活动小行星311P/PANSTARRS的动力学特性分析

311P/PANSTARRS是一颗活动小行星,具有小行星和彗星的双重特征,是中国``天问二号'的探测目标之一.311P/PANSTARRS直径较小,约为400 m,非引力效应可能会对其长期动力学演化产生较大的影响.通过假定不同表面组分,研究了Yarkovsky效应对311P/PANSTARRS轨道演化的影响,讨论了密近交汇、非破坏性碰撞和YORP(Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack)效应等非引力效应,计算了小行星与大行星密近交汇及碰撞概率,估计了311P/PANSTARRS达到自转周期分裂极限的时标.模拟结果显示与纯引力模型相比,Yarkovsky效应可能会加快311P/PANSTARRS离开当前共振区域,大约在10Myr以后311P/PANSTARRS会离开当前所在共振带,在表面覆盖风化层的情况下有机会通过v6长期共振成为越火小行星;在考虑YORP效应的情况下,311P/PANSTARRS在2 Myr时标内可达到自转周期分裂极限;在考虑Yarkovsky效应及YORP效应等因素的情况下,311P/PANSTARRS在10 Myr时标内仍可保持其动力学稳定性,且YORP效应不会显著影响其半长径偏移量.

无传动间隙的3K行星齿轮减速器设计

3K行星齿轮减速器的啮合齿轮副存在齿侧间隙,使得传动链中引入了传动间隙,导致传动精度降低以及换向冲击。为消除3K行星齿轮减速器的传动间隙,利用3K行星齿轮传动中行星架不参与力矩传递的特性,提出了一种柔性行星架以消除传动间隙,并通过仿真分析验证了所提消隙机构的有效性。通过配齿及效率优化实现了高效的正向和反向传动。研制样机并进行了传动精度、滞回特性、正弦响应误差、正向传动效率、反向传动效率以及反向启动扭矩测试,结果验证了所提柔性行星架对消除3K行星齿轮减速器传动间隙、提高传动精度和传动效率以及提高反向传动性能的有效性。

重载行星轮系安装误差对系统均载性能的影响

行星轮安装误差的存在会导致行星轮系产生不均载问题,进而会影响减速器的传动性能和寿命。以往的研究未明确定义不同角度下的安装误差对系统均载性能的影响,并且关于多行星轮对系统均载影响的研究(在不同安装误差和不同输入功率下)也较少。为此,研究了实际应用中行星轮系安装误差对系统均载性能的影响。首先,以重载四行星轮系为研究对象,建立了行星轮径向和切向安装误差的综合误差表达形式;然后,基于轮系的传动模型,分析了单行星轮不同安装误差角和误差数值对系统均载的影响;最后,在单行星轮的基础上分析了不同工况和误差配置下多行星轮对系统均载的影响。研究结果表明:行星轮的切向安装误差对系统均载影响最大,径向安装误差对系统均载影响最小,当单行星轮安装误差数值为60μm,安装误差角θ从径向往切向方向靠近时,行星系统的均载系数增大了9.6%;误差绝对值越大,均载系数越大,当单行星轮安装误差数值从-30μm到-60μm时,系统的均载系数增大了4.6%;多行星轮存在切向安装误差对系统均载的影响可以用有效误差来衡量;齿轮承载范围内,随着输入功率的增大,安装误差对系统均载的影响逐渐减小。

类地行星低阶重力场、自转与内部圈层结构研究进展

低阶重力场和自转参数是类地行星内部结构的函数且指示着其物质成分与演化,一直是深空探测的首要目标.行星自转状态能够直接揭示行星核的密度和大小.随着深空探测数据的逐渐积累和精度的不断提高,低阶重力场和自转观测在行星内部结构,尤其是行星核方面的研究取得了一系列重要进展.本文首先介绍行星主惯性矩张量的基本理论与计算方法,接着介绍行星自转动力学基本理论以及与行星内部结构密切相关的行星自转简正模,并介绍利用低阶重力位系数求解行星主惯性矩张量的方法.本文还总结了利用有限的自转观测和低阶重力场观测确定行星平均密度和平均惯性矩的研究现状,以及反演行星内部结构的基本方法.最后,本文对目前利用低阶重力场、自转观测反演行星和小行星等内部结构方面存在的问题进行了总结与展望,希望为我国未来的深空探测计划提供科学参考与理论支持.

