光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展

面向长航时、高精度的自主导航技术需求,系统梳理光学陀螺旋转调制惯导系统的发展历程及关键技术现状具有重要的现实意义。首先,基于惯导系统误差特性,阐述了旋转调制技术的基本原理。其次,系统回顾和梳理欧美等西方国家旋转惯导系统发展历程,分析了系统发展演变后的技术逻辑,总结了我国旋转惯导系统的研制现状。最后,立足于提高系统自主导航精度,从旋转策略优化、误差标校、初始对准3个方面分析了旋转惯导系统需解决的关键技术及研究现状。在总结光学陀螺旋转调制惯导系统及关键技术发展基础上,针对后续旋转惯导系统研究提出了几点思考,为高精度自主导航技术研究提供参考。

基于RFIO的等效反向旋转随钻陀螺仪误差参数识别

为提高随钻姿态测量精度,提出一种基于旋转霜冰优化器(RFIO)的等效反向旋转随钻陀螺仪误差参数识别方法。首先对等效反向旋转惯导进行误差分析,以随钻姿态误差构造等效反向旋转误差目标函数,以钻停时角速度、加速度和磁场强度关系构造等效反向旋转误差约束条件,通过RFIO算法辨识误差参数。其次,根据历史目标函数、莱维飞行及RFIO迭代次数设计一种动态上下界策略,提高了目标函数的识别速度;根据当前目标函数值与最优值之间距离设计一种旋转游走策略,提高了误差参数识别精度。实验结果表明,工具面角和井斜角误差控制在±0.4°左右,方位角误差控制在±0.8°左右。与未等效反向旋转相比,工具面角精度提升约60%,井斜角精度提升约66.7%,方位角精度提升约70.4%。

具有内阻的旋转锥形复合材料刀杆铣削过程稳定性的仿真分析

研究考虑材料内阻的旋转圆锥形复合材料刀杆铣削系统的再生颤振稳定性。基于复合材料粘弹性本构关系、Hamilton原理和Rayleigh梁理论,结合再生时滞铣削力模型,分别导出旋转坐标以及惯性坐标表示的颤振偏微分方程。采用Galerkin法对颤振偏微分方程进行离散化。基于自由振动分析和能量法计算复合材料刀杆的模态损耗因子;基于特征值分析技术计算旋转复合材料刀杆的临界速度和失稳阈。采用时域半离散法和频域零阶近似解法,预测切削系统的稳定性。分析锥度比、长径比、铺层角、铺层方式,以及内、外阻对切削稳定性的影响。计算结果表明,轴对称旋转刀杆铣削过程在两种坐标系下的稳定性预测结果是一致的。研究发现,在高转速下,由于旋转复合材料刀杆内阻的作用,切削系统出现新的不稳定区域。这些新的不稳定区域的起始转速等于旋转复合材料刀杆的失稳阈。

基于卫导的旋转角度测量和旋转解调技术研究

针对旋转载体接收信号幅度变化和载波相位变化导致卫星导航信号不易同步的问题,提出了基于传统锁相跟踪环路的旋转解调环路系统架构,对旋转角度测量、天线分集以及旋转相位解调等关键技术进行了研究;通过采用基于锁相环的旋转角跟踪环路,实现了旋转角的实时测量;采用了天线分集技术和旋转相位解调技术,补偿了旋转引入的相位变化量和旋转引入的天线相位缠绕量,提高了旋转载体卫星导航的跟踪精度;通过仿真分析,验证了所提旋转角测量技术、天线分集技术及旋转相位解调技术的有效性。

高速轴配流中旋转径向小孔流量系数的实验研究

针对高转速轴配流中旋转径向小孔出流流量系数开展了实验研究。研究中涉及到两种流动方向,即自旋转缸体中心流过径向小孔向外离心运动称为正向流动,反之则为反向流动。结果表明:旋转小孔出流流量系数同时显著地受离心力和科氏力的影响;因离心力的赋能作用,正向流动时流量系数随转速的增加而变大,反向流动时离心力对小孔内流动有抑制作用,使流量系数随转速的增加而变小;两个方向的科氏力综合效果使正向流动流量系数随出流雷诺数增加而变小,反向流动流量系数随出流雷诺数的增加而变大;当出流雷诺数足够大时,两种流动方向、不同孔型的流量系数各自都有一个稳定值;各种孔型的正向流动流量系数稳定值分布均在0.65~0.80范围内。

