双振镜直接探测高精度三维成像激光雷达系统实验研究

建立一个高精度实时三维成像激光雷达系统,该系统采用恒比定时器(CFD)来判别到达时间;通过时间-数字转换(TDC)测量激光雷达与目标之间的激光脉冲飞行时间,然后将飞行时间(TOF)反演为距离信息;结合二维扫描空间坐标,得到目标的三维距离信息。在100 m范围内对不同的非协同目标进行实验测量,并给出实验结果。在该系统中,时间测量误差为300 ps,而测距精度为45 mm。

某型航空导叶作动筒振动性能仿真分析

针对航空导叶作动筒在复杂工况下的损坏问题,为在设计阶段预测产品可能出现的损坏,获取导叶作动筒标准载荷下的易损位置,利用有限元仿真建模方法建立了该型作动筒的模态分析、谐响应分析、随机振动分析与疲劳分析仿真模型。通过对数正弦扫频试验验证了模态分析仿真模型的准确性,获得了振型、固有频率与功率谱载荷下的应力响应等信息。考虑作动筒活塞的轴向伺服工作影响,在标准功率谱上叠加伺服工作正弦载荷模拟了该工况。建立随机振动情况下的疲劳寿命分析仿真模型,活塞与活塞密封圈的疲劳寿命结果在可接受范围内,为该航空作动筒结构优化设计提供了依据。

导叶作动器参数敏感性分析

液压作动器以其高可靠性、高功重比和高适应性等优点被广泛应用于航空领域,其动静态性能的提升主要取决于系统的关键参数匹配.建立了发动机导叶作动器的性能仿真模型,并基于试验验证了模型结果的精度,利用该模型分析了作动器的作动筒两腔面积差、冷却孔直径、伺服阀额定流量和管路直径等关键设计参数,对最大速度、响应时间、跟踪误差和频率响应等动静态性能的敏感性问题,得到了参数影响规律及影响程度,并量化计算了参数对性能的敏感性,得到了参数的敏感性排序为额定流量>面积差>冷却孔直径>管径,为作动器产品的参数匹配设计提供了参考依据和理论支撑.

航空液压作动器高精度性能仿真模型研究

提出了一种高精度性能仿真模型搭建方法,分析油液弹性模量变化、管路内能量损失、伺服阀零位偏移等因素对性能的影响机制,以等效阻尼、等效弹簧的形式修正基本功能模型,从而搭建航空液压作动器的高精度性能仿真模型。并基于斜坡响应试验验证了仿真模型的精度,达到92%以上,证明了高精度建模方法的可靠性。

基于试验的伺服作动器仿真模型可信度评估方法研究

航空伺服作动器是飞机中的关键元件之一,面对目前航空液压元件高性能发展的需求,采用数字化手段搭建性能仿真模型成为伺服作动器研究的重要手段。为了保障后续基于该模型的优化分析结果具有可靠性,需要对该模型的输出结果进行评估验证。由于航空伺服作动器的实际工况复杂多变,为了更全面、可靠地评估仿真模型对各工况下伺服作动器的性能表现的复现程度,提出了一种仿真模型可信度评估方法,从试验数据来源设计到模型验证设计,保证模型评估的试验工况全面性以及试验数据的典型性、可靠性;基于对试验数据的置信区间计算,量化评估仿真结果具备的可信度,有助于更好地解释、改进仿真模型。通过所提可信度评估方法验证,所建伺服作动器的性能仿真模型对斜坡响应工况的模拟可信度达92%,对阶跃响应工况的模拟可信度达93%~96%。