空间系外行星探测与研究进展

系外行星学科是近30年来迅速发展起来的一门新兴学科.其主要研究内容和目标包括,通过发展各种探测技术探测太阳系外行星,分析行星轨道、成分、大气性质,评估行星的宜居性,统计行星的分布规律,从理论和观测上揭示行星系统的形成和动力学演化机制.系外行星的研究对于回答宇宙中是否存在其他生命以及人类在宇宙中的地位和意义等问题具有重要意义.随着21世纪空间探测技术的发展,系外行星的研究进入了崭新及快速的发展阶段.本文分析了系外行星研究领域的发展态势,凝练中国在系外行星未来空间探测发展的重点领域,优化学科布局,以推进系外行星研究的快速稳步发展.

JWST时代系外行星大气研究的机遇与挑战

当前已经探测到超过5000颗系外行星,系外行星领域正在从搜寻普查进入到精细表征阶段。过去20年通过对大约100颗系外行星大气表征,初步建立了对凌星行星和直接成像行星的大气探测方法和一系列大气光谱正向建模、反演方法与大气理论的基本框架。詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,JWST)具有前所未有的近红外到中红外光谱探测能力,高质量数据将带动大气理论与模型的跨越性发展。第一轮观测的科学产出展现了JWST对凌星行星和直接成像行星的大气表征能力以及对宜居带行星大气的初步限制。JWST时代的系外行星大气精细研究已初露峥嵘,与未来5年内即将建成的具有大气普查能力的ARIEL和大口径自适应光学地基望远镜相联合,将在更深的层次上揭示系外行星大气的多样性。

小行星样品密封设计及验证

中国计划开展探测编号为2016H03的近地小行星并采集样品返回地面,测定小行星样品的物理性质、化学成分与矿物成分,为小行星起源与演化、太阳系的形成与演化过程提供科学依据。针对中国首次近地小行星采样封装任务,设计多种样密封方案,综合考虑密封力、密封面样品颗粒污染物防护等因素,采用双弹性体径向密封方案,并开展密封方案验证工作,通过高温、低温及模拟尘埃污染漏率试验,密封漏率优于5×10^(-6)Pa·m^(3)·s^(-1),满足小行星样品密封要求。

面向天文多普勒差分测速的太阳/行星光谱对生成方法

为了提供天文多普勒差分测速所需的同步太阳/行星光谱对,提出了一种变分自编码器(VAE)和对偶生成对抗网络(Dual GAN)相融合的VAE-Dual GAN。首先,实测太阳光谱经过VAE编码到隐空间,实现了光谱到光谱域的扩充;然后,由Dual GAN将隐空间映射到伪行星光谱;最后,利用伪行星光谱生成重构太阳光谱。此外,利用编码和生成重建损失加强对网络的约束。VAE-Dual GAN利用Dual GAN的转换学习能力完成了两个光谱域的转换,生成同步太阳/行星光谱对。实验结果表明,VAE-Dual GAN可生成高质量的太阳/行星光谱对,将天文多普勒差分测速精度提高60%以上。

激励频率对换挡行星传动系统非线性动力学影响分析

换挡机构是变速系统中最关键的部件之一,其性能直接影响传动系统的动力性和平稳性。建立了二级换挡行星传动系统动力学方程,研究了外界激励频率对传动系统复杂动力学特性的影响;通过分析分岔图、时域响应图、相图、庞加莱截面图以及频谱图变化规律,明晰了二级换挡行星传动系统混沌振动特性,获得了外界激励频率稳定振动区间;利用比例微分控制方法对传动系统混沌振动进行控制,将混沌振动调整为稳定的单周期振动。研究结果为提高换挡行星传动系统运转的稳定性奠定了基础。

