水下低功耗变频数据采集系统的设计

介绍了水下爆炸;中击波的概念特征和气泡脉动理论,根据此特征确定了水下冲击波超压测试系统的测试原理、采样参数等。系统将压力传感器、适配电路、A／D转换器、触发控制电路、通讯接口及电池紧凑封装在密闭、防水、坚固的钢壳内,构成一种可相对独立工作的便携式水下冲击波超压测试仪。该系统具有小体积、微功耗、采样频率高等特点,具有抗干扰性强和无需电缆引线的优点,特别适宜于大范围多测点的试验场合。     

基于单片机的冲击波探测处理系统设计

本文提出了基于单片机的水下爆炸冲击波超压信号探测处理系统设计,详细介绍了系统硬件组成和软件的主程序流程.该单片机系统能够通过探测水下爆炸冲击波峰值超压,来判断对潜模拟攻击的有效性,并用有色烟雾来指示.该系统可以作为反潜训练器材使用.     

水下爆炸冲击波数据记录仪的设计与实现

本文从水下爆炸冲击波的概念出发,介绍了水下爆炸冲击波的特征,应用爆炸气泡运动理论确定了波形参数。然后根据水下冲击波的特征,分析了水下爆炸冲击波数据记录仪的测试原理,介绍了两种模拟实际水下爆炸冲击波信号的测试方法。再通过简易的水下爆炸试验,得到了冲击波的压力-时间历史曲线及其参数并与理论值作了比较。最后通过直线拟合和误差分析进一步证明了文中提出的水下爆炸冲击波测试方法是一套科学的、有效的冲击波压力测试方法。     

发散式冲击波能流密度的测定

发散式冲击波作为一种新兴的医疗技术,在骨科、运动医学等领域具有独特优势,然而目前缺少统一的指标用于表征其临床治疗强度。在分析了发散式冲击波产生原理的基础上,提出将能流密度作为其临床治疗强度的评价指标。搭建高精度水下动态压力测量系统,对发散式冲击波的压力波形进行测定,再利用激光多普勒测振仪对波源的振动波形进行精准测量,对比两者,验证了实验系统所测压力波形的正确性。最后根据测得的压力波形计算能流密度,将其作为冲击波强度的表征指标,有效减少了同时调节多个参数的盲目性。该研究对其临床应用具有重要意义。     

基于立体视觉的水下三维测量系统研究

随着我国海洋战略的提出,对于海洋观测技术和装备的需求日趋迫切。针对现有水下成像系统无法实现精确三维测量这一难题,该文提出了一种基于双目立体视觉原理的水下三维测量系统研究方法,并对其可行性进行了验证。针对水下成像过程存在的水体界面折射问题,该文提出了相应的相机成像模型及系统参数标定方法,建立了防水深度达 30 m 的双目水下测量及照明装置,并在水池、近海条件下进行了实地测试。实验结果显示,在水体条件较好的情况下,系统观测距离可达 8 m 以上,有效测量距离为 0.5～4.5 m,在 0.5 m 和 4.5 m 距离处的测量误差分别为 2 mm 和 20 mm。实验验证了 水下双目成像模型、立体标定、测量模型等方法的有效性和精确性,可为水下检修作业等海洋工程行业提供一种有效的三维测量技术手段。     

水下枪械自动机速度测量系统

为了研究自动机的运动规律,由安装在实验装置上的传感器和其他测量仪器组成水下枪械自动机速度测量系统。对感应测速传感器的组成、工作原理、水下速度测量的关键问题进行了分析讨论。利用测量系统,获得自动机的运动速度,根据实测的数据初步分析实验现象。实验显示:测量系统有良好的绝缘性能和从每秒几赫兹到每秒几千赫兹的平坦的频率响应,能满足水下枪械自动机速度测量的特殊要求。     

基于虚拟仪器的海洋物理场分布式同步测量系统

由于海洋物理场信息测试的需要,传统的测试手段已经不能满足当前的测试任务,特别是对于多场信息的同步测量,介于虚拟仪器和以太网技术的迅猛发展以及它们在测试任务中的优势,因此将虚拟仪器和以太网技术用于分布式测量系统中,结合PC机、CRIO采集卡等硬件设备形成了一套能够测量水下三点物理场信息的同步测量系统;软件部分基于LABVIEW开发平台采用模块化、开放性设计,实现了物理场的自动化测量、控制、实时显示及数据的处理和管理。     