三旋流燃烧室喷嘴雾化性能试验研究

为了获得三旋流燃烧室喷嘴雾化性能与喷嘴几何尺寸的相互关系,针对供油压力以及旋流槽长宽比和旋流槽角度等关键结构参数对燃油流量、喷雾锥角和雾化性能的影响进行了试验研究。采用3维相位多普勒粒子分析仪测量了某一直线上各点的索太尔平均直径和数密度分布,以及Rosin-Rammler分布的特征直径和均匀度指数。结果表明:当供油压力提高时,燃油流量和喷雾锥角增大;旋流槽几何尺寸的变化对燃油流量和喷雾锥角有不同的影响,当旋流槽长宽比和旋流槽角度增大时,燃油流量减小,喷雾锥角增大。研究所获得的规律为三旋流高温升燃烧室的喷嘴优化设计提供了重要的理论依据。

激光相干探测在国防及军事应用中的表现

激光相干探测相比于直接探测具有更高的灵敏度,使其在短程民用领域和远程国防安全领域的应用表现突出。文中,重点回顾了激光相干测量在国防和安全领域的应用,如伪装或部分隐藏目标的分类与识别,以及地雷的声光探测。并结合当下激光相干探测在车载自动驾驶领域的前沿发展,展望了激光相干探测未来在军事及国防领域的发展趋势。

基于光学自准直的旋转轴平行度测量与不确定度分析

在激光通信和光电跟瞄系统中已经开始采用基于旋转光栅或光楔的指向-捕获-跟踪(Pointing,acquisition and tracking,PAT)机构对光轴进行角度调整,该结构质量轻、体积小,非常有利于系统的轻小型化。由于结构中两个旋转轴的平行度误差会严重影响PAT机构性能,因此在机械装配时需严格保证两轴平行度。针对旋转轴系轴线不易测量,传统测试方法精度不足,轴系晃动误差影响测量结果等问题,为了满足两轴平行度高精度检测的需求,文中提出基于自准直原理的旋转轴平行度测试方法,利用自准直光学特性,结合特殊设计的半反半透基准镜,采用数据拟合方法剔除轴系晃动的影响,得到旋转轴轴线空间位置,创新地实现了无需调整测试和被测设备即可在同一基准下测量两个平行轴系轴线角度和平行度。该方法只需一台测试设备,排除了传统多台测试设备联合测量时,基准传导与变换中的测量和变换误差,提高了测试精度和测试效率。首先,设计了基于自准直仪的测试系统,采用一台自准直仪测试两个轴系轴线空间位置,从而得到旋转轴同轴误差;然后,对测试结果不确定度进行了研究,分析了测试准确性及其影响因素;最后,采用该测试方法和测试系统,对某双液晶光栅跟瞄PAT机构的两轴平行度进行了测量,系统的实际测试表明两轴平行度测试误差小于10%,该方法可以有效地测量两个同轴旋转轴系的平行度,并且具有较高的测量精度和可信度。

面向虚拟装配的装配工具智能推送及操作空间检验

虚拟装配技术应用可有效提高机电产品装配质量和效率,但在当前虚拟装配规划中,大多没考虑装配工具的影响。高效、准确的装配工具获取可进一步提高装配效率。建立装配工具知识本体模型,利用操作属性相似度方法,在装配工具实例库中对新研发机电产品中待操作零件所需装配工具进行匹配推送,结合装配工具规则约束知识,将所推送的装配工具进行自动定位,且检验其操作空间。实践表明装配工具智能推送及空间检验对提高复杂机电产品研制效率有重要参考价值。

同心反射式手机镜头相对照度改善方法

为了提高同心透镜的轴外视场照度,通过在同心透镜内部设置一个基于全内反射的虚拟光阑,可使系统的能量分布更加均匀,进而改善同心透镜的成像性能。结合虚拟光阑的建立条件以及手机镜头要求,计算了一个基于反射式同心透镜手机镜头的初始结构,优化后的系统焦距2.7 mm,最大视场角±50°,系统F数1.8,总长2.7 mm。照度分析结果表明,利用传统孔径光阑的手机镜头相对照度随视场增大逐渐下降,最大视场仅为0.64;采用虚拟光阑的手机镜头在0°~28°视场的相对照度保持不变,全视场的相对照度在0.85以上。可见,采用虚拟光阑的手机镜头全视场照度的均匀性得到了明显改善,可有效提高系统的成像性能。

