• 2018年第50卷第10期文章目次
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    • 空间太阳能电站及其动力学与控制研究进展

      2018, 50(10):1-19. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201809129

      摘要 (1963) HTML (528) PDF 5.07 M (1042) 评论 (0) 收藏

      摘要:太阳能是丰富、清洁、可再生的能源,其大规模开发有望缓解世界能源短缺和环境污染问题.由于太空中太阳能的能量密度高、不受天气和昼夜的影响,在太空中建造太阳能发电站是未来进行大规模太阳能发电的重要手段.然而,由于空间太阳能电站超大、超柔、长时间运行、需要高精度指向等特点,使得其动力学与控制问题成为学术界和工程界共同面临的难题.为了加深对空间太阳能电站及其动力学与控制的认识,简要介绍了空间太阳能电站的提出背景,回顾了空间太阳能电站的发展历程,综述了目前国内外主要的空间太阳能电站概念设计方案.最后总结了空间太阳能电站在轨服役阶段的动力学建模方法、复杂太空环境影响分析、数值仿真分析、轨道与姿态控制和结构振动控制等研究现状.研究表明,目前对空间太阳能电站动力学与控制的研究仍然处于起步阶段,其动力学模型主要集中在刚体、梁、板等简单的动力学模型,缺少更能真实反映空间太阳能电站在复杂太空环境下动力学行为的模型.在控制方面,目前的研究主要对空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动分别进行控制,忽略了三者之间的耦合影响,而进行轨道-姿态-结构振动协调控制的研究尚不充分.基于此给出了几点空间太阳能电站动力学与控制未来的发展方向.

    • 环月超长波干涉仪最佳探测区域快速预报方法

      2018, 50(10):20-26. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201610050

      摘要 (1897) HTML (88) PDF 2.84 M (883) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决环月超长波干涉仪的最佳探测区域快速自主预报问题,采用改进的二分搜索方法.在环月超长波干涉仪的实际任务中,日地月与环月超长波干涉仪的四体实时相对位置可由星上自主轨道预报获得,由此干涉仪最佳探测区域的预报问题可等价为一维边界搜索问题.常用的一维搜索方法如二分法、斐波那契法与黄金分割法均为针对极值的搜索方法,因此改进了上述方法的搜索策略,使之适用于边界搜索问题,通过仿真比较了改进后3种搜索方法的精度与搜索效率.具体改进为:3种搜索均加入粗搜索的流程以快速缩小搜索范围,再依据不同方法定制相应收敛判据,精确搜索环月超长波干涉仪进出其最佳探测区域的时刻.最终通过比较上述3种方法在相同精度要求下的搜索时间与计算量,以评估3种方法的搜索效率.仿真结果表明,改进二分法的搜索时间与计算量均略高于其余方法的0.5倍,其搜索效率显著优于改进的斐波那契法与黄金分割法,可用于环月超长波干涉仪最佳探测区域的快速自主预报.

    • 空间智能桁架的有限时间振动抑制控制

      2018, 50(10):27-34. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201605018

      摘要 (1381) HTML (143) PDF 2.26 M (1435) 评论 (0) 收藏

      摘要:航天器结构设计需求趋于轻型化,大挠性空间桁架结构的应用日趋广泛,由于其具有低阻尼、大柔性等特性,在轨运行时容易产生大幅度的振荡,从而影响航天器的正常工作.为抑制传感器/作动器一体化的空间智能桁架结构的振动,基于独立模态空间理论并结合动态补偿线性化思想设计了基于终端滑模的有限时间控制方法.首先,基于有限元方法建立桁架动力学模型.然后,基于独立模态空间理论能够对各阶模态响应实现解耦的特点设计模态滤波器,利用扩张状态观测器对由外界环境干扰和模型摄动构成的系统总干扰进行实时估计,采用“动态补偿线性化”的思想将桁架动力学模型进行简化.最后,提出了一种结合双幂次趋近律与终端滑模面的有限时间控制器.仿真结果表明,相比于传统的齐次方法有限时间控制器,所提出的振动抑制控制器能够在较短时间内显著降低空间智能桁架结构在受到瞬态干扰力和周期干扰力作用时的模态振动响应幅值.算法具有良好的鲁棒性和有限时间振动收敛特性.