旋转电弧焊接技术研究进展

熔焊焊接时会不可避免地出现侧壁不熔、咬边、晶粒粗大等问题,导致接头性能较低。为更好地解决焊接中存在的问题,提出旋转电弧焊接技术。相对于普通焊接,旋转电弧中的旋转电弧耦合力在焊接时对熔池的搅拌破碎效应能加速焊缝中的传质传热,并细化晶粒减小焊缝残余应力,能解决焊接中常见问题,获得优质焊缝并提高焊接接头的使用寿命。主要综述了基于外加磁场、非对称钨极旋转电弧、缆式焊丝熔化极旋转电弧的研究现状,指出目前旋转电弧焊接技术还存在的问题,并对相关技术的应用前景进行展望。

3D打印导板技术联合多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸

背景:近年来,随着3D打印技术的发展,使得外科手术走向个性化、精准化。3D打印导板技术可实现术前规划、术中导航,使得外科手术更加精准。临床中重度僵硬性脊柱侧弯矫形术中仍面临置钉准确性不高导致螺钉松动甚至引起神经并发症的问题,现有关于3D打印导板技术指导重度僵硬性脊柱侧弯术中置钉的研究不多。目的:评价3D打印导向模板技术联合后路多次去旋转治疗重度僵硬性脊柱侧凸的临床效果。方法:回顾性分析3D打印导向模板椎弓根螺钉置入后联合施行后路多次转棒去旋转技术治疗重度脊柱侧凸6例患者的临床资料,男3例,女3例,手术时年龄15-23岁,平均(18.17±3.49)岁。分析术后2周和术后18个月时脊柱侧弯相关参数的变化,进行统计学分析。结果与结论:(1)手术时间280-540 min,平均(340.83±102.20)min,术中出血量1000-4000 mL,平均(2000.00±1073.70)mL,固定节段9-14个椎体,平均(11.83±1.72)个椎体,矫形过程中未出现螺钉松动;(2)所有患者均获得随访,术后2周全脊柱正侧位片显示冠状位主弯的cobb角、冠状面C_(7)铅垂线和S1正中线的距离、矢状面C_(7)铅垂线和S1后缘的距离、顶椎偏移、胸椎后凸角、腰椎前凸角均获得明显矫正,主弯的cobb角平均矫正率62.22%,术后18个月随访各参数较术后2周无明显变化,矫形效果满意,无感染和内固定断裂;(3)围术期切口延迟愈合1例,经过换药处理瘢痕愈合,未出现神经并发症;(4)结果表明3D打印导向模板结合后路多次转棒去旋转技术治疗重度僵硬性脊柱侧凸畸形安全有效,矫形效果满意。

环卫车旋转喷杆喷嘴射流技术分析

深度保洁车是近年来市场较受欢迎的一种道路保洁环卫车,其核心部件是旋转喷杆喷嘴。文章对深度保洁车的旋转喷杆喷嘴进行分析,相比传统洗扫车的直线喷杆喷嘴,旋转喷杆喷嘴能够有效消除梳子印,有着更好的清洗效果。不足之处是作业车速较慢,因为旋转喷杆转速与车速存在对应关系,当转速低于车速对应的临界值地面就会出现螺旋线,影响清洗效果。同时对比主动旋转与自旋转的清洗效果,以及对旋转双喷杆喷嘴和旋转三喷杆喷嘴的运动分析,为设计深度保洁车旋转喷杆喷嘴提供更好的指导意见。

新能源汽车电机旋转变压器结构、原理及检测

旋转变压器是新能源汽车驱动电机上的重要传感器。从普通变压器到旋转变压器、正余弦旋转变压器再到磁阻式旋转变压器,由浅入深探讨了新能源汽车电机磁阻式旋转变压器的演变过程,重点介绍其结构与工作原理,并以吉利EV450为例介绍其检测方法,以达到触类旁通的目的。

基于旋转黏度的SBS改性沥青黏温特性及流体行为分析

采用3种基质沥青制备相应的SBS改性沥青,测试了不同温度和剪切速率下的黏度。根据Andrada方程计算了6种沥青的黏流活化能(E_(a));根据幂律方程,分别计算了6种沥青的非牛顿指数(ζ)和稠度系数(μ),分析了改性沥青的流体特性以及黏度对剪切速率的依赖性。结果表明,Andrada方程能够较好地描述沥青及改性沥青的黏温关系,E_(a)能够反映黏度对温度的敏感性,SBS改性可以显著提升沥青的黏度,但不同改性沥青的温度敏感性存在差异。SBS改性沥青的ζ值均小于1,沥青由牛顿流体向非牛顿流体转化,不同类型沥青之间非牛顿性的相对强弱随温度的变化呈现出复杂性,稠度系数(μ)随温度的升高而减小。