基于数字高程模型高程快速迭代的航拍图像目标定位方法

在大倾角航空相机对地面目标定位过程中,借助数字高程模型(DEM)可有效解决地球椭球模型定位存在的大地高误差影响。为获取地面坐标的准确信息特别是高程信息,首先,根据载机的位置姿态信息以及航空相机的框架角等信息利用齐次坐标变换求解出成像系统视轴在地理坐标系下的指向,再利用数字高程模型确定目标点的坐标。针对成像过程中目标点高程计算繁琐、容易不迭代等问题,提出了一种对目标高程值进行快速迭代的方法。通过对目标区域高程进行折半查找处理,计算该处视轴光线高程与地面高程差值。继续计算该高程差中值并继续迭代,直到小于一定阈值。最后使用蒙特卡洛分析法对整个成像过程存在的误差项进行分析。实验结果表明:采用快速迭代法进行计算,当收敛阈值为十分之一DEM网格精度时,迭代效率提升45.5%,收敛速度大大提高;且通过数字高程模型计算,在飞行高度为15409 m,相机框架角大于74°时,对于山地区域目标的圆概率误差小于200 m,可以满足实际工程需要。

基于流固耦合的航空导叶作动筒振动特性分析

针对航空发动机高压压气机导叶作动筒在剧烈振动工作环境中的易损问题,确定导叶作动筒在振动过程中的固有频率与相关振型,获取关键结构件在标准功率谱下的动态响应,通过有限元法建立了考虑流固耦合的非线性模态分析仿真模型。通过单一变量法利用仿真模型研究接触刚度、活塞位于不同行程位置对相关固有频率与振型的影响机制,发现关键接触位置的接触刚度因子取0.8能保证仿真准确度并满足接触刚度,工作过程中活塞在行程上的位置发生变化,对第二、三阶的固有频率影响较大。完成共振检查试验,实测固有频率与仿真结果对应良好,验证了有限元分析模型的准确性。基于模态结果,根据航空标准建立随机振动仿真模型,得到关键结构件在3σ下的应力及变形响应,为导叶作动筒结构优化设计提供依据。

小型化长出瞳距激光通信接收望远镜光学设计

为了减小激光通信终端体积与能耗,同时保证通光孔径和放大倍率,该文根据折反式望远镜的高斯光学及赛德尔像差理论设计了一款改进的Dall-Kirkham接收望远镜。该镜头由2片反射镜、5片透镜组成,接收信号光波长为974 nm和1550 nm,通光口径为60 mm,相对孔径为1/3.38,出瞳距为50 mm,视场角为6 mrad,总长为111.04 mm,工作温度为20℃±10℃。优化后镜头在0.5 mrad视场内波像差优于(1/40)λ,6 mrad视场内波像差优于(1/20)λ,能量集中。为了实现无热化设计,文中给出了结构材料的选取与设计方式,并分析了±10℃温差下光学系统的波像差变化,分析结果表明:镜头成像质量良好,满足应用需求。

基于光学晶体的双向微波光学延时线设计

该文提出一种基于光学晶体的双向微波光学延时线,由空间光学延时线、光调制模块、光电探测器及微波开关构成,其中,空间光学延时线由磁光开关与光学晶体组成,通过高折射率光学晶体对光线的延时作用,实现对加载微波信号的光载波进行延迟处理。项目组根据此微波光学延时线原理,制作一批4 bit的延时线,并构建一套16通道32~38 G的收发一体光控波束形成网络,并根据实际测量的延时量,仿真出网络波束指向图,证明该网络具备波束形成、扫描能力,为光控波束形成网络的集成化设计及大规模应用的研究提供一定的支撑。

小型光电编码器自动检测系统

设计了小型光电编码器自动检测系统,用于准确快速地检测小型光电轴角编码器的误差。采用21位高精度光电编码器作为角度基准来检测低精度的小型光电编码器。用控制系统转动编码器,此时高精度编码器与被检编码器之差即为小型编码器在该位置的误差。检测完毕,根据需要将编码器的误差通过USB接口传输给上位机保存并进行深度分析。采用该系统检测某型号的15位编码器,得到的均方差为29.1″,而传统方法检测的误差均方差为28.5″,表明设计的检测系统满足检测精度要求。