    • 事件驱动的卫星编队姿态分布式协同控制

      2018, 50(10):35-41. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201707100

      摘要 (1988) HTML (150) PDF 2.62 M (956) 评论 (0) 收藏

      摘要:星间信息交互是卫星编队姿态协同控制的基础.为降低姿态协同控制对星间交互的信息量,满足资源和通信带宽受限等约束,在卫星编队Euler-Lagrange姿态动力学模型的框架内,提出了一种基于事件驱动的相对姿态分布式自适应控制算法.通过设计含有星间状态偏差、关联矩阵等的事件驱动函数,当该函数值满足条件时触发事件、更新数据,在非触发时间内利用触发时刻的信息设计控制算法,从而将卫星编队姿态一致性协同控制转化为事件驱动控制问题,有效降低了控制输入更新频次及星间信息交互量.基于Lyapunov理论证明了在事件驱动自适应控制器作用下,领航者—跟随者卫星编队系统是全局渐近稳定的.并证明了事件触发时间序列不会产生Zeno现象,即事件触发间隔时间存在下界.进行数值仿真验证事件驱动自适应控制算法的有效性,并将其与传统自适应控制算法相比较,仿真结果表明, 所设计的控制算法在保证闭环系统控制性能的前提下,显著降低了控制输入更新频次和星间交互信息量,满足星上能量和星间通信能力等约束.

    • 旋转导弹喷气阻尼效应建模与分析

      2018, 50(10):42-48. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201707030

      摘要 (1553) HTML (161) PDF 2.37 M (858) 评论 (0) 收藏

      摘要:旋转导弹在主动段不仅受到气动力和气动力矩的作用,还受到质量特性变化和喷气的影响。为研究旋转导弹在主动段的运动特性,对其喷气阻尼效应进行了建模与分析。首先,将旋转导弹看作连续质点系,根据变质量力学的基本原理,建立了同时考虑气动力矩、喷气阻尼效应和变质量特性的旋转导弹动力学方程;然后,分别对喷气阻尼效应和非线性变质量特性作用下导弹自旋转速和锥形运动的特性进行了理论分析,推导了喷气阻尼效应和气动力矩共同作用下旋转速度的表达式,并分析了锥形运动的稳定性,得到了稳定的充要条件;最后,利用数值仿真对理论分析的结果进行了验证.理论分析和仿真结果表明:喷气阻尼效应和变质量特性会影响导弹的自旋转速和锥形运动特性;若要保持导弹转速不变,应使药柱半径略小于发动机喷口截面半径, 而喷气阻尼效应增大了锥形运动的阻尼,有利于保持锥形运动的稳定; 质量特性的非线性变化能使锥形运动更快收敛; 喷气阻尼效应和变质量特性对旋转导弹运动特性的影响不可忽略,在设计和分析中应加以考虑.

    • 多Euler-Lagrange系统抑制抖振分布式有限时间包含控制

      2018, 50(10):49-56. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201710102

      摘要 (1437) HTML (157) PDF 2.56 M (1409) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了抑制多Euler-Lagrange系统分布式包含控制时控制输出的抖振现象,且实现系统的有限时间收敛,对多Euler-Lagrange系统的抑制抖振分布式有限时间包含控制方法进行了研究.在系统存在模型不确定性与外界干扰的情形下,采用有限时间滑模控制方法,结合系统的模型特点,提出了分布式有限时间包含控制算法.首先,通过定义包含控制误差变量和选取合适的高阶有限时间滑模变量,设计了一种分布式有限时间包含控制律.为了实现控制器输出的抑制抖振特性,将符号函数项包含在控制律的导数中,经过积分后,可以得到连续的控制输出.针对系统存在的模型不确定性和外界干扰,设计了自适应估计律对其上界进行估计和补偿.基于图论和矩阵理论,利用Lyapunov方法证明了系统能够在有限时间内稳定,且模型不确定性和外界干扰的估计是有效的.最后,选取多机械臂系统作为模型进行了仿真验证.结果表明,所提控制算法对滑模控制中因不连续的切换项产生的抖振现象有很好的抑制作用,且系统可以在有限时间内实现收敛.

