355nm脉冲激光清洗溶胶-凝胶膜面颗粒污染

在强激光系统中,光学元件表面的颗粒污染极大地限制了元件的使用寿命.本文在355 nm纳秒脉冲激光入射下,采用激光等离子体冲击波光栅式扫描技术,清洗了溶胶-凝胶Si O2薄膜表面的石英颗粒污染.当瞄准距d取为0.5~1.5 mm时,膜面的清洗效率η达到90%以上.当d0.5 mm时,膜面易产生等离子体灼伤.当d接近3 mm时,清洗效果基本丧失.采用紫外-可见分光光度计、静滴接触角测量仪与原子力显微镜对样品进行测试.结果表明,冲击波清洗之后,元件透射峰能恢复到污染前的状态.由于冲击波对颗粒的碎裂作用,清洗后膜面均方根粗糙度由1.755 nm增大为2.681 nm,膜面与水的接触角由48°减为6°,其抗污染能力明显变差.     

陶瓷芯平板式毛细泵设计及试验

为有效解决平板毛细泵蒸发器向补偿室的背向漏热问题,本文设计了一种在材料选择和内部结构构型上显著区别于传统平板毛细泵的新型平板毛细泵.材料选择方面,本文采用低热导的氮化硅陶瓷毛细芯,其导热系数仅为2.7 W/(m K),显著增大了蒸发器与补偿室的热阻;同时氮化硅毛细芯孔径和孔隙率为0.5μm和70%,也明显优于传统金属毛细芯,有利于提升环路热管毛细传热极限.结构构型上,平板毛细泵外轮廓尺寸为82.0 mm×53.0 mm×16.0 mm,内部并列布置了8根柱状氮化硅毛细芯,柱状毛细芯外壁与蒸发器壳体内壁过盈配合,很好地解决了蒸汽槽道与补偿室的相互密封问题.试验测试了平板毛细泵环路热管的启动特性和传热性能.(1)水平姿态下,环路热管在5.0～20.0 W的启动负载下均能快速启动,且蒸发器无明显的过热现象;倾斜姿态时,环路热管在5.0 W启动负载下启动时间显著增长、启动温升明显增大,但启动负载加大至20.0 W后,启动特性恢复至水平姿态.(2)环路热管的传热极限和热流密度极限超过400.0 W和26.3 W/cm~2,最小热阻值为0.018°C/W.     

螺母型超声电机驱动的集成透镜调焦系统

介绍一款螺母型超声电机驱动的集成光学调焦模组系统. 该系统用光学镜头(M6或M7)作为转子, 粘有压电元件的多面体铜管作为定子, 成像传感器安放在定子轴的底部. 驱动芯片(IC)控制电机运行. AF模组尺寸是8.5 mm×8.5 mm×5.9 mm. 转子的外螺纹与定子的内螺纹相互啮合. 当驱动IC激励定子上的压电片时, 在定子中激励出沿圆周传播的面内弯曲行波. 图像质量由多次成像的清晰度反馈到驱动IC, 再由驱动IC对镜头位置进行控制, 从而实现AF功能. 工作时功耗小于0.25 W, 静止时功耗为0. 调焦精度<10 mm, 运动速度>3 r/s, 响应时间<10 ms. 该系统模组还具有耐冲击和抗跌落, 机构简单没有附加传动机构等特点. 在试验样机中已经获得3~5 MP的图像分辨率.     

不同真空度下多层隔热组件传热性能的实验研究

针对月地高速再入返回飞行器在轨面临长期中真空环境的特殊挑战,热控设计需要评估不同真空度下多层隔热组件的传热性能差异.采用一维绝热型边界测试方法,对5单元、10单元、15单元与20单元多层隔热组件,在0.001~10000 Pa开展了传热性能的实验研究.根据测试数据,计算了不同真空度下的当量导热系数,在整器热分析模型中优选当量导热系数来计算整器温度水平,并利用正样热平衡试验和在轨温度遥测值验证了该方法的正确性.本文的测试结果不仅可为返回器提供基础数据,还可成为多层隔热组件不同真空条件下航天器热设计、热分析的重要依据.     

