临近空间地面模拟装置等离子体源仿真研究

为了指导临近空间地面模拟装置中等离子体源结构设计及等离子体环境参数优化,围绕相关指标体系要求,采用数值模拟方法,分析临近空间等离子体环境地面模拟装置中的射流等离子体与下游目标模拟体相互作用。通过研究射流入口处等离子体状态与下游等离子体对钝体包覆效果的依赖关系,明确了影响包覆特性的关键等离子体参数、重要外控参量,及其对下游目标模拟体包覆特性的影响规律。仿真结果表明:相对于其他因素,射流入口的半径、气体流速、速度偏角、气体温度、钝体直径、环境背压等工况对有效实验区长度及厚度参数的影响较大。相关结果对于临近空间等离子体环境地面模拟装置中等离子体源优化设计及等离子体环境参数定向调控具有指导和借鉴意义。

再入航天器表面亚波长等离子体薄层对微波信号影响效应研究

为了建立电磁波在亚波长等离子体薄层中传播的物理数学模型,并针对通信频段的电磁波,研究电磁波在再入航天器表面等离子体薄层中的透射问题,相关研究成果可为再入航天器通信"黑障"现象研究提供理论基础。模型从麦克斯韦方程组出发,采用微分薄层法进行数值求解,获得了不同等离子体密度条件下亚波长等离子体中目标电磁波的透射特性及传播规律,揭示了截止反射效应和碰撞吸收效应在其中发挥的作用。本研究对于深入了解亚波长碰撞等离子体薄层中电磁波的传播过程具有意义。

加速硬件木马检测方法研究

为有效检测出芯片在设计和外包制造过程中是否被插入硬件木马电路,提出一种在芯片设计阶段插入二选一数据选择器(MUX)来提高电路节点转移概率的方法.即在电路中转移概率低于转移概率阈值的候选节点的主要输入端插入MUX来提高相关节点的转移概率,从而实现加速电路中硬件木马的检测.通过对扇出锥和电路逻辑拓扑结构的分析,选择对整个电路转移概率影响最大的节点作为候选节点,实现对MUX插入算法的优化,从而减少MUX的插入数量.同时增加关键路径延时限制,避免电路关键路径延迟超过预先设定的阈值.将预先设计的硬件木马电路的输入端插入在电路中转移概率较小的节点,并向电路输入端输入激励信号,分析计算在MUX插入前后电路转移概率变化以及硬件木马电路的激活概率.ISCAS'89基准电路的实验结果表明:在插入MUX之后,电路整体转移概率显著提高,电路中转移概率小于转移概率阈值的节点数明显降低;被插入在电路中的硬件木马被激活的概率显著提高;电路关键路径延时增加百分比控制在预先设定的比例因子之内.

LonWorks物理接口兼容性的实验研究

本文阐述LonWorks网络对多种通信介质的支持,详细介绍使用EIA-485收发器的网络与使用FTT-10收发器的网络,设计一套同时使用这两种收发器的应用节点系统。通过该系统实现了这两种网络之间的相互通信,验证了LonWorks物理接口的兼容性和可互操作性。

亚大气压六相交流电弧放电等离子体射流特性数值模拟

以临近空间高超声速飞行器和航天器再入大气环境飞行过程中其表面产生的高密度非平衡态等离子体为研究对象,基于本研究组所建立的多相交流电弧放电等离子体实验平台(MPX-2015),开展了非平衡态氩等离子体射流特性的二维数值模拟研究.在亚音速条件下二维、非平衡数值模拟所得到的计算结果与实验测量结果符合良好.超音速条件下的数值模拟结果表明,随着真空腔压强的降低,等离子体射流流速明显增大,覆盖钝体头部的等离子体鞘套的厚度先减小,而后又增加,鞘套的空间均匀性以及等离子体向钝体表面的总传热量均显著降低,而钝体头部的局部电子数密度则增大.数值模拟结果为在MPX-2015上开展超音速条件下的实验研究提供了理论指导.

电流密度对大气压射频辉光放电等离子体特性影响的数值模拟

由裸露金属电极结构发生器产生的大气压射频辉光放电（radio frequency atmospheric pressure glow discharge,RF APGD）等离子体射流具有活性粒子浓度高、射流温度较低且可控性强等特点。为研究电流密度对大气压射频辉光放电等离子体特性的影响规律,采用数值模拟的方法,以高纯氦为工作气体,通过流体模型分别对RF APGD放电区和射流区进行了一维非稳态和二维准稳态数值模拟。论文揭示了放电电流密度对RF APGD等离子体特性的影响规律。计算结果表明：在放电区,随着放电电流密度的增加,活性粒子数密度和气体温度均显著升高,当电流密度较高时,放电由α模式转化为γ模式;而在射流区,一方面,随着放电电流密度的增加发生器出口处的气体温度和等离子体密度提高,另一方面,由于气体温度的升高会提高射流区部分去电离反应的速率,导致射流区电子和离子衰减得更快,从而使得射流区不同空间位置处的活性粒子数密度并非随电流密度增加而单调增加。