    • 拉格朗日剖面法在拖曳水槽涡系演化中的应用

      2018, 50(10):57-65. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201712015

      摘要 (2233) HTML (166) PDF 7.23 M (898) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统研究方法对于拖曳水槽中的旋涡涡系演化实验,通常水槽的横流面使用激光片光,并对CCD相机拍摄的时间序列下的旋涡运动图像进行分析,但此类研究方法只局限于研究涡系的平面运动.为能从三维空间对于复杂旋涡的演化过程形成进一步的认识,文中提出了一种提取、重构三维复杂涡系的新方法:拉格朗日剖面法,即在基于流场描述的拉格朗日方法下,利用拍摄到的旋涡运动照片,结合伽利略变换和Matlab软件的图像处理技术,编写代码,确定颜色阈值,将流显图片转化为相应数字图像,并提取拖车运动速度与相机拍摄间隔时间重构涡系在时间维度上的相对位置,将二维平面图像转换到三维尺度中,刻画出旋涡的空间演变形态.本方法对直观认识复杂三维涡系演化现象,分析涡系干扰、演变机理具有一定价值,与常规研究尾涡空间演变的方法相比,具有性价比高的特点.

    • 复合正则化的图像超分辨率复原方法

      2018, 50(10):66-71. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201708047

      摘要 (1659) HTML (93) PDF 2.71 M (830) 评论 (0) 收藏

      摘要:图像超分辨率复原是计算机视觉领域的一个基础研究方向.为提高具有高度结构化特征图像超分辨率复原效果, 提出了一种基于复合正则化的超分辨率复原方法.该方法整合了多个不同种类范数的正则化项, 将具有旋转不变性的方向全变分组稀疏正则化(TI-DTV)方法以及小波分析方法嵌入至目标函数中.全变分组稀疏正则化(TI-DTV)方法是一种可以有效解决高度结构化图像中直线边缘区域超分辨率复原的方法, 但TI-DTV中的全变分(TV)和方向全变分(DTV)模型可能会导致图像阶梯化效应(staircase artifacts), 而小波分析项则可以提高图像纹理信息的复原效果, 可减小阶梯化效应的影响.为了解决不同范数下的混合正则化问题, 利用一阶对偶圆锥形解法(TFOCS)的思想, 推导出了一阶对偶形式的快速解法.结果表明, 在真实图像集的实验中, 通过与全变分、小波分析、TI-DTV等超分辨率复原方法的比较, 可以明显的看出该方法结果较其他方法更清晰, 对直线型结构复原效果有一定的提高, 同时保留了更多的细节信息, 峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)也有明显提高.

    • 稀疏表示与多任务学习的复杂核素识别

      2018, 50(10):72-78. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201711013

      摘要 (1853) HTML (54) PDF 2.37 M (1349) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高核探测器在复杂环境下测量的适应性,提出了一种能谱校正和核素识别方法.针对核信号探测过程中,由于环境温度的交替变化会出现γ能谱偏移导致多核素识别率低的问题,提出了一种基于稀疏表示和多任务学习的核素识别方法.首先建立一个用于描述环境变量对于当前测量能谱影响的迁移矩阵,其次对测量能谱进行建模,该模型可以表示为标准能谱中独立核素能谱的瞬时叠加,由此核素识别问题就转化为多种核素能谱稀疏分解的问题,为求解该非凸优化问题采用交替方向乘子法(ADMM)的多任务学习方法同时优化迁移矩阵并进行稀疏分解,实现多核素识别.为验证该方法的可行性和有效性,利用高低温交变试验箱对CsI(Tl)探测器的测量环境进行模拟,分别测量得到11种核素和典型混合核素的实际放射性元素能谱数据,以及基于蒙特卡洛分析软件Geant4仿真IAEA规定的27种核素的单一与混合核素数据进行实验.结果表明,提出的方法即使在温度为:-20℃~50℃的环境下依然可以准确地识别多种常用核素.

