全垫升式气垫船破冰过程的数值模拟

气垫船破冰是指采用大吨位气垫船以临界航速在冰面上航行进行破冰,是一种较新的内河破冰方法,可应用于黄河凌汛灾害的防治领域。本文对浅水厚冰层条件下气垫船破冰过程进行了数值模拟。计算结果表明：临界航速下,气垫船始终位于船首波峰后方,对所兴起的船波起持续的推波作用,在冰面上逐渐兴起幅值较大的船波。冰层在船尾波谷处最先产生纵向裂缝并向前后延伸,向前延伸至船首波峰处时引起冰层横向破裂并扩展,完成一个破冰周期。船身后方的裂缝沿气垫船轴线方向呈 号形状,不同破冰周期的横向裂缝交叉后,冰层破裂成三角形的碎冰片。气垫船破冰的不同工作航次应尽量沿同一方向平行进行,使不同航次的裂缝进一步交叉,将冰层破裂成尺度更小的碎冰片。     

大口径宽光谱折射平行光管系统设计

介绍了大口径、宽光谱、折射式平行光管物镜的设计理论。结合项目设计实例：工作波长范围400nm~1100nm,焦距2000mm,相对口径1/10的折射式平行光管系统,论述了光学设计初期玻璃材料选取、初始结构选取与光焦度分配等问题。利用修正的相对部分色散P与阿贝数V建立复消色差方程组求解初始结构,使用Zemax软件优化设计出在全谱段范围内复消色差的平行光管系统。最后,给出Zemax软件分析的像差结果,系统中心视场内的点列图优于5μm ,中心波长波像差优于1/60λ,焦距色偏移量为0.33mm,其余像差均在设计指标之内。     

扫描激光雷达的传动设计及稳定性分析

为了提高扫描激光雷达方位运动的精度和稳定性,首次对原有传动设计整体进行了分析,同时采取视传动系统刚体化的方法,利用有限元法对结构系统中传动箱的模态、谐响应及底盘的刚度进行了分析计算,得出原有设计的不合理之处;接着,参考上述结论,以原有方位传动布局为基础,将传动系统和结构系统分别进行了改进,将之前的一体式传动设计改为分体式,末级的涡轮蜗杆传动改为斜齿轮传动,再次使用同样的方法对改进结构系统中传动箱的模态、谐响应及底盘的刚度进行了分析计算,满足了工程需要,经试验验证,该传动系统稳定性更好,表明该设计的合理性和有效性,其设计方法对其他扫描式精密仪器的传动设计有一定的借鉴作用。     

航道边界形状对移动载荷激励冰层位移响应特性的影响研究

基于欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法,针对移动载荷激励冰层响应问题开展了数值模拟。对均匀水深条件下的冰层位移响应进行了数值计算并与实验结果进行对比分析,发现二者获得的临界速度值、冰层位移响应波形特征以及最大下陷值都吻合较好,说明所采用的数值计算方法是可靠、有效的。针对限制水域不同航道边界形状条件下移动荷载激励冰层位移响应和载荷临界速度进行了数值模拟,得到了航道边界形状对位移响应和临界速度的影响规律,结果表明:不同截面形状直航道条件下,当矩形截面变化到梯形截面时,临界速度变小,且各速度下冰层最大下陷位移也相应变小;矩形截面形状弯曲航道条件下,临界速度仍存在,且该临界速度对应的冰层最大下陷位移幅值比直航道条件下大。     

一种车载设备的低频水平减振方法

针对大型车载光电设备0~20 Hz低频段振动,综合考虑承载能力及车内空间,基于准零刚度系统隔振原理,提出了一种新的低频水平方向隔振方法。将一种新型的负刚度机构并入正刚度的弹簧,组成正负刚度并联的新构型隔振系统。通过对隔振系统的基本原理和动力特性进行理论分析,得到了系统处于平衡位置时的零刚度条件;并对加入了新型隔振系统的车载光电设备振动响应进行了模态仿真。理论分析和仿真结果表明,此新型准零刚度水平隔振系统在不改变承载能力的情况下,降低了固有频率,对于低频隔振有明显的效果。可将0~20 Hz频率范围内的振动幅值降低96.67%左右。通过对装有该隔振系统的车载仪器的性能进行测试,可验证该隔振系统对车载设备的隔振效果非常明显。     

大口径半环形高次非球面检测与轻量化分析

为了实现对大口径高次非球面镜的面形精度检测,本文针对一个内径572 mm、外径800 mm的半环形凹高次非球面反射镜,进行补偿检测系统设计和轻量化分析。基于三级像差理论,采用双透镜与单反射面的结构对非球面反射镜进行补偿检测,得到均方根(RMS)值为0.0037λ(λ=632.8 nm)的补偿检测系统。采用三角形孔对高次非球面镜进行轻量化,轻量化后镜体质量小于30 kg,轻量化率为32.7%。结合机械支撑结构,对高次非球面镜与支撑结构在自身重力作用下进行有限元分析。当光轴与重力方向平行时,RMS值为0.012λ。当光轴与重力方向垂直时,RMS值为0.013λ,镜体所受最大应力为1.308×10⁵ Pa,机械支撑结构所受最大应力为1.381×10⁵ Pa,非球面镜和支撑结构所受应力都小于各自材料的极限应力。