数字孪生水下三维实景数据底板获取技术研究

为了获取高精度的水下三维模型细节纹理结构,满足数字孪生建设对水下三维实景数据底板获取的需求,实现对水下构筑物的实时可视化动态监测,基于GNSS技术、USBL技术研究构建了水陆一体化定位技术,融合水陆一体化定位技术、有缆ROV和水下摄影测量设备等研发了水下摄影测量系统,实现了数字孪生水下三维实景数据底板的获取,并采用多波束测深系统、水下三维全景成像声纳系统等对水下摄影测量系统获取的三维实景模型数据成果精度进行了验证,结果表明：水下摄影测量系统获取的三维实景模型精度满足规范要求,可用于数字孪生流域、工程等水下基础数据底板的建设,也可为水下高精度三维场景重构再现和水利工程水下构筑物实时动态监测提供技术支撑。     

水下爆炸对船板冲击作用仿真

根据DAA1近似建立了一种简单实用的用于分析船板水下冲击响应模型。模型基于流-固作用原理，在不考虑结构低频响应的情况下，得到了可直接作用于结构湿面的总的压力载荷表达式。利用有限元代码LS—DYNA的用户定义的分布载荷子程序实现了这一方法。该方法适用于求解在早期冲击波作用下，结构的高频响应和局部变形。采用该方法对水下冲击波对船板和加筋船板(气背条件)的作用进行了仿真计算。计算机模拟结果表明采用该方法，在保证较高精度的前提下可以大大地降低CPU时间，提高仿真计算效率。     

“探索者”号无缆水下机器人水下回收系统的设计与应用

本文详细介绍了“探索者”号无缆水下机器人在收系统设计思想及电控系统的实现方法，本系统分为水上水下两部分，ＲＯＶ式潜水平台型回收器，可在水下灵活运动，并可定向，定深，依靠电视跟踪技术和声纳定位技术实现回收器与水下机器人的对接。     

自检式冲击波参量检测系统设计

针对冲击波参量检测与系统可靠性问题,设计了一种带自检功能的冲击波参量检测系统。传感头采用自发光式光纤镀膜探针,光纤探针在冲击高压下发光,并通过高速光电转换与示波器记录冲击响应信号,实现对冲击波参量检测。将激光脉冲耦合入传感光路,通过检测激光脉冲在镀膜光纤探针端面镀膜层的反射脉冲信号实现系统自检。详细介绍了镀膜光纤探针、高速光电转换电路及半导体激光器脉冲驱动源的设计与实现。进行了TNT爆轰驱动条件下冲击波到达时间的测量,实验结果表明：整系统的冲击波响应信号前沿小于5ns,测量不确定度小于3ns,为爆轰物理和冲击波物理实验中冲击波参量检测提供了一种可靠有效的测试手段。     

含激波、旋涡和声波的复杂多尺度流动的直接数值模拟

本文主要报道了我们近年来在银河并行机上采用五阶WENO格式所做的一系列直接数值模拟研究,主要包括激波与单旋涡相互作用、激波与旋涡对相互作用、激波与三维纵向旋涡的相互作用,以及可压缩各向同性湍流。研究的主要目的是揭示激波与旋涡间相互作用中的激波动力学特性、旋涡变形、旋涡破裂和声波的产生机理,以及湍流等多尺度复杂流动的流场结构和流动机理。研究表明,高阶WE-NO格式具有很好的分辨率和稳定性,是研究上述包含强间断与复杂流场结构的流动的理想数值方法。研究发现,激波与强旋涡相互作用具有多级特征,即激波与初始旋涡的相互作用、反射激波与变形旋涡的相互作用、小激波与变形旋涡的相互作用。激波与旋涡对相互作用中产生的声波包含两个区域:线性区和非线性区。在线性区,激波与旋涡对相互作用产生的声波是激波分别与每个旋涡单独作用产生的声波的线性叠加;而在非线性区则与激波和耦合旋涡对的作用有关。在激波与纵向旋涡的相互作用过程中,发现旋涡破裂区存在多螺旋结构。在高初始湍流马赫数的各向同性湍流脉动场中,也发现了广泛报导的"小激波"的存在,这是可压缩湍流有别于不可压缩湍流的显著结构特征。     