    • 双药室喷管气流反推减后坐机理

      2018, 50(10):79-87. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201708060

      摘要 (1884) HTML (137) PDF 3.18 M (857) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决发射高初速榴弹的榴弹机枪系统后坐力大的问题,提出了一种双药室拉瓦尔喷管气流反推减后坐技术.设计了适用于高速榴弹机枪系统的双药室拉瓦尔喷管减后坐装置,利用一维非定常流理论推导了双药室喷管低后坐武器的内弹道阶段和后效期阶段的气体动力学方程;将试验测得的压力峰值、弹丸初速及后坐力与仿真数值进行对比,验证建立的双药室喷管气流反推减后坐计算模型的正确合理性;计算双药室喷管低后坐武器后药室、前药室、导气室及喷管气室的压力,并分析压力参数随时间变化规律;对比分析双药室喷管武器与普通武器的膛压曲线、弹丸速度曲线,重点分析双药室喷管内气流压力、温度、密度和速度随时间变化曲线及在喷管内分布状况;探讨了后药室装药量、喷管导气孔直径及喷管内经对武器喷管反推力、喷管减后坐效率、弹丸初速等武器发射性能的影响.研究结果表明,在保持弹丸初速不变的情况下,合理匹配双药室减后坐结构参数,采用双药室喷管气流减后坐技术可实现武器低后坐发射的目的.

    • 一种求解控制系统可达集的网格投影法

      2018, 50(10):88-94. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201710120

      摘要 (1752) HTML (212) PDF 3.16 M (760) 评论 (0) 收藏

      摘要:控制系统在某一时刻的前向可达集是指从初始状态出发,在该时刻能够达到的状态的集合.为了求解非线性控制系统的前向可达集,首先通过常微分方程数值方法对连续控制系统进行离散,转化为离散系统;其次由于连续控制系统的可达集可用其相应的离散系统的可达集来近似,针对离散控制系统,提出了基于最优化技术的网格投影法近似描述可达集,该方法布置了均匀分布的网格点,并将网格点向可达集边界投影,每个投影问题都对应一个最优化问题,通过求解这些优化问题得到可达集的近似描述;进一步地,理论分析证明了该方法布置的网格点间隔越小得到的可达集近似误差越小;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性,并将其与文献中已有的DFOG(Distance fields on grids)方法进行对比.研究表明:网格投影法可以有效地处理具有非凸可达集的控制系统;相较于DFOG方法,该方法能够得到分布均匀的边界点,且求解的优化问题的数量少,计算时间短.

    • 主-从式多弹头协同攻击建模及输出一致性

      2018, 50(10):95-103. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201701025

      摘要 (2099) HTML (100) PDF 1.96 M (1341) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着反导系统拦截概率与拦截效率越来越高, 单枚弹道导弹突破反导系统实现打击任务的概率在逐渐降低, 多弹道导弹协同攻击应运而生.自由飞行段的多弹道导弹易于实现协同攻击, 导弹在此阶段也称为弹头.为解决多弹道导弹自由飞行段多弹头协同攻击的建模及输出一致性问题, 考虑多弹头协同攻击要求及特点, 首先建立了多弹头自由飞行段三维空间运动非线性状态空间模型, 详细分析了该模型的特点以及模型非线性动态对多弹头协同攻击带来的挑战.针对上述挑战, 为实现主-从式多弹头协同攻击体系的输出一致性, 应用输入输出反馈线性化控制方法, 设计了一类从弹弹头协同加速度指令信号,并通过详实的数值仿真验证所设计指令信号的有效性.仿真结果表明, 沿主弹弹头发射坐标系各轴向均实现了给定性能要求下的主-从式多弹头协同攻击体系的输出一致性, 主弹弹头速度变化越快、收敛系数的实部模值越大,速度跟踪误差收敛速度便越快,速度跟踪误差也越小,输出一致性的性能也更好.

    • 组合体航天器的姿态无模型自适应控制

      2018, 50(10):104-109. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201709029

      摘要 (2314) HTML (217) PDF 1.19 M (892) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决转动惯量参数未知组合体航天器的姿态精确控制问题,基于无模型自适应控制方法设计了一种不依赖于航天器精确动力学模型的组合体航天器姿态无模型自适应控制算法.首先,基于单输入单输出离散时间系统的数据驱动控制方法推导得出无模型自适应控制方程;然后,将无模型自适应控制方法拓展到组合体航天器姿态控制中,设计应用于组合体航天器姿态控制的无模型控制器;此外,为了缩短控制收敛时间,结合组合体航天器动力学特性,对姿态无模型控制器的控制过程进行优化设计;最后,以在轨服务航天器目标抓捕后的操作为研究背景进行组合体航天器的无模型自适应控制算法和无模型控制过程优化算法的数学仿真,验证了算法的有效性和可行性.数学仿真结果表明:所设计的组合体航天器无模型自适应算法有效,能够实现惯性参数未知的组合体航天器的姿态精确控制;且通过无模型控制过程优化设计,可以实现组合体航天器姿态控制过程的快速收敛;同时,该算法具有较高的控制精度.