新型弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3的形貌与缺陷结构

采用改进的Bridgman法生长出了尺寸达 2 5mm× 2 5mm× 5 0mm的透明的、压电性能十分优异的弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/ 3 Nb2 / 3 )O3 PbTiO3 ,其为纯钙钛矿相的三方或四方结构 .这些单晶主要显露 {0 0 1 }面 ,而 [1 1 1 ]方向的生长速度相对较快 .可以利用负离子配位多面体生长基元理论模型解释PMNT单晶的形貌特征与生长习性 .在光学显微镜和SEM下观察到了散射颗粒、气泡及负晶结构等宏观缺陷 .在对结构缺陷形成机制研究的基础上 ,通过调节生长参数 ,可以减少或消除这些缺陷 .用光学显微镜对三方相单晶的 71°或 1 0 9°电畴、四方相单晶的 90°电畴进行了观察 ,发现微畴 宏畴转变可由成分诱导并存在过渡区 ,分析了电畴结构的形成机理及与铁电相变的关系 .     

磁致伸缩薄膜-基底悬臂梁系统的弯曲特性研究

从基本力学平衡方程出发获得了任意薄膜厚度的磁膜-基底悬臂梁系统弯曲问题的严格解, 研究了悬臂梁系统作为弯曲型微传感器件的应用优化问题, 并重点分析了构成悬臂梁的两种材料的几何参数和物理参数对悬臂梁自由端最大挠度值的影响. 结果表明: 在基底厚度确定的情形下, 当磁膜/基底的弹性模量比值增加时, 悬臂梁自由端挠度的最大值增大, 但对应挠度最大值的最优厚度比值则减小; 而当悬臂梁的总尺度确定时, 系统的挠度最大值与磁膜和基底材料的弹性模量和Poisson比无关.     

地球等离子层极紫外波段辐射特性计算

介绍了计算地球等离子体层 He⁺密度分布的动态全球核心等离子体层模式(DGCPM), 模拟了等离子体层结构特性和30.4 nm辐射特性, 与IMAGE卫星观测结果的对比分析表明: (1) 等离子体层顶主要位于5.5 R_E以内, 10 min收缩或扩张的特征尺度约0.1 R_E; (2) 等离子体层肩产生于行星际磁场南向偏转并从晨侧向正午方向旋转; (3) 等离子体层尾在行星际磁场南向偏转时会向昏侧旋转并变窄. 模拟得到从月球上观测时等离子体层位于5.5 R_E以内, 对应月基极紫外相机视场角 10.7°×10.7°; 等离子体层 30.4 nm辐射强度为 0.1~11.4 Rayleigh; 首次从侧面模拟出了等离子体层肩和尾结构, 其空间变化尺度量级为0.1 R_E. 以上计算结果为月基极紫外相机参数设计提供了重要理论依据.     

静电场调制椭球形细胞膜电位和一侧离子浓度的研究

在对静电场与细胞相互作用建模和跨膜电位计算的基础上,基于能斯托公式和玻尔兹曼公式,给出静电场对椭球细胞离子跨膜迁移量影响的分析方法,并就静电场对不同类型椭球细胞离子跨膜迁移量变化的影响进行数值分析.研究发现:静电场在细胞表面不同位置引起的跨膜离子迁移量不同;随外场方向角α、椭球半轴比值ρ增加,静电场引起的细胞膜一侧离子浓度相对无外场作用,其比值的最大值逐渐减少,最大值对应位置θ_(max)逐渐增加;在外场强度、细胞表面积或体积一定条件下,ρ值越大,则对应的θ_(max)值越大;对于含乘性白噪声的静电场,场强度越大、信噪比越小,则离子浓度相对变化量越大.电场影响椭球细胞离子的跨膜迁移量引起细胞介质极化.     

