DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 以广西灵山重点研究区活动断层探测为背景，本文介绍了在隐伏区多种物探方法工作思路和对比应用。在对前人资料综合分析的基础上，选择石塘镇大龙村R测线作为综合比对探测试验场。根据分层探测的工作思路，首先采用了高密度电法进行初探，其次分别采用了地震映像、地震反射波法和地质雷达探测，逐步追踪了断层上断点埋深在2 m的位置。最后通过大型探槽揭露了断层上断点埋深在1 m位置，是一条全新世活动断层。综合探测成果表明，高密度电法、地震映像和地质雷达组合探测能够满足灵山重点研究区活动断层探测需要。 关键词 :活动断层，物探，工作思路，对比应用 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 根据“2016~2025年我国大陆地震重点监视防御区”确定方案，广西灵山正位于地震重点监视防御区范围内。广西灵山地区在1936年4月1日曾经发生过有历史记载以来最大的一次地震，震级为6¾级，该地震发生的位置就位于防城–灵山断裂带上。防城–灵山断裂带是一条规模较大的区域性断裂。该断裂自东兴市马路镇向南西延伸出中国境，向北东70˚~80˚延伸至防城北侧的上竹山村，拐向北东40˚~50˚延伸，过钦州平吉镇、灵山县、浦北寨圩镇，与峒中–小董断裂斜接，全长大于180 km [ 1 ] 。据周本刚等人对防城–灵山断裂带活动性分段研究，该断裂带可分为4个活动性不同的段落，自南北依次为防城段、平吉盆地段、灵山段和石南段，其中灵山段具有较强活动性 [ 2 ] 。因此，开展广西灵山地区活动断层探测研究对防震减灾具有重要意义。 在中国地震局和广西壮族自治区地震局合作的《广西历史强震区发震构造探测研究——以灵山震区为例》省局项目背景下，根据活断层探测工作要求和灵山重点研究区浅层探测方案，拟对灵山县平山镇灵家至石塘镇镇安一带进行活动断层探测，研究其活动性及活动期次。 这些年随着国家对防震减灾的重视，对基础研究不断加大投入，已有不少活动断层成功探测的案例和实用的技术方法。在沈阳市活断层探测研究中万波等人给出了探测的设计思路，针对各个阶段探测目标给出了划分方案与技术路线 [ 3 ] 。在探测方法方面，何正勤等人对城市活断层探测中的浅层地震勘探方法作了系统介绍和实用性分析 [ 4 ] ；此外，在其他探测方法上，易兵等人针对城区干扰因素多环境复杂等不利因素，利用高密度电法、地质雷达、瞬变电磁法和高分辨率地震等物探方法在长春市活动断层探测工作中取得了较理想的探测效果 [ 5 ] 。在各种物探方法实际使用上，浅层地震勘探方法运用得比较多，也比较成熟，如何正勤等人用地震反射波法对玉溪盆地普渡河断裂进行探测，成功探测到该断裂错断了新近系上新统中上部地层 [ 6 ] ；在沿海地区使用高频检波器和可控震源组合进行隐伏断层探测，阐述了在强干扰环境下提高信噪比和分辨率的有效途径 [ 7 ] 。在20 m以内的浅部活断层探测，地质雷达也得到了成功的应用，如宋文杰等人利用地质雷达很好地探测到泰山山前断裂，并对其在应用中的影响因素进行了分析 [ 8 ] 。总而言之，不同地质背景下活断层探测的工作思路和方法选择已经成为目前从事活断层探测研究工作者主要面临的首要问题。
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user: 2. 重点研究区构造背景 广西灵山重点研究区位于华南板块南华活动带与华夏陆块结合部，大瑶山隆起、六万大山凸起和灵山断褶带交汇地带，巴马–博白断裂带和防城–灵山断裂带在区内交汇，是区域上地质构造较复杂地区。构造线总体呈北东–南西走向，断裂活动多期、频繁，是广西主要地震活动区之一。
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user: 3. 重点研究区地质概况 重点研究区出露的地层主要有上泥盆统一下石炭统石夹组(D3-C1sj)，是研究区内出露的最老地层。这些地层主要分布于研究区东北部平南塘、鸭儿塘、蕉根坪、镇安、大化、夏塘至尖山村以及南部校椅麓一带。总体构造线呈北东–南西向走向，以一套深海盆地相硅质岩系为主。岩性下部为灰黑色薄–中层状含锰硅质岩夹灰黄色、浅灰色、深灰色薄-厚层状硅质岩、硅质泥岩；中部为灰色、灰白色、灰黄色等杂色中–薄层状硅质岩；上部为深灰色薄层状硅质岩。该组未见顶底，与早三叠世粗中粒堇青黑云二花岗岩、中三叠世中–细粒含紫黑云二长花岗岩呈侵入接触关系，接触界线清楚，接触面略有起伏。 第四系沉积物发育，分布较为广泛。主要沿北东向夏塘水库–灵东水库之河谷和夏塘水库–镇安两侧、山间沟谷上，由冲积层及山前洪冲积层组成。 冲积层主要由灰~灰黄色砂质粘土层、砂砾层或粘土质砂层，厚2~3 m，沿灵东水库北东尾部–平山中学–平山林场–灵家村–尖山村–夏塘村北东向开阔河谷分布。