    • 海洋环境下欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法

      2018, 50(10):110-117. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201709067

      摘要 (1984) HTML (409) PDF 2.68 M (1600) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,并基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,航迹跟踪控制系统为一致全局渐近稳定的.与传统的视线导引算法相比,改进的导引算法通过引入自适应观测器能够实现对漂角的实时估计和补偿,同时时变前视距离的设计使得无人艇的操纵更加灵活.以“海鲟03号”无人艇操纵运动模型和辨识得到的参数为基础,在MATLAB/SIMULINK软件上进行了航迹跟踪对比仿真实验,仿真结果表明:相比传统LOS导引策略下的航迹跟踪算法,控制算法动态性能更高且稳态误差较小,验证了算法的有效性和先进性;利用“海鲟03号”无人艇对所提出的控制算法进行了海上试验,结果表明在航迹跟踪控制算法的作用下,无人艇能较为准确地跟踪预先设定的期望航迹,且在整个航迹跟踪过程中,航迹误差相对较小,验证了该算法在实际工程应用中的正确性和有效性.

    • 球体入水空泡动态特性

      2018, 50(10):118-123. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201709094

      摘要 (1680) HTML (188) PDF 2.36 M (2072) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究球体低速入水的空泡特性以及空泡的形成对球体运动特性的影响,基于独立膨胀原理对充分发展后的空泡形态建立了理论模型,采用高速相机对不同速度的球体入水过程进行拍摄,观察球体入水从没有空泡到空泡充分发展的过程,分析了空泡的形成对球体后方射流的影响以及空泡对球体的运动特性的影响,研究了空泡的动态特性.结果表明,在球体入水没有形成空泡时,球体后方的射流以水柱的形式向上溅射;在形成稳定的空泡后,在空泡表面闭合前射流向四周溅射,空泡表面闭合后射流主要向上溅射.由于球体入水速度的变化、入水空泡的形成以及入水撞击时冲击力的影响,球体的加速度变化比较复杂,球体的阻力系数受到入水空泡的影响而明显减小.用建立的空泡形态理论模型得到了入水空泡截面积随时间的变化,并与实验结果进行了对比,对比结果显示了较好的一致性,分析表明不同深度处空泡从发展到破灭的时间大致相同,深度较小处的空泡截面积较大.

    • 超空泡航行体转弯运动多相流场特性

      2018, 50(10):124-129. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201609075

      摘要 (2130) HTML (162) PDF 4.82 M (882) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究超空泡航行体转弯运动过程中多相流特性的变化规律,基于有限体积法和VOF多相流模型求解RANS方程,并结合动网格技术,对超空泡航行体转弯运动过程进行了非定常数值模拟研究.通过将数值模拟结果与基于Logvinovich独立膨胀原理的计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.利用数值模拟方法分析了航行体模型的转动中心对航行体转弯运动过程中空泡形态演化过程的影响,并且研究了转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力的影响.结果表明:采用动态网格的数值模拟方法可以更好地对超空泡航行体转弯运动的空泡形态进行仿真,航行体的转动中心对航行体的转弯半径内侧还是外侧表面先出现沾湿区域有重要影响;航行体的流域环境在重力和惯性力的共同作用下使得超空泡尾部形态呈倾斜的双涡管分布;转弯运动过程中,航行体表面刚出现沾湿区域的时候,航行体流体动力会出现一个小幅度波动,随着沾湿区面积的增加,流体动力逐渐趋于平稳,转弯运动的轨迹半径对航行体流体动力有重要影响,转弯半径越小,影响越大.