应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

在行星轮系动力学建模中,常以非线性油膜力或线性刚度-阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响,前者仿真精度高但计算成本也高,后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈-轴套偏心量的时变性,仿真精度有限。为此,以2MW级风电齿轮箱为研究对象,建立滑动轴承时变线性刚度-阻尼模型,提出计入轴颈-轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴-行星轮变形协调关系,将时变线性刚度-阻尼模型与附加偏心修正力进行耦合;建立应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学模型,对比了工况和轴承参数对模型计算精度与系统动态响应的影响,并通过试验加以验证。研究结果表明,齿轮副动态啮合力波动会使滑动轴承刚度-阻尼系数和附加偏心修正力产生周期性变化;在稳定和瞬态工况下,提出的模型可以很好地预测系统响应,尤其是行星轮振动响应;减小滑动轴承宽径比与间隙、增大输入转矩可以改善系统均载性能。

第十二届全国(中国)空间轨道设计竞赛:地月空间助力火星移民和近地小行星探测

本文首先简要介绍了全国(中国)空间轨道设计竞赛的发展概况和第十二届全国(中国)空间轨道设计竞赛题目的研究背景。然后介绍并解读了“可重复使用地火运输空间站火星移民”“可重复使用探测器飞越探测近地小行星”两组竞赛题目,回顾了竞赛组织历程,分析了竞赛最终提交结果。最后简要陈述了赛后交流和研讨情况以及总结和展望。此外,文中各章节对本竞赛区别于其他学科竞赛的若干特色也进行了简要陈述。

含点蚀的行星齿轮系统动力学特性及损伤评估研究

齿面点蚀是一种典型的行星齿轮系统故障。为识别点蚀状态,本文开展动力学特性研究并提出了一种新型的评估指标。首先,虑及过渡曲线和齿间结构耦合效应,利用改进Weber法建立了精确的含点蚀故障齿轮副啮合刚度模型,并研究了故障程度对啮合刚度的影响规律。然后,综合考虑时变啮合刚度、静态传动误差、齿侧间隙和时变振动传递路径等多种因素构建了行星齿轮系统平移-扭转动力学模型,揭示了点蚀程度对系统动态特性的影响规律,并基于振动信号频谱特点提出了边带能量因子(Sideband Energy Factor,SEF)用于损伤评估。最后,利用实验验证了仿真模型的正确性及所提指标的有效性。

汽车差速器行星齿轮失效分析

汽车行星齿轮是传动系统的核心部件之一,其失效对汽车性能和安全产生极大影响。该研究通过实验测试和分析,对行星齿轮失效机理进行了研究。实验表明,行星齿轮的失效主要包括齿顶接触疲劳和齿面磨损,其中前者是主要失效模式。结果表明,行星齿轮的扭矩和转速对失效模式和失效寿命有着重要影响,同时,采用高强度材料和改进设计可以有效提高行星齿轮的寿命。该研究为汽车传动系统的设计和优化提供了重要的理论支撑和实验数据。

基于格拉姆角场与深度卷积生成对抗网络的行星齿轮箱故障诊断

针对行星齿轮箱故障诊断中样本分布不均衡所引起的模型泛化能力差及诊断精度低等问题,采用格拉姆角场图像编码技术和深度卷积生成对抗网络相结合进行数据增强,融合AlexNet卷积神经网络进行故障诊断。将采集到的一维振动信号转化为格拉姆角场图,按比例划分训练集与测试集,将训练集样本与随机向量输入到深度卷积生成对抗网络模型中,交替训练生成器与判别器,达到纳什平衡,生成与原始样本类似的生成样本,从而实现故障样本的增广。用原始样本与生成的增广样本训练卷积神经网络分类模型,完成行星齿轮箱的故障识别。实验结果表明,所提方法能够有效提升样本不均衡条件下的行星齿轮箱故障诊断精度,使之达到99.15%,且能使收敛速度更快。

基于ANSYS Workbench的行星轮系高楼逃生器动力学研究

为进一步提高行星轮系高楼逃生器的使用性能,开展了行星轮系高楼逃生器的动力学研究。首先,采用Solidworks三维软件对行星轮系进行建模;其次,采用ANSYS Workbench对模型进行仿真,分析其受力情况;然后,探讨行星轮系高楼逃生器在传动过程中的动力学、动态力矩平衡等问题;最后,根据分析结果对设备进行优化。实验结果表明,优化后设备的受力情况得到明显改善,使用性能得到大幅提升。

