月球探测器捕获分析及评估

国外深空探测活动的实践表明:深空探测器在整个飞行过程中要进行多次轨道控制才能实现其使命轨道.以我国嫦娥一号(Chang'e-1)探月卫星轨道为例,对探月卫星进行月球制动捕获所需脉冲速度增量△V进行了分析,通过仿真计算指出△V最小达到约200 m/s,即可保证制动后卫星飞行轨道的远月点在地月系统作用范围内.针对捕获制动过程,参考国外经验并结合我国现有测定轨设备及方法的实际条件,分析了通过监视多普勒测速和VLBI时延率残差变化的趋势进行轨道控制效果评估方法的可行性.     

川江航道BDS/GNSS船舶精密位速监测性能分析

采用精密单点定位和相位历元间差分法分别评估普通航段和库区航段BDS/GNSS的定位和测速性能。结果表明,在普通航段,BDS-2定位精度为0.1~0.2 m;GPS、BDS-3、BDS全系统的定位精度相对较高,水平方向优于0.07 m,垂直方向优于0.09 m,测速精度相当,均在mm/s级;BDS/GPS、GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合后,定位和测速精度相较于单系统提升约30%。在库区航段,GPS定位精度严重下降,水平方向为0.6 m;BDS-3与BDS全系统定位精度略有下降;多系统组合后,定位和测速精度受周围环境影响程度较低,与普通航段基本相当。     

单站GPS测速在实时地震监测中的应用

本文提出一种利用单站GPS载波相位或多普勒观测数据,基于单站GPS测速法实时确定地震监测台站运动状态(速度)的新方法.针对2010年4月4日发生于墨西哥Baja California(32.259°N,115.287°W)北部的M_w7.2级EI-Mayor-Cucapah地震事件,选取震中邻近区域(200 km内)若干采样率为5 Hz的高频GPS观测站数据进行实验.结果表明:基于新方法所得测站速度结果能够很好地反映出地震期间监测台站的瞬时运动状态,测站P496和P744计算的速度结果与其并置强震仪观测结果具有很好的一致性.     

直立阻沙栅栏流场特征的风洞模拟实验

直立栅栏作用于地表深刻地影响了周围气流的流动特性,使原来流经地表的气流成为一种特殊形式的“次生流”。根据PIV所测的非对数-线性风速廓线形态及风速廓线所表现的不同速度梯度,栅栏周围的流场可以划分为6个典型区域。随着栅栏疏透度的增加,流动的区域会随着下风向距离的增加逐渐合并,划分的区域越来越少。这些典型的区域分别表现了气流的不同运移行为及能量传输特征,对栅栏周围的风沙沉积有很大的影响。     

二维粒子图像测速实验中三维涡旋可测性分析

现今二维粒子图像测速（PIV）广泛应用,为进一步提高PIV测量结果对紊流及水流和泥沙相互作用机理的理解,分析了二维PIV中三维涡旋的可测性。结合涡旋识别的旋转强度方法、坐标旋转定理和紊流经典Burgers涡模型,推导得出:二维PIV能否检测出三维涡旋,主要受涡旋环量和旋涡与测量平面之间的倾角两个因素影响,且仅当涡旋环量大于某一特定值（为倾角的函数）时,三维涡旋才可以被测量出。利用广泛使用的直接数值模拟（DNS）槽道紊流数据统计分析,得出了该条件下倾角和环量的相关曲线与拟合方程;结合环量概率密度累积分布可知,在常规二维PIV实验中,涡旋被测量出的概率越大,相应的倾角也越大,其中以90%、50%和10%的概率被测量出的三维涡旋与测量平面间分别呈20°、11°和5°的倾角。     

锚板抗拉破坏机制试验研究

锚板上拔过程是一个复杂的锚土相互作用过程,锚板周围土体在上拔过程中的变形破坏机制对于锚板抗拔力的可靠预测具有重要意义。为了对锚板破坏机制进行量化分析,基于LabVIEW软件开发环境,开发了力、位移和图像同步采集系统,该系统由力传感器、位移传感器、相机和一台计算机组成,可对锚板上拔过程中的力、位移和图像进行自动同步采集,从而保证了力、位移和图像的一一对应关系。基于PIV（particle image velocimetry）无干扰测量技术对砂土中锚板在上拔过程中的图像进行了测量分析,得到了锚板周围土体的位移场、剪切应变场和体积应变场。变形场试验结果表明：锚板上拔过程中,锚板上部土体中间部分位移大、两边小,最终形成一个倒置的梯形;剪切应变场显示锚板上拔过程经历了局部剪切带形成,扩展并最终在锚板两侧形成一个倾斜向上并贯通到地面的对称剪切带,剪切过程中剪切带内伴随着剪涨。在峰后阶段,剪切带形状由峰值点内倾转为外倾,锚板两侧边缘处出现局部土体流动软化。该试验结果可为锚板上拔预测模型建立以及设计提供参考依据。     