    • 运动参数对回转体倾斜入水流场特性影响

      2018, 50(10):130-136. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201508005

      摘要 (1654) HTML (98) PDF 5.97 M (1157) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析回转体低速倾斜入水过程中入水空泡形态及流体动力特性演化规律,基于Fluent流体计算平台,并利用动网格技术,针对小型回转体以不同入水速度和入水角度的倾斜入水过程开展数值仿真研究.数值仿真结果与试验结果良好一致性,证明了文中数值仿真方法的正确性与有效性.基于该数值仿真方法,针对不同入水速度和不同入水角度回转体低速倾斜入水过程流场特性进行分析.数值计算结果表明:在距离自由液面相同位置处,回转体倾斜入水产生所产生的入水空泡,其直径随着入水速度的增加而小幅增大,随着入水角度的增加而减小;入水速度对流场中压力分布规律有较大影响,在同一入水深度处不同入水速度回转体入水过程中流场的最大压力随着入水速度的增加而增大;入水角度对回转体附近流域的最大压力影响较小,但最小压力随着回转体入水角度的增加而增大;不同入水角度回转体,母线压力峰值位置随着入水角度的增加而逐渐向母线右端点偏移,但其值差别较小;不同入水速度回转体其阻力系数峰值差别不大,不同入水角度阻力系数峰值随着入水角度的增加而增大,但稳定后的阻力系数值随着入水速度的增加而减小.

    • 超空泡射弹尾翼流体动力特性实验分析

      2018, 50(10):137-142. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201711068

      摘要 (1349) HTML (135) PDF 2.73 M (906) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究尾翼对超空泡流型发展及射弹流体动力的影响,在高速水洞中进行了通气条件下的超空泡射弹尾翼流体动力特性实验.首先基于高速水洞搭建了通气空化绕流实验测试系统,同时根据射弹基本外形,按照相似理论设计了尾翼测力实验模型,为改变空泡壁面与尾翼的相对位置关系, 用以研究穿刺高度对射弹尾翼流体动力特性的影响,实验中采用调整空泡尺寸或模型安装姿态来改变尾翼穿刺高度,最后对实验方案的合理性进行了充分的论证.通过改变测试工况对超空泡射弹尾翼的流体动力特性开展实验研究,得到了不同穿刺条件下尾翼对空泡流型的影响规律及其流体动力特性.研究结果表明:尾翼穿刺空泡以后,在其顶部和侧面生成的二次空泡将显著改变主体空泡的形态,且随着穿刺高度的增加,尾翼对主体空泡的影响更加明显;尾翼的流体动力主要产生于前缘沾湿部位,且随着穿刺高度的增加升力系数和阻力系数均显著增加;在尾翼穿刺空泡的条件下,其阻力系数和升力系数随攻角的增大而线性增加.

    • 复杂边界条件轴向功能梯度梁动力学分析

      2018, 50(10):143-150. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201711044

      摘要 (1317) HTML (253) PDF 1.89 M (1030) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析复杂边界条件及截面属性对轴向功能梯度梁动力学特性的影响,采用Gauss-Lobatto节点与Chebyshev多项式对变截面轴向功能梯度梁变形场进行离散,利用Chebyshev谱方法和Lagrange方程推导了系统的离散控制方程,通过投影矩阵法施加经典及弹性连接边界条件,分析了材料梯度指数、截面变化率、弹性支撑边界条件、末端集中质量等因素对系统固有频率的影响.结果表明:截面变化率和材料梯度指数对固有频率的影响因边界条件不同而不同;悬臂梁的前一阶量纲一的固有频率随着截面变化率的增大而增大,其他情况下则随截面变化率的增大而减小;悬臂梁的一阶固有频率随材料梯度指数先增大后逐渐减小,而其余各阶频率均显示出增大的趋势,而两端固支梁的前两阶频率呈现减小趋势,后两阶频率则显示出增大的趋势;两端简支梁各阶固有频率皆随材料梯度指数增大而增大;随着弹性支承刚度的增大各阶固有频率均呈阶梯状增大,但当弹性支撑刚度较小时,旋转弹簧相较线性弹簧对系统固有频率影响更大;末端附加质量将使固有频率减小且对高阶固有频率的影响更大.

    • 分数阶扩散方程参数反演的改进花朵授粉算法

      2018, 50(10):151-161. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201703142

      摘要 (1746) HTML (150) PDF 2.91 M (855) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决传统花朵授粉算法容易受到局部极值影响的问题,将共享机制的小生境策略与花朵授粉算法相结合,提出了一种新的小生境花朵授粉算法,并将之应用于空间分数阶扩散方程的参数反演研究,以期为污染物寻源和空气污染防治提供一定的理论依据.为确保算法的寻优能力及寻优精度,首先,选取20个多模态函数,将算法改进前后的寻优性能进行对比,以验证改进算法的性能;然后,针对污染寻源问题,基于相应的空间分数阶反常扩散方程模型,运用隐式差分格式求解正问题,并采用花朵授粉算法和改进算法反演源项和扩散系数;最后,针对所提出的算法,从种群数、转换概率和搜索区间方面进行了灵敏度分析,并进一步讨论了算法的抗噪性.数值算例结果表明,对于空间分数阶反常扩散方程参数反演问题,改进后的花朵授粉算法反演效果更好,数值精度更高,可以达到理想水平.