大型零磁装置屏蔽系数的计算方法

零磁装置屏蔽外界磁场以实现极端微弱磁场环境,由于其边角、孔洞、缝隙等非理想因素,屏蔽特性难以准确预估。大型零磁装置整体尺寸在米级,而屏蔽材料的厚度只有毫米级,采用常规有限元方法将不可避免地遇到剖分问题。该文提出针对静态磁场屏蔽和交变磁场屏蔽的改进有限元计算方法,采用两种薄层等效边界条件计算屏蔽层内外的磁场变化。通过与理想屏蔽体的理论分析结果进行对比,验证了该等效边界的有效性。基于该方法可进行多层屏蔽的优化设计、分析孔洞对屏蔽系数的影响规律。结合德国慕尼黑工业大学最新建设的零磁装置,通过屏蔽系数的测量实验,验证了该计算方法的有效性。

面向快速泄压环境模拟的瞬间泄压机构设计

为开展机舱失压环境效应研究,针对大口径泄压通道,设计一种新型的机械式瞬间泄压装置,并进行相关机构运动学、动力学建模研究.该泄压装置主要由弹簧储能机构、连杆式舱门压紧机构、基于SEA(Series Elastic Actuator)的舱门锁紧/释放机构和基于惯性飞轮的电磁式缓冲机构组成,具有操控简单、可靠性高、可重复使用、试验效率高的特点.最终设计的瞬间泄压机构面向DN750泄压通道,舱门从0°开启到90°用时约280 ms.本研究将为今后研发面向大口径泄压通道的瞬间泄压机构,并应用于大型快速泄压环境效应试验装置建设提供参考.

汽轮机典型负荷陡变现象的故障类别及机理分析

汽轮机负荷陡变对AGC性能考核指标影响较大。针对汽轮机实际运行状况进行检查,发现了其存在的负荷陡变现象;在实际运行数据分析的基础上,从问题的机理层面出发,发现该现象是由两类不同原因导致的典型负荷陡变问题:一是信号测量的噪声问题,功率信号进行三选一滤波之后还是会出现陡变;二是调门连接硬件的故障问题,导致调门阀头处于不受控的状态,上下撺动而影响机组输出功率。并且,利用已有的有效实验测试对调门硬件故障进行定量定位,分析结果与实际吻合。最后,针对此故障提出了有效解决措施。这对保证大功率汽轮机的快速精准变负荷能力具有一定借鉴意义。

考虑状态约束的弹性高超声速飞行器自适应饱和容错控制

针对弹性高超声速飞行器跟踪控制问题进行研究,主要考虑状态约束、输入饱和、执行器故障等约束条件。首先,将弹性模态、外界干扰和模型参数不确定性归结为一类带有未知上界的系统干扰。其次,根据被动容错思想,针对速度和高度子系统分别设计抗饱和自适应容错控制器,通过引入双曲正切函数和新型屏障李雅普诺夫函数分别处理了输入饱和与状态约束问题。最后,闭环系统的最终一致有界性采用李雅普诺夫方法证明,并通过仿真验证了所提定理的正确性。

一种采用单双跳变的低功耗确定性BIST方案

为实现低功耗和高故障覆盖率,基于单跳变测试技术和2-bit扭环计数器,提出一种新型的单双跳变的确定性测试向量产生器.首先,与一般的确定性测试方案直接存储确定性种子不同,利用ROM存储控制信号并通过单双跳变生成确定性种子和确定性测试向量,这样控制信号的长度约为确定性种子的1/2,有利于降低功耗并节约存储空间.其次,2-bit减法计数器合理地过滤了冗余向量,大大缩短了测试时间并降低总体能耗.最后,为了适应不同的测试需求,还设计了相应的测试向量压缩算法和三种x指定算法.实验结果表明,平均功耗分别降低了42.36%、32.32%、38.94%,测试长度分别减少了77.6%、86.1%、84.3%,测试数据分别压缩了79.4%、65.2%、68.1%.

脉冲磁窗系统的电源设计

为满足脉冲磁窗技术对磁体激励电流的需求(平台期时间1～10ms可调,最小值约24kA),研究了一种能量利用率高、能库小的多电容器组分时放电电源。设计了脉冲电源的拓扑结构,基于仿真分析了电源参数与电流纹波、电容器组路数之间的关系,及其对放电回路参数变化的敏感性,给出了6路电容器组分时放电的优化结构,并通过实验进行了验证。实验过程中通过晶闸管串联提高了其关断的可靠性,通过二极管三串两并的方式解决了重频模式下二极管承受反向电压能力下降的问题,进一步提高了电源放电的可靠性。

软体机械臂仿生机理、驱动及建模控制研究发展综述

软体机械臂由柔性材料制作,具有高柔顺性、复杂环境适应性及安全人机交互性等特点,研究涉及材料学、仿生、机械设计和制造、传感器技术等多学科交叉融合,其发展为柔性材料应用、仿生机器人研究等提供参考和技术支持,在工业生产、医疗手术、救灾探测、生活护理等方面具有广阔应用前景,受到国内外学者及机构的广泛关注和研究.文章从仿生原理、驱动方式、变刚度方式、建模及控制等方面对软体机械臂研究进行综述,介绍章鱼臂及象鼻等生物结构仿生机理;按驱动类型将软体机械臂分为流体驱动、线驱动、气动人工肌肉、形状记忆合金、电活性聚合物、混合驱动等;介绍拮抗机构、阻塞、材料相变三种变刚度方式;以及目前常用于软体机械臂上的建模方法及控制策略.从中归纳和分析,得到软体机械臂的关键问题包括可重复性、精度、低输出力和建模控制等,其关键技术及未来发展方向包括新柔性材料制备和成型技术、刚柔结合/可变刚度机器人、柔性传感器技术等.