利用人工合成透明土的岩土物理模拟试验

结合粒子图像测速（PIV）和近景摄影技术,建立了一种利用人工合成透明土的岩土物理模拟试验方法,非侵入观测和记录了浅基础沉降（SFS）引起的土体变形,并与利用天然土的传统模型试验进行了对比研究。透明土是由与熔融石英的折射率相匹配的孔隙溶液组成。采用激光面照射透明土模型并拍摄下SFS引起变形的数字图像,利用基于MATLAB的Geo-PIV软件获得了所产生的位移场。试验结果对比分析显示：与天然砂土中的相比,在透明土中SFS引起的扰动区域较大,最大剪应变扩大了约1.5倍,表层隆起范围约增加了30～50%;然而透明土中土体单元的运动趋势总体上与天然砂土中的相似,表明所建立的试验方法在机制研究上具有一定程度的适用性。     

Measuring the velocity of sand particles in an air/particle two-phase flow: A comparison of several commonly used methods

The velocity of blown sand particles is an important parameter in aeolian movement （a special case of gas particle two-phase flow） and has ever been a topic of interest. At present, several techniques have been applied in measuring velocity of the blown sand particles. This paper reviews the measurement results of several commonly used methods： photoelectric cell method, high-speed photographic method, Particle Dynamics Analyzer （PDA） method and Particle Image Velocimetry （PIV） method. Photoelectric cell method, high-speed photograph method and PDA method are useful in studying the velocity distribution of particles. PIV is a whole-flow-field technique and a useful tool to study the average velocity field in a target area. These methods got some similar results but considerable differences also exist. They have come to similar conclusions on the velocity distributions at a single height but direct measurement results with respect to the velocity distribution very close to the surface are still scarce except some PDA results. The magnitude of measured mean particle velocity differs greatly. The relationship obtained by different methods between mean particle velocity and wind velocity, particle size and possibly other influencing factors also differs considerably. Although several authors have proposed similar power functions to describe the variation with height of the mean particle velocity, the predicted results have wide differences. Each technique is based on some unique principles, and has its advantages and disad- vantages. To make full use of different techniques, a lot of work needs be done to validate them. Developing a reliable technique to measure the velocity of blown particles is still a necessary task in aeolian research.     

Kalman滤波估计GPS载波相位变率的测速方法与实现

利用差分测速和Kalman滤波估计相位变率方法对某次航空重力测量的飞行数据进行了解算,通过与GT-1A自带的GPS高精度定位测速软件和WAY-Point软件比对分析,结果表明：采用Kalman滤波估计相位变率的GPS差分测速,能够适应较复杂的运动模式,定速精度达到mm/s级,高于WAY-Point软件的动态测速精度。     

横向沙丘背风侧气流重附风洞模拟

二次流在沙丘形成和形态维持过程中扮演着重要角色。沙丘迎风坡气流加速和背风侧气流分离是最常见的二次流形式。沙丘背风侧的二次流,尤其是气流分离形成的分离涡和气流重附对沙丘背风坡的塑造、沙丘间距和排列模式都具有重要的控制作用。因此,设计了一系列具有不同迎风坡坡度的横向沙丘模型,采用粒子图像测速技术,通过风洞实验模拟了沙丘背风侧的气流分离和重新附着。实验结果表明,当来流风速垂直于沙丘脊线时,沙丘背风侧的气流重附距离介于4\^8 H~10\^8 H之间(H为沙丘高度),最大重附距离出现在迎风坡坡度为15°的沙丘背风侧;沙丘迎风坡坡度是控制背风侧气流重附距离的主要因素,而自由风速对气流重附距离的控制作用较小。根据实验结果,还讨论了气流分离与重附对沙粒运移和沙丘形态维持的沉积学意义。