集成于薄板的压电型随机振动能量收集器件优化设计

将压电薄膜粘贴于方形薄板表面即构成实用的振动能量收集器件,本文研究此类器件在受到宽带随机点激励作用时以平均输出功率最大为目标的优化设计问题,具体包括压电片布置位置和尺寸要求、最优负载电阻等.首先,导出机电耦合系统关于位移和输出电压的随机偏微分-积分方程组,通过模态分析技术消去空间项得到关于主坐标和电压的无限维随机常微分方程组.进而,由线性随机振动理论建立平均输出功率的解析表达,优化问题据此展开.研究表明:宽带激励作用时,压电片最优中心位置处于激励点及与之相应的3个对称点;在最优布置条件下,平均输出功率随压电片尺寸增加近于单调增加,而增速渐缓,据此可定义最优尺寸;在最优布置条件下,平均输出功率随外接电阻的变化有极值出现,可由此断定最优负载电阻.上述研究揭示了对称最优布置位置的存在性及输出功率对布置位置的敏感性,对平板型随机振动能量收集器件的优化设计有一定的指导意义.     

东亚赤道异常区电离层结构与扰动的CT成像

介绍东经 12 0°低纬电离层CT实验及CT重建结果 .提出一种改进的电离层CT算法 .该算法通过联合使用差分Doppler相位和差分Doppler频率数据 ,把相位积分常数估算融入重建过程之中 .CT重建结果发现 ,赤道异常峰电子密度等值线沿磁力线倾斜 ;峰位置逐日变化时 ,倾斜程度也随之改变 ,使峰电子密度等值线仍沿磁力线 ;峰朝赤道的运动通常伴随峰区展宽 .此外 ,对一次中等强度磁暴期间电离层响应的分析发现 ,在赤道异常峰区 ,磁暴急始之后 2 0min出现电子密度的深度耗空 ,这种耗空遍及从底到顶的整个F区 .结果表明 ,电离层CT技术在研究电离层赤道异常的动力过程、电离层行扰和不规则结构的时空演变以及暴时电离层响应等方面具有重要的应用价值与前景 .     

骨性面神经管多层螺旋CT曲面重组测量与临床应用

目的 探讨多层螺旋CT曲面重组成像对面神经管的应用价值及其技术要点.方法 用GE lightspeed 16螺旋CT对23例病人行螺旋扫描,在工作站上行多平面重组及曲面重组,测量面神经管的总长度及迷路段、鼓室段、乳突段各段的长度、直径及第一膝、第二膝的角度.观察病变对面神经管的影响.结果 面神经管迷路段、鼓室段、乳突段及总长分别为5.58±0.74mm、10.11±0.79mm、12.47±1.01mm、28.73±1.07mm;面神经管各段管径分别为:膝状神经窝2.37±0.63mm、鼓室段1.03±0.16mm、乳突段1.57±0.31mm;面神经管第一、二弯曲角度分别为76.1°±4.65°、108°±11.38°.CPR可清晰显示病变段面神经管,显示率达81.8%.结论 多层螺旋CT曲面重组可在一幅图像上清晰显示双侧面神经管,对面神经管的解剖变异、先天畸形、外伤、慢性中耳炎并发症胆脂瘤累及面神经管提供有价值的信息.     

磁致伸缩薄膜-基底悬臂梁微致动器的设计与优化

从最基本的力学平衡方程出发获得了适应于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加点荷载的磁膜-基底悬臂梁系统弯曲问题的严格解, 针对材料的几何参数和物理参数着重分析研究了构成微致动器悬臂梁的设计与优化问题, 给出了微致动器应用的最佳条件, 并澄清了一些理论问题. 结果表明: 当基底厚度固定时, 磁膜和基底厚度之比越大, 悬臂梁的带载能力越强, 即输出力越大; 而当悬臂梁整体厚度固定时, 其自由端的输出力将出现唯一的极大值, 此极大值随着材料强度比的增加将减小, 同时相应的厚度比将减小. 无论是基底的还是整体的厚度固定, 悬臂梁中两种材料的Poisson比对其自由端输出力的影响都很大, 不可忽略.     