    • 太阳能电池开路电压非接触定量成像检测

      2018, 50(10):162-167. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201710147

      摘要 (1862) HTML (174) PDF 4.45 M (869) 评论 (0) 收藏

      摘要:太阳能电池的开路电压(Voc)是影响太阳能电池的光电转化效率重要参数之一.为了准确检测太阳能电池开路电压图像,首先利用有限元仿真方法得到了太阳能电池开路电压与发光成像强度之间的关系;其次基于调制光致载流子锁相成像(LIC)系统对商用单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池进行了开路电压非接触定量成像研究,并与光致发光成像检测方法(PL)对比;最后利用LIC方法对不同注量1 MeV电子辐照GaAs太阳能电池进行开路电压成像研究.结果表明:LIC方法和PL方法均能获得太阳能电池的开路电压分布,且两种方法所测得的单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池开路电压均值均与Sun-Voc方法所测结果一致,误差小于1%.利用LIC方法测得开路电压分布结果与PL检测方法吻合,相比PL检测方法,LIC检测结果信噪比更高,且检测过程更简单;对不同注量1 MeV电子辐照的GaAs电池的开路电压进行LIC成像的结果与电测结果吻合,为分析辐照电池局部损伤提供了一种新方法.

    • 寒地大学校园环境要素与冬季体力活动相关性

      2018, 50(10):168-174. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201709001

      摘要 (1398) HTML (140) PDF 2.50 M (796) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究促进冬季体力活动的寒地大学校园环境设计依据,基于循证设计理论和社会生态学模型在中国东北地区9座大学校园年内进行了问卷调查,用实证方法探究了寒地大学校园的建成、气候及感知环境要素对学生冬季体力活动频率和水平的影响.通过描述性统计横向对比了学生冬季与非冬季月份的体力活动模式及各个校园的主观评价得分;并通过多重线性回归分析探求了校园环境要素对冬季体力活动的影响.统计结果表明:学生在冬季月份进行体力活动的频率和总量低于非冬季月份;校园冬季环境质量低于非冬季月份,且设施防寒、步行可达性、交通安全性、冬季活动安全性得分较低;在冬季,目的地多样性、公共交通选择多样性、道路交通网络连通性、步行道路环境品质、辅助设施存在性、犯罪安全性与交通性体力活动正相关,冰雪危害和空气污染与交通性体力活动负相关;校园环境与冬季休闲性活动无相关关系.利用上述数据可以初步推测促进体力活动的寒地大学校园环境设计倾向并对各个环境要素的重要程度进行评级,重要程度较高的要素是校内目的地、步行道路、犯罪安全性、步行辅助设施和校园公共交通服务.

    • 居住建筑夏季空调行为驱动特性的分析方法

      2018, 50(10):175-181. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201710050

      摘要 (1332) HTML (114) PDF 4.47 M (866) 评论 (0) 收藏

      摘要:为挖掘和发现居住建筑夏季空调行为的驱动特性,依托北京城区某高校28户学生宿舍,开展室内热环境、空调开关状况以及空调行为驱动类型的问卷调查及现场实测,分析统计宿舍空调行为的驱动类型,采用建筑人行为动作模型获得各个宿舍在不同驱动类型下的空调行为概率曲线及其行为特征参数,并分析对比相同驱动类型下空调行为概率曲线的变化趋势,对各个宿舍进行分类,再对同类宿舍空调行为的平均概率进行拟合.研究表明:居住建筑空调行为驱动特性存在明显个体差异,体现在空调行为概率随环境驱动力变化的敏感性上,也即环境驱动力对不同类宿舍的空调行为呈现不同的驱动力度;依据概率变化趋势分类和采用平均概率拟合的方法,对各种驱动类型的空调行为统计归纳出2~4组不同的驱动力度,由此较好地反映出居住建筑夏季空调行为的群体特性.

