南昌航空大学 航空制造工程学院, 江西 南昌 330063
为丰富宏微平面运动装置形式, 该文提出了盆架状压电作动器。设定盆架状结构的一阶面内对称弯振模态和二阶反对称纵振模态为工作模态, 利用粘附于盆架状作动器表面的压电陶瓷激发工作模态振动, 迫使驱动足同时沿xOz、yOz面做椭圆轨迹行进以推动移动体。根据传递阵力学原理, 构造作动器各单元的振动传递方程, 在确定各单元间连接与传递条件及作动器压电边界条件基础上, 建立了作动器的半解析性机电耦合传递矩阵模型, 编制了模型的解算程序。建立作动器的多目标优化数学模型, 求得其优化结构尺寸。为印证半解析理论模型, 还构建了作动器的机电耦合有限元数值模型。传递阵模型与数值模型解得的作动器工作模态频率差分别为177 Hz和191 Hz, 求取驱动足在x、y、z向的振幅分别为2.95 μm、3.27 μm、1.37 μm及3.12 μm、3.61 μm、1.82 μm, 表明了半解析模型的有效性。结果表明, 该文提出的结构设计与驱动原理相结合的作动器分析方式, 为优化压电作动器性能开启了新思路。
盆架状作动器 传递矩阵 机电耦合特性 半解析模型 basin type macro-micro actuator transfer matrix electromechanical coupling property semi-analytical model
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200390
1 江苏第二师范学院,南京 211200
2 南京邮电大学,南京 210003
为探究如何消除双芯光波导的模间色散,提出了一种纤芯填充高折射率溶液的双空芯光子晶体光纤,并基于全矢量有限元法进行了理论分析,获得了光纤的模式有效折射率、耦合系数、模间色散系数。研究结果表明:当纤芯所填充的溶液折射率为1.40时,光纤的y偏振方向上模间色散在800 nm传输波长处为零,理论上能够完全消除y偏振方向上模间色散导致的脉冲畸变。即,当传输光波长为800 nm时,这种光纤在y偏振方向上可以抑制模间色散,从而可以广泛用于全光开关、超短脉冲传输、光孤子传输等应用场合。
双芯光波导 模间色散 全矢量有限元法 耦合特性 twin-core optical wave-guides inter-modal dispersion full vector finite element method coupling coefficient
江苏理工学院汽车与交通工程学院, 江苏 常州 213001
针对无人机在快速跃升与俯冲机动中存在的气动耦合、操纵耦合与不确定扰动, 以及由于静不稳定性而造成的不稳定俯仰力矩等问题, 提出了一种新的鲁棒模型参考自适应非线性逆控制器。首先, 通过基于状态反馈的非线性逆控制完成多通道之间的解耦; 然后, 依据解耦后的线性闭环系统设计鲁棒模型参考自适应控制器, 其主要作用是对非线性逆误差与不稳定俯仰力矩进行补偿, 并对不确定扰动进行抑制, 从而保证无人机在整个快速机动飞行中的稳定性。通过非线性仿真验证了该控制方法在快速跃升与俯冲纵向机动控制中的有效性与可靠性,并与典型的鲁棒伺服LQR最优控制器对比, 说明了该控制器的解耦性能以及对于不确定扰动的抑制作用。
静不稳定无人机 快速跃升与俯冲机动 耦合特性 鲁棒自适应控制 statically unstable UAV fast climbing and diving maneuver coupling property robust adaptive control
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
开展了脉冲激光大光斑辐照空间碎片冲量耦合特性研究, 即激光烧蚀光斑尺寸略小于碎片尺寸下的冲量耦合特性, 对比实验研究了平面状碎片在激光大光斑辐照和小光斑辐照下的冲量耦合特性, 以及大光斑辐照下光斑尺寸和形状因素对冲量耦合特性的影响规律, 并结合实验研究结论验证了理论研究的合理性。研究结果表明: 相同激光功率密度下小光斑辐照比大光斑辐照的冲量耦合系数高; 大光斑辐照下冲量耦合系数主要受激光功率密度影响, 光斑尺寸对冲量耦合系数的影响较小; 采用大光斑辐照下冲量耦合系数的理论计算结果更接近于实验结果。上述实验研究成果对激光辐照不规则空间碎片理论研究具有一定的实验指导意义。
空间碎片 大光斑辐照 冲量耦合特性 脉冲激光 space debris big spot irradiation impulse coupling characteristic pulsed laser 红外与激光工程
2018, 47(12): 1243001
航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
冲量耦合特性研究是分析激光清除空间碎片方案的基础。因大气传输效应和衍射极限等因素的影响,激光辐照到空间碎片上的光斑尺寸与厘米级碎片尺寸通常在一个量级,且空间碎片大多由爆炸解体和碰撞等原因产生,为非平面状,因此研究激光大光斑辐照非平面状碎片的冲量耦合特性是激光清除空间碎片的关键。以典型非平面状空间碎片(球体、正方体)为例,以碎片表面任一面积微元上的烧蚀反喷方向为微元表面垂直方向、任一面积微元上的冲量耦合系数与点辐照下的相同为前提,以积分角度推导了面积矩阵法。基于该方法研究得到了在大光斑辐照下,当激光能量密度或入射激光能量一定时,光斑尺寸和激光入射角度对冲量大小和方向的影响规律。该研究成果进一步丰富了激光清除空间碎片的理论,为激光清除空间碎片的方案设计提供了一定的理论指导。
激光光学 空间碎片 冲量耦合特性 大光斑 非平面状 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 031401
1 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230026
2 哈尔滨工业大学 信息光电子研究所, 山东 威海 264209
提出了一种耦合微球和波导系统的有效方法, 并在数值和实验上进行了论证.为了研究微球腔和波导系统的耦合特性, 首先通过耦合模理论研究了这个系统的2D模型.通过有限时域差分法设计了一个数值仿真系统.在快速傅里叶变换(FFT)处理样本数据后, 得到了波长范围从600 nm到1000 nm的相对强度谱曲线和传输谱曲线.在实验中, 采用熔融单模光纤顶端的方法制得了石英材料微球腔.采用热拉技术制得了锥形光纤, 用来作为激发微球腔中回音壁模式的波导.测试了这个微球腔-锥形光纤耦合系统, 通过优化微球腔与锥形光纤的相对位置得到其品质因数高达2.3×106, 耦合效率高达92.5%.这些耦合特性可以很好地用理论结果解释.这些特性表明了其在实际微腔传感和微型激光器中极具潜力.
微纳光学 光学微球腔 波导光学 回音壁模式 时域有限差分法 耦合特性 Micro-nano optics microsphere resonator waveguide optics whispering gallery modes FDTD coupling characteristics
西安理工大学 自动化与信息学工程学院, 陕西 西安 710048
根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型, 推导出了径向分布高斯阵列光束经非相干合成后在大气湍流中传输时的光强分布解析表达式, 并对阵列光束自耦合特性随传输距离和径向分布半径的变化情况进行了数值分析, 最后对径向分布半径不同的阵列光束自耦合特性随传输距离的变化进行了测量。实验结果表明: 高斯阵列光束在大气湍流中水平传输时, 随着传输距离的增加阵列光束会从某一距离处耦合成一束, 且合成光束的平均光强呈类高斯分布; 相同传输条件下, 径向分布半径越小, 阵列光束的自耦合特性越好。
无线光通信 径向分布高斯阵列光束 光强分布 自耦合特性 wireless optical communication radial Gaussian array beams intensity distribution self-coupling characteristics 红外与激光工程
2017, 46(8): 0822003