迈向行星电影

在斯皮瓦克提出“行星性”概念20年后,面对技术奇点和“人类世”的双重危机,“行星”和“行星性”获得了新的时代含义并重新成为学术热点,引发了新的学术转向,使得“行星艺术”和“行星电影”这些属于时代的概念相继出现。以“行星”概念的发展轨迹为基础,可以通过“地表—地质—行星”的认知脉络来澄清电影媒介的“行星性”,并通过行星视觉、行星触感和行星思维这三个方面来把握“行星电影”的概念及其内涵,从而呼唤这个时代可能的“行星电影”。

行星思维与行星艺术

在“人类世”的种种危机下,以迪佩什·查克拉巴蒂为代表的一些学者呼吁从全球化思维转向行星思维,以超越人类中心主义的视角来思考人类历史和生命、非生命之间的复杂关系。许煜和布拉顿都强调技术圈对推进行星认识论的重要作用;“堆栈”则向我们显示了利用数字技术来反抗单边政治的可能性;当代行星艺术也呼应数字技术的发展,进行积极转化,打破“人类—技术—环境”的边界,将艺术变成宇宙物质历史过程中的可感片段,并为观众营造一个与非人的行动者不断演练“宇宙政治”的剧场。

行星转向中的行星境况

当代文艺理论界和批评界正在兴起一种“行星转向”,它以“行星性”的批判理论模型超越了全球主义与后现代主义。“全球化”的语义、进程、效益、文化表现,在不同学科领域中歧义纷呈、问题层出,“行星研究”对此作出的回应有“生态寰宇学”和“世界视野”思想等。“行星”领域更加关注关系性和伦理,与全球化领域相区别。“行星性”与“寰宇主义”理念相近,但也存在诸多差异。“行星文化”带来了新兴的艺术与美学思潮,有待更进一步的理论探究和批评实践。

重型液力自动变速器行星排非线性动力学分析

建立了重型液力自动变速器在某挡位下行星齿轮传动系统的非线性纯扭转动力学模型,该挡位工作模式充分体现了行星排之间的复合关系,该动力学模型综合考虑了时变啮合刚度、齿侧间隙与啮合误差幅值等系统内部激励因素,在此基础上推导出系统在广义坐标下的无量纲动力学方程。采用4阶龙格-库塔法对非线性微分方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应。综合运用时域响应、频域响应、相平面图、系统分岔和Poincare截面研究了具体的输入转速与系统响应的关系,得出了该挡位下的合理转速。研究了复合结构导致的各级行星排之间的响应差异,发现单个行星排可以影响甚至决定整个传动系统的响应,可以此为根据指导生产制造,降低生产成本。

双小行星系统表面动力学环境分析

双小行星系统在太阳系中普遍存在,具有独特的探测价值,揭示其表面动力学环境是实现表面巡游探测的关键。相比于单小行星,双星系统成员间的摄动作用对表面动力学环境存在影响,需要加以专门的分析和研究。以近地双小行星系统(66391)Moshup为例,主、次星均采用多面体引力场模型,通过推导质点在主、次星表面附近的动力学方程,计算出主、次星的表面等效重力和表面坡度,以及表面各点处的最小和最大起飞速度,分析分布规律和成因,特别关注次星对高速旋转主星的周期性潮汐力的影响。在此研究结果的基础上,针对主星和次星分析适合探测器着陆和表面巡游的区域。结果表明:由于旋转离心力的影响,主、次星表面的等效重力分布有随纬度减小而降低的趋势,而坡度主要与局部地形相关,主星的北极高纬度区域和次星南北纬80°以上的区域坡度小,且等效重力较大,适合作为探测器的着陆点或开展表面巡游;次星潮汐力对主星表面重力存在周期性影响;主星表面大部分区域的最小起飞速度小于0.3 m/s,次星表面大部分区域的最小起飞速度在0.10~0.25 m/s之间。由于自转影响,主、次星的最小起飞速度方向几乎全部朝东。