面向GIC的巨磁阻电流传感器的特性研究

地磁暴引发的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)侵入高铁电气系统可能影响高铁的安全运行,为了对GIC进行监测,本文设计了一个基于巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)效应的电流传感装置.该电流传感器装置由一个量程100 A且配备磁通聚集器的GMR传感器构成.本文探讨了传感器与导线成极端偏转角和水平偏移两种情况下对测量精度的影响,通过理论推导和有限元方法(finite element method,FEM)仿真进行了分析.仿真结果表明:当水平偏移控制在16 mm内时,测量误差3.66%;当角度偏转控制在70°内时,测量差6.62%;相比无磁通聚集器的传感器,灵敏度提高了19.7倍;极端位置下,测量误差减小可达121倍.同时实验结果表明,该装置测量准确度97.2%,能够对GIC进行准确的监测.     

采煤机扭矩轴离合器参数化设计

基于有限元分析软件ANSYS和大型数学计算软件MATLAB对某煤机公司设计的采煤机扭矩轴进行了可靠性分析,获取了同等奈件下U型、V型和二次曲线型卸荷槽对扭矩轴的应力变化规律;对二次曲线型卸荷槽进行了参数化设计,根据项目参数,优化了扭矩轴结构.同时结合由机械系统运动学和动力学自动分析软件ADAMS仿真生成的扭矩轴所受峰值时刻的动载荷验证了改进后的扭矩轴的可靠性和合理性.     

基于遥感叶面积指数的水文模型定量评价植被和气候变化对径流的影响

摘要针对经典概念性降雨径流模型较少考虑植被信息的问题,本文以澳大利亚南部典型中尺度Crawford River试验流域为研究基础,采用基于NOAA/AVHRR 遥感叶面积指数的Penman-Monteith蒸散发模型对原新安江模型和SIMHYD模型进行改进,借助改进的水文模型模拟植被变化后的径流过程,并尝试定量划分植被变化和气候变化的径流响应.结果表明：新安江-ET 模型和 SIMHYD-ET 模型与原模型相比,模拟精度有一定提高.另外,在 Crawford River 流域有 25%的面积植树造林情况下,流域年径流总变化量为 32.4 mm,为造林前多年平均径流量的 47.6%. 其中,由植被变化引起的径流变化量为 20.5 mm,为造林前多年平均径流量的 30.1%;由气候变化引起的径流变化量为 11.9 mm,为造林前多年平均径流量的 17.5%.说明造林使该流域径流量明显减少,而且相对于气候变化而言,植被变化对径流量的影响更为显著.     

迈向原子时间分辨的时间放大技术

如何观测碰撞类过程、爆轰类过程、高电压放电类过程, 如何观测和研究固体中声子和激子的衰变和迁移、光合作用的原初反应过程、原子壳层内的电子动力学行为, 这需要研究时间放大的理论和技术. 本文在短时间放大技术的基础上, 重点研究原子时间的光信息放大机理和极高速成像技术. 变像管极高速成像的时间分辨率已达亚皮秒量级（扫描型）, 成像频率已达 6×108~5×109 fps （分幅型）; 非管极高速成像能达到107~1014 fps的成像频率, 其高速形成机理涉及到利用光的速度、光的并行性, 利用光的振幅、位相、偏振、波长, 甚至要利用光子的量子特性; 电磁波和粒子波的级联系统里能够同时实现极高的时间分辨率和空间分辨率, 能突破光频波段海森堡测不准关系的制约.     