T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型

目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征,揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理,建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟,对比不同频率下T型接头横、纵截面,从工艺和焊缝成形角度出发,针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。结果当旋转频率为50 Hz时,纵截面内小孔最大深度为5.4 mm,横截面熔池内小孔开口直径相对较大,旋转一周后,小孔远离气泡,气泡无法逸出,形成气孔;当旋转频率为100 Hz时,纵截面内小孔深度显著降低,熔池体积明显减小,横截面内小孔最大开口直径和深度均降低,熔池尺寸也有所减小,在时间为0.097 s时,小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔,还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。结论随着旋转频率的增大,小孔的最大开口直径和深度均降低,还对熔池具有搅拌作用,使熔池体积变小。

基于旋转等变卷积的航拍红外图像目标识别算法

为提高传统无人机红外目标识别算法对输入图像的旋转鲁棒性,提出一种具有旋转等变性的红外图像目标识别算法。参照可见光三通道结构,将红外图像扩张为三通道以丰富输入图像的细节及边缘信息;以旋转等变卷积为基础,设计并实现能够高度保留图像旋转特征的标准旋转等变卷积模块和旋转残差模块,使得所设计模型FC-YOLOv5对图像及图像中目标旋转具有鲁棒性;加入压缩和激励注意力机制自适应地学习到每个通道的重要性,并且根据任务的需要加权调整特征图中的通道贡献,提取重要的特征信息并抑制不重要的特征信息。在航拍行人车辆数据集和海上船舶数据集上验证模型的性能,以基准模型YOLOv5s及常见轻量级目标识别任务所用模型YOLOv8s、NanoDet作为对照组模型。实验结果表明,所提算法的平均精度均值相较于基准模型能够提升2%~4%,且当输入图像具有不同角度的旋转时,能够比对照组模型识别到更多旋转目标,且识别错误更少。

基于弹丸旋转规律的弹道终点辨识和引信全弹道安全控制方法

弹丸在飞行时所处的复杂环境可能引起弹药在待发状态下意外作用。基于6自由度刚体弹道方程组,运用4阶龙格-库塔算法对运动方程组进行数值计算,得到弹丸旋转速度随时间的衰减规律。采用某型榴弹开展炮射试验并回收试验数据,对弹丸旋转周期2阶导数的过零特征点进行验证。针对发射装药量和射角两个发射条件对特征点的影响规律进行研究,提出基于旋转特征点的弹道终点时刻辨识方法,设计基于磁场传感器的弹道终点实时辨识系统,并开展靶场炮射试验进行验证。研究结果表明,弹载弹道终点辨识系统和弹道跟踪雷达获取的弹道终点时刻相对误差小于5%,验证了所提弹道终点辨识方法的正确性。在此基础上,进一步提出适用于一种旋转稳定弹药的机械-电子双模全弹道安全控制方法,在利用发射后坐过载和旋转离心力两道环境信息的基础上,采用终点辨识作为第三道环境信息,实现引信全弹道安全控制。新提出的基于弹丸旋转规律的弹道终点辨识及引信安全控制方法,为提高旋转稳定弹药全弹道安全性提供了新的思路。

复合式训练对飞行学员肌力及旋梯旋转耐受的影响

目的针对有运动训练基础的飞行学员肌力和旋梯旋转耐受提高训练效果差问题,研究不同体能训练方案对促进肌力和旋梯旋转耐受的影响。方法216名男性飞行学员作为被试,随机分为实验组(n=108)和对照组(n=108),采用为期12周的复合式体能训练(实验组)和传统体能训练(对照组),在干预实验前、中期(4、8周)以及后期(12周)进行肌力测试和旋梯旋转耐受测试。结果干预训练后,实验组和对照组上肢后拉、前推,左、右下肢最大肌力平均最大增长幅度分别为19.9%、18.0%,32.8%、33.2%和3.8%、2.1%,11.8%、12.1%,两组增长幅度差异显著(P<0.01);实验组和对照组上、下肢爆发力平均最大提高幅度为29.4%、12.7%和17.4%、2.9%,两组提高幅度显著差异(P<0.05);两组躯干前屈、后展最大肌力平均最大提高幅度无显著差异;实验组、对照组旋梯旋转速度平均最大提高幅度分别为29%、15%,两组提升幅度差异显著(P<0.01);实验组、对照组旋梯推算过载耐受平均最大提高幅度分别为82%、36%,两组提升幅度差异非常显著(P<0.01);各项测试数据均在8周训练结束后趋近于最大值。结论复合式训练方案对提高有训练基础飞行学员上、下肢最大肌力和爆发力、旋梯旋转耐受能力显著优于传统训练方案。

