塞的受力情况,推导了该马达单个柱塞组件产生的瞬时理论转矩,借助MATLAB编程,对比分析了传统轴向柱塞马达与该马达的输出转矩,结果显示传统轴向柱塞马达输出转矩为11.59~11.89 N·m,而该马达输出转矩为23.33~23.63 N·m,比传统轴向柱塞马达的输出转矩增加了近1倍,转矩波动降低为原来一半,柱塞的工作效率增加了1倍,并通过试验得出该马达的机械效率和容积效率,验证了原理的合理性,为后续相关研究奠定了基础。

自然光照影响下基于深度卷积神经网络和颜色迁移的杂草识别方法

针对光照影响下杂草识别特征信息缺失和精度低等问题,提出了基于深度卷积神经网络和颜色迁移的杂草识别方法。采集不同自然光照影响下(包括阴天、反光、倒影和多云天气等)的杂草图像1334张和未受光照影响的杂草图像1436张。首先,利用优化后的Reinhard算法对受光照影响的样本图像进行颜色迁移处理,降低光照影响因素,并将杂草图像通过ExG指数灰度化及Otsu阈值图像分割得到灰度化图像;然后,通过特征提取和融合,利用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)构建的Inception-V3分类器进行训练,以Softmax计算识别率;最后,对比有无颜色迁移算法和ExG灰度化的杂草识别率以及光照环境对杂草识别的影响程度。结果表明,所提方法将光照环境影响下的杂草识别精度提高了15.6%,实现了90.01%的识别率。

空间引力波探测星载望远镜专题导读

引力波自2015年被直接探测到以来,为人类认识宇宙提供了新的视角[1]。三位美国科学家因在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献而获得了2017年的诺贝尔物理学奖[2]。继地面干涉仪的手段实现高频引力波探测之后,空间引力波探测将是下一阶段的重点发展方向,其大空间尺度可突破地面探测的频段限制从而实现低频引力波探测。目前比较知名的空间引力波探测计划包括欧空局主导的LISA计划[3],我国的“天琴计划”[4]和“太极计划”[5]等。

基于动网格技术的双定子马达配流结构优化

为消除双定子叶片马达的配流冲击所产生的不利影响,对双定子马达的配流结构进行改进,即开设闭死压缩角与闭死膨胀角,有效实现预升压和预卸压。推导了双定子马达的闭死角数学模型,并对预升压与预卸压过程中闭死容腔内的压力变化特性进行了分析,基于动网格及其UDF(用户自定义函数)编程技术对双定子马达进行三维数值模拟计算。结果表明,与现有双定子马达相比,开设闭死角可以有效地减轻双定子马达的高压回流冲击以及压力突变的现象,使过渡区中油液压力的变化趋于平缓。

空间目标视星等曲线仿真

人类航天活动日益频繁,空间目标种类和数量不断增多,识别未知空间目标的关键特征具有重要的科学价值。本文通过辅助图形软件建模分割,获取球体、圆锥体和圆柱体带法向量的面元坐标;基于卫星仿真工具包,得到了目标轨道及位置参数,并结合双向反射分布函数各向异性Phong模型和四元数姿态更新模型,完成了地基观测条件下4种形状空间目标的视星等仿真。仿真结果表明,目标受空间位置、形状和姿态的影响程度不同,其光度曲线具有各自特点。球体由于形状完全中心对称,光度曲线主要受空间位置的影响;圆锥体、正方体、圆柱体光度曲线的波形受形状影响较大,曲线走向受位置影响较大,波动频率受姿态角速率影响较大。通过统计分析相关数据,可为后续空间目标位置、姿态和形状的反演提供先验模型。

Deep Impression on Visit to Three Countries

Before the Spring Festival,at the invitation of the National Strategy Institute(NSI)of the Republic of Korea(ROK),Tonga-China Friendship Association and Rotary International 9940 District New Zealand,a 6-member CAFIU delegation paid a short good-will visit to the above-mentioned three countries from February 3 to 12,2015.During the visit,the head of the delegation CAFIU Secretary-General Ni Jian,CAFIU

Delegation of Japanese Young Parliamentarians Visits China

At the invitation of the Chinese Association for International Understanding(CAFIU),a delegation of young members of Japan’s Diet headed by Taira Masaaki,member of House of Representatives visited Beijing from December 5 to 9.Chinese Vice-President Li Yuanchao met the delegation on December 7."We hope