基于异构平台的通量分裂格式性能研究

通量分裂是在方程组条件下实现迎风特性的主要手段,为了实现典型通量分裂格式在CPU/GPU异构平台的性能分析。在NVIDIA GTX1660super上,使用统一设备计算架构(CUDA)编程模型实现一维欧拉求解器;以激波管Riemann问题为算例,对矢通量分裂格式van leer、通量差分分裂格式Roe以及混合通量分裂AUSMPW+进行计算分析;数值结果表明,三种格式在异构计算体系能够得到合理且可用的计算结果;Roe格式激波分辨率最高且在CPU/GPU体系加速效果最好;Van Leer激波分辨率较低于Roe和AUSMPW+,计算效率高但其格式构造中存在大量判断分支,影响了加速性能;AUSMPW+格式激波分辨率与Roe相当,加速性能略好于Van Leer。     

Interaction of a shock wave with a boundary layer in a micro channel

The paper describes a numerical experiment simulating interaction between a shock wave and a boundary layer in a microchannel whose width is comparable with the mean molecular free path. The shock wave front structure and deceleration process are investigated. The simulation is done using the conservative projection method to solve Boltzmann kinetic equation.     

一种用于测量弹丸激波的传感器

介绍了激波传感器的研制过程。该传感器采用杯式膜片结构的压电转换原理,解决了许多传感器性能指标的矛盾关系,提高了灵敏度,在能承受较大平衡压力的基础上又能分辨微弱压力的变化,适合于超音速飞行弹丸产生的激波的压力测量。     

准静态冲击波压力测量系统校准技术研究

冲击波压力测量常采用的压电式ICP传感器及高阻输出型冲击波压力传感器低频特性较差,不适宜采用静态校准,针对该问题提出了基于“比对式”的准静态校准方法。介绍了准静态“比对式”校准原理,分析了压力脉宽的选取依据,组建了标准压力监测系统,提出了精度要求,探讨了基于“比对式”准静态校准的冲击波压力测量系统的量传途径。利用落锤液压标定装置,对典型冲击波压力传感器进行准静态校准实验,获得了该传感系统的灵敏度、线性度及重复性。     

多通道存储式坑道冲击波测试系统设计

随着武器装备的不断发展,弹药威力、科学性、特殊性等方面不断提升,针对坑道的钻地式武器也与日俱增;因目前对于坑道内冲击波测试的需求逐渐增多,测试要求越来越高,设计了一种针对坑道冲击波的测试系统;采用FPGA软件控制提供了多个可程控参数,赋予系统对不同药量战斗部冲击波测试的通用性;采用数字电位器结合仪表放大器结合以ICP传感器直流偏置,最大程度上降低了传感器自身直流信号对数据的干扰,提高了系统精度与可靠性;采用保留区替换的方法进行FLASH存储器坏块管理,保证了数据存储连续性,避免了因坏块导致通道间数据记录混乱;系统放大器具有1~100倍可调增益,滤波器截止频率40~500k可调,采样精度16bit,采样频率最高可达每通道2MSPS。经多次实弹测试结果表明,本系统操作便捷,数据符合预期,验证了本系统的可靠性,提供了一种新的坑道内冲击波测试手段。     

A numerical method for a kinetic equation and its application to propagating shock waves

An efficient numerical method for kinetic equations and its application to analyses of moving shock wave problems are presented. The present study aims to give an efficient scheme for two-dimensional unsteady gas flows. An explicit MacCormack difference method is applied to solve a BGK-model equation. The efficiency and accuracy of the scheme are examined in an application to one-dimensional shock structure problems. Furthermore, the scheme is applied to a two-dimensional flow problem: nonstationary reflection of a shock wave at a wedge. The present scheme is found to be useful and efficient for the analyses of two-dimensional unsteady rarefied gas flows.     

毁伤威力场冲击波无线分布式测试方法研究

毁伤威力场中冲击波超压测试是评估武器或炸药毁伤威力的一个重要手段,在军工国防领域具有重要作用。针对传统引线法与存储法这两种测试方法的优缺点,分析了冲击波的信号特点及国军标的相关测试要求,提出一种结合无线传感网络( WSN)技术和FPGA逻辑控制技术的冲击波无线分布式测试方法。系统经过激波管动态校准及多次靶场实弹试验,验证了系统具有布设简单、触发策略灵活、无线同步触发性能良好及数据准确度高等优点,特别适合适用于毁伤威力场中复杂恶劣环境下多测点冲击波测试任务。