旋转稳定弹动力学弹道特性分析

不同弹箭的飞行弹道特性对指导外弹道设计、构建一些弹道判据等有重要意义.文章基于弹箭飞行动力学方程组及合理简化,对旋转稳定弹飞行弹道上的质心加速度变化、旋转角加速度变化等动力学弹道环境特性状况,以及旋转圈数同飞行距离的关系等进行了研究,分析得出了它们沿飞行弹道上的变化规律,并建立了相关关系表达式和判据.对两种型号的旋转稳定弹进行外弹道仿真计算,验证了结论的正确性.这些空气弹道特性的研究结果,将对今后开展一些新型弹箭方案研究、弹药信息化利用、控制飞行与安全性设计等提供技术支持.

自驱旋转式能量回收装置的转速特性曲线

为研究自驱旋转式能量回收装置的转速特性曲线,采用理论分析的方法,构建一种新的转速预测模型,并应用Fluent 6DOF模型,通过UDF文件定义固体转子的质量与转动惯量等物理参数,构建了自驱旋转式能量回收装置转子的刚体被动旋转的数值模型,得到了转子在装置进口流量Q为70.2 m^(3)/h,装置出口压力p为6.0 MPa工况下的速度分布,以及各工况下转子所受驱动扭矩随时间的变化关系,并总结出转子启动过程中的转速变化规律.结果表明,各工况下转子的启动时间均低于2 s,且转子转速与流量成正比;理论模型与数值模型吻合度较高,Q为26.3 m^(3)/h工况下相对误差最高,达14.9%,Q为61.4 m^(3)/h工况下相对误差最小,为0.77%.

用于FPGA平台上图像快速旋转的改进CORDIC算法

坐标旋转数字算法(CORDIC)被广泛应用于消旋、相机边框等系统中。在对传统CORDIC算法分析的基础上提出了重编码预测和多倍迭代优化的方法,并用MATLAB进行了仿真,又在VIVADO上进行了FPGA验证与对比。实验结果表明,上述优化相对传统CORDIC算法以及VIVADO自带的CORDIC IP核显著减少了迭代次数,消耗了更少的资源,计算的精度也有了一定的提升。

复杂结构井旋转下套管数学模型建立与分析

随着复杂结构井钻井技术发展,井斜角和方位角随着井深复杂变化引起常规套管下入方式难度大,旋转下套管技术可有效解决套管下入的难题,但该方面的理论模拟分析报道较少,增加了旋转下套管技术应用的盲目性和低效性。综合运用软杆和刚杆模型的优点并考虑井眼轨迹对模型计算条件影响,建立了旋转下套管数学模型;结合实例井对比了大钩载荷和模拟的轴向应力,验证了模型的正确性;在此基础上,探讨了常规和不同旋转速度下套管的摩阻,并分析了不同摩阻系数条件下的摩阻分布特征。实例分析表明:相同井深下,旋转下套管摩阻小于常规下套管摩阻,并且旋转速度越快,下套管摩阻越小;当旋转速度分别为15 r/min和20 r/min时,井底处摩阻降低幅度分别为12.13%和19.17%;造斜率越大,摩阻越高,导致套管下入到指定深度难度加大;钻井液摩阻系数越大,套管下入难度越高;在井深1 401.5 m,裸眼段摩阻系数分别为0.21和0.29,常规下套管摩阻分别为46.51 kN和57.49 kN。该模型能准确预测下套管摩阻,对复杂结构井的套管下入具有指导意义。

新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。

水中旋转圆盘振动阻尼测量与模拟

为了研究模态做功法在计算旋转式机械水力阻尼时的适用性和准确性,利用旋转圆盘阻尼测量系统的实验数据对该方法做了评估.研究表明,圆盘的水力阻尼值随转速的增加呈现下降的趋势;利用模态做功法计算水力阻尼值时必须考虑旋转效应带来的影响,如果直接使用静止条件下的模态结果,水力阻尼随转速的变化规律将完全和实验结果相反;在考虑旋转的条件下,计算精度有所提高,但整体呈现过预测的问题,该方法对旋转结构阻尼特性的预测精度还有待提高.