天然掺杂铁氧体的电磁参数调控机制分析及其在吸波材料中的应用

对不同地质产状类型天然铁氧体的电磁参数测量结果发现, 岩浆岩型(A型)天然铁氧体的电磁参数明显区别于其他类型铁氧体, 是一种可用于微波吸收材料的天然矿物. 该矿物经选矿工艺制备后, 在8~12 GHz频率范围内, ε′ =58.60, ε″=10.0, μ′=1.2~1.5, μ″=1.0~1.2, 属于具有一定磁导率、低介电常数、高电磁损耗的磁性物质, 其粉体适合作为吸波材料的磁性吸收剂. 对A型天然铁氧体的矿物组成和化学成分的分析结果表明, 与单一磁铁矿或二元型铁矿物组成的天然铁氧体相比, A型天然铁氧体中的杂质元素和另相矿物含量明显高于其他天然铁氧体, 其中的杂质成分对电磁参数起着重要的调控作用, 这种调控作用有利于降低吸波材料的反射系数, 并提高电磁波吸收效率. 而且, A型铁氧体中的这种天然掺杂导致的结构缺陷及其对电磁参数的影响效应是人工制备的铁氧体难以实现的. 材料应用试验与吸波性能测量结果表明, 以A型天然铁氧体作为粉体填料与天然橡胶制成的吸波片材在8~12 GHz频率范围内的电磁波吸收频宽和反射系数均优于传统的羰基铁粉与橡胶制成的吸波片材, 完全可以替代羰基铁粉应用于微波吸收材料的开发, 而且具有原料丰富、制备工艺简单、成本低、吸波性能稳定的比较优势.     

液态金属Α1凝固过程中团簇结构的尺寸分布及幻数特性

采用分子动力学方法,对含有100000个Al原子的液态金属系统在快凝过程中团簇结构的形成及幻数特性进行了模拟研究,采用原子团类型指数法(CTIM)描述了各种类型的团簇结构组态.模拟结果显示:在凝固过程中,二十面体原子团(120120)及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用;由不同数目基本原子团的不同组合所形成的不同层次的团簇结构,其尺寸分布具有明显的幻数序列,依次为13(13),19(21),26~28(27),32~33(32),39~40,43~44,48,······等(括号内为液态时的对应值),它们分别依次与由1,2,3,4,5,6,7,······个基本原子团的不同组合所形成的该层次的团簇数的峰值位置相对应.本幻数序列与Harris,Echt及Schriver等人的实验结果相符.     

斜齿三星轮装载机构的谐响应分析

为了研究斜齿三星轮装载机构的动力学行为,利用更新的拉格朗日法建立了钭齿三星轮的力学模型、用Ansys软件创建了星轮机构的模型,由谐响应分析给出了不同激振频率下的星轮等效应力云图以及星轮机构位移响应随频率变化的曲线,由此得到了星轮机构的最大应力,确定了发生应力集中的位置和星轮稳定运行的转速,为研究斜齿三星轮的动力学性质以及改进该型星轮装载机构的设计奠定了基础.     

民用客机变弯度机翼优化设计

针对民用客机机翼-机身-平尾构型开展了后缘连续变弯度机翼气动优化设计,并探索了在优化设计中添加俯仰力矩配平约束的必要性.采用自由型面变形(free form deformation,FFD)方法对全机构型进行参数化,可实现机翼型面、后缘弯度和平尾偏转角的改变.采用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程的离散伴随技术求解气动力系数对设计变量的梯度,并采用序列二次规划算法进行基于梯度的气动优化设计.针对CRM(common research model)构型开展了考虑多约束的气动减阻优化设计,验证了优化设计系统的有效性.在此基础上,针对不同巡航升力系数分别进行了考虑和不考虑全机力矩配平约束的变弯度机翼优化设计.优化结果表明,通过机翼后缘变弯度可以改善机翼展向升力系数分布、减小激波强度;为了获得综合最优的减阻设计结果,必须考虑力矩配平约束.