    • 热惰性指标对围护结构热稳定性量化作用机制

      2018, 50(10):182-188. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201711157

      摘要 (1187) HTML (209) PDF 1.85 M (872) 评论 (0) 收藏

      摘要:热惰性指标D是基于谐波分析法的建筑热稳定模型中的关键参数,为揭示热惰性指标对围护结构内热流波动的作用机制,首先基于对周期性非稳态热作用下围护结构传热过程的理论分析和求解,给出了热惰性指标与围护结构内温度波衰减及温度波数量的关系式,然后利用数值模拟方法分析了热惰性指标对围护结构内温度波衰减和延迟的影响,最后分析了热惰性指标对剧烈波动层厚度、内表面蓄热系数、多层围护结构的衰减倍数及延迟时间等热稳定性能参数计算的关键影响.研究表明:热惰性指标与围护结构内温度波衰减以及温度波数量存在定量关系式;对于相同形式的围护结构,D越大,衰减倍数及延迟时间越大,围护结构内温度波数量越多,热稳定性能越好;对于不同形式的多层围护结构,D越大,表明延迟时间越长,而衰减倍数的大小还与材料层的排顺有关,外保温比内保温围护结构能获得更大的衰减倍数;利用D=1确定温度剧烈波动层厚度为围护结构蓄热设计提供了新思路;内表面蓄热系数的计算主要与剧烈波动层内的热工参数有关.

    • 结构声耦合对膨胀腔水消声器声学性能的影响

      2018, 50(10):189-193. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201712172

      摘要 (1392) HTML (227) PDF 2.42 M (876) 评论 (0) 收藏

      摘要:水消声器可以有效降低管路系统水噪声,为更加准确的预测水消声器传递损失,利用结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究不同部位结构声耦合效应对充水膨胀腔消声器声学性能的影响规律.计算厚径比为1的充水膨胀腔消声器传递损失,并与刚性条件下的数值结果及理论结果进行比较,以验证方法的正确性;对比二维轴对称模型与整体计算模型的计算结果,验证基于二维轴对称模型分析的可行性.数值研究表明:本方法可以有效的预测水消声器传递损失;随着水消声器腔壁厚度的减小,弹性结构与流体的耦合程度增加,结构声耦合效应对水消声器的声学性能影响增加;周向腔壁的结构声耦合效应会造成膨胀腔消声器的传递损失曲线向低频方向移动;端部腔壁的结构声耦合效应会使消声器传递损失曲线出现反共振峰、共振峰,这与膨胀腔端板结构的固有模态相关;膨胀腔壁的结构声耦合作用使腔内声压在较低频段内出现三维高次波,增加消声量;管路结构声耦合效应对水消声器声学性能的影响不大.

    • 污水处理厂SAD工艺小试运行研究

      2018, 50(10):194-198. DOI: 10.11918/j.issn.0367-6234.201705156

      摘要 (1838) HTML (122) PDF 2.37 M (909) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高反应器的氮素去除率,在市政污水处理厂进行同步厌氧氨氧化反硝化(SAD)工艺小试.以A/O除磷和亚硝化工艺处理后的生活污水为基质,启动厌氧氨氧化滤柱.反应器启动成功后,基质中投加有机碳源促进反硝化菌生长,启动SAD工艺,研究碳源质量浓度对SAD工艺的影响.由于葡萄糖对厌氧氨氧化菌抑制作用较小,成本较低,作为SAD工艺的有机碳源.结果表明:常温条件下,进水分别投加10,20和30 mg/L Glu,SAD工艺耦合效果良好,平均出水总氮质量浓度为9.16,8.10和6.41 mg/L.相较于厌氧氨氧化工艺,SAD工艺出水总氮质量浓度降低了16%~42%,常温条件下取得了良好的运行效果.冬季水温为10~12 ℃,基质中投加30 mg/L Glu,SAD工艺稳定性受到破坏并向反硝化工艺转变,出水氨氮质量浓度由0.5 mg/L增长至6.2 mg/L.水温对SAD工艺有较大影响,低温条件下SAD工艺中厌氧氨氧化菌与反硝化菌的竞争中占据劣势,工艺稳定性受到破坏.将基质Glu质量浓度降低到20 mg/L,出水总氮质量浓度为6.5~8.5 mg/L,冬季SAD工艺出水氨氮和总氮质量浓度满足北京市地方标准的A类排放标准.

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