校正水平湍流波面的自适应光学系统的带宽需求

设计和搭建用于湍流校正的自适应光学系统时,必须考虑大气湍流波面校正所需的系统带宽。由于通常理论估计与实际的湍流情况相差很大,本文对如何进行带宽的精确测量进行了研究。通过对500 m水平距离湍流波面的大量统计,分析了湍流波面的时间功率谱密度,得出了所需要带宽(Greenwood频率)的大小,并且首次得到了带宽需求的昼夜变化规律。实验发现,所需带宽在晚上变化缓慢,围绕10～15 Hz波动;白天变化剧烈,在20～90 Hz波动。最后,通过实验确定出了功率谱密度估计所需的采样总时间为70 s,得到的实验结果为设计和搭建更加合理的自适应光学系统提供了实验依据。

基于DSP的光电编码器自动检测系统

传统的光电编码器的精度检测利用平行光管和多面体,其缺点是检测时间长,需要有经验的师傅;编码器误码检测则通过旋转编码器,使二进制灯排逐次进位,同样监测效率低,且容易错判。文中设计了一套光电编码器自动检测系统,基准编码器、电机和被检编码器同轴连接,其中24位基准编码器作为精度检测基准和位置反馈元件构成闭环系统,以DSP为核心的控制器控制自动检测系统工作在两种模式下,精度检测工作在位置模式下,错码检测工作在速度模式下,可以检测精度的同时对错码进行判别。采用该系统对两台14位编码器进行检测,实验结果表明精度检测数据与采用平行光管精度检测数据一致。该系统可提高检测效率,缩短编码器设计周期,可以推广到其他型号编码器调试与检测中。

基于提升方案与SPIHT算法相结合用于图像的无损压缩

研究了基于提升方案的CDF(m,n)双正交小波变换结合SPIHT应用于图象无失真压缩编码的方法。实验结果表明,基于提升方案和整数运算的CDF(m,n)变换是整-整可逆变换,CDF(2,n)的无失真压缩性能好于流行的Huffman、WinRar、Raw+WinZip、JPEGLS。压缩比分别比上述编码方法提高了62%,47%,44%,32%左右。运算速度快,便于硬件实现。

高速客车转向架构架焊接接头组织与力学性能

采用混合气体保护焊焊接方法对进口S355J2W钢和国产09CuPCrNi-A钢两种耐候钢通过焊接机器人单面焊双面成型的方式进行自动焊接实验,通过拉伸、硬度和金相检验试验方法对得到的焊接接头显微组织和力学性能进行了分析研究。结果表明,两种钢材焊接接头抗拉强度均优于母材,具有良好的力学强度,能够满足国产化技术要求。两种钢的焊接接头焊缝组织类似,S355J2W钢焊缝主要为粗大板条状和块状铁素体加先共析铁素体,含少量珠光体和粒状贝氏体;09CuPCrNi-A钢焊缝主要为条状和针状铁素体加先共析铁素体,含少量珠光体和粒状贝氏体。

大功率激光扩束器的光学设计

为了使激光扩束器可以长时间的工作于大功率激光照射情况下,在传统多波长激光扩束器的基础上,利用变更材料和结构的方法进行改进,设计了2.3倍和6倍两级扩束的激光扩束器,用光学设计软件分析其像质并进行优化,对像质进行理论分析;加工成型后,置于实际环境中进行实验。经实验验证,在调Q脉冲激光器的峰值功率高达20MW的大功率激光照射下,在系统后1m位置出射光束直径分别为24.5mm和154.8mm,脉冲间隔可以在5s以上,并很好地保持了高斯光束的固有特性。结果表明,扩束器完全达到设计要求,有良好的使用效果。