此外灵东水库南东岸、山村–高唐村东西向及南东向沟谷、大化村北东向沟谷均有少量分布。 洪冲积层主要分布于新庄村东部、高塘村南部、校椅麓南部及高垌村、尖山村一带山涧沟谷、山前河口及山坡下部。主要岩性为砾石、砂砾层夹砂土层、粘土层，其成分与山体基岩相一致，厚度在数米至数十米。 重点研究区呈现出北东向条带状谷地地貌特征，与断裂发育方向一致，发育有2~3级阶地。靠东南麓为罗阳山脉，最高点海拔860 m，为研究区主要的岩浆岩体，山脚为主要冲洪积扇体发育地带，谷地为冲积区，最低点海拔90 m，谷地西北侧为丘陵地貌，最高点海拔380 m，总体上形成了东南高–西北低缓起伏的地貌格局，这与区域构造格局密切相关。 重点研究区内主要分布有NE向寨圩断裂(蕉根坪–平山段)、NNW向福田–夏塘断裂、NNW向泗州断裂和友僚–蕉根坪断裂(见图1)，其中罗阳山前寨圩断裂(蕉根坪–平山段)分布有四条次级断裂F1-1、F1-2、F1-3、F1-4，这4条次级断裂和蕉根坪–友僚断裂构成了研究区重点探测对象。以下为主要探测目标F1-1断裂概况： F1-1断裂主要沿着高塘、校椅麓、高垌、灵家、夏塘和蕉根坪等村北侧的罗阳山山麓与3级台地分界处通过，全长约12 km，切割泥盆系和石炭系硅质岩、泥岩、泥灰岩及燕山期花岗岩，总体走向北东，倾向以北西为主，伴有反倾向断层，倾角29˚~66˚，表现为早期具走滑性质，晚期为走滑兼具正断性质。
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user: 4. 重点研究区地球物理概况 据研究区内已有物探资料来看，砂质粘土层、砂砾层或粘土质砂层的电阻率在50~150 Ω∙m，泥岩电阻率在90~160 Ω∙m，硅质岩电阻率在200~400 Ω∙m，泥质粉砂岩电阻率在150~400 Ω∙m，花岗岩电阻率 图1. 研究区主要断裂构造图 在160~300 Ω∙m。基岩与覆盖层电阻率有较大区别，不同基岩之间电阻率也有一定的差异性，基岩风化程度越低，差异性就越大，这可作为电法勘探基础条件。 研究区内第四系土层地震波速度变化范围为700~1200 m/s；风化层岩石地震波速度变化范围为900~2720 m/s，地震波平均速度为1750 m/s；而未风化的沉积岩和岩浆岩的波速高于风化层数倍。 从表1中的岩土速度特征可以获得以下信息：第四系覆盖(风化层)和下伏的沉积岩和岩浆岩之间速度差异明显，基岩顶面是良好的反射界面。断裂构造若造成岩石层面错动，将导致反射波同相轴或反射波相位错动。覆盖层(风化层)中各层间也有速度和密度的差异，当界面稳定时，同样可以形成地震反射界面。 根据表1不同岩石的介电常数特征可知，覆盖层(风化层)和未风化的岩层之间是良好雷达电磁波的反射界面。
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user: 5. 重点研究区浅层物探工作思路 从前人研究活动断层的区域看，主要分布在华北、华东和西部断层活跃的地区，这些地区第四系覆盖层一般都比较厚，几十到数百米不等，大多具有多层水平或近水平构造，在追踪标志层和上断点上具有较好的探测条件。相比华北、华东和西部地区，位于华南的广西灵山地区地质地貌和地球物理条件都比较复杂，断裂多沿谷地、沟坎、山包和冲洪积扇体发育，沿线岩性多变，第四系覆盖层层位较少，多不具有连续性。灵山重点研究区的活动断层探测主要位于一些覆盖层较薄(通常十几米以内)但在地表又找不到相关露头信息，只能在地貌上看到一些断层穿过迹象的隐伏区。根据柴炽章等人对银川隐伏活动断层采取多层次、先深后浅的探测理念 [ 9 ] ，结合灵山重点研究区复杂的地质条件和民俗风情特点，在使用炸药震源受限制的情况下，浅层物探工作思路应该遵循“先简单后复杂、先中浅部后浅部、先扫面后局部”的工作程序。即先追踪有露头点或有明显断层迹象附近的隐伏区断层，研究其断裂带的地球物理特 Table 1 The velocity parameter table of rock and soil in study are 地层名称 岩性 纵波速度变化范围 (m/s) 平均值 (m/s) 介电常数 (参考值) 第四系 冲洪积层 700~1200 850 5~40 石炭系下统C 1 硅质岩、泥质硅质岩 2420~3380 2900 4~15 泥盆系上统D 3 灰紫、黑色锰硅质岩 3000~3400 3200 4~8 泥盆系中统D 2y b 泥质硅质岩，深灰色页岩夹泥质灰岩、灰岩 3500~4900 4200 4~8 z 花岗岩 3940~4320 4130 4~6 花岗岩 3940~4320 4130 4~6 第四系 冲洪积层 700~1200 850 5~40 表1. 研究区岩土速度参数表 征和空间展布形态，为后续连续追踪断层提供技术经验；其次先探测基岩内的断层，根据异常位置再进一步重点探测深部异常在浅部的投影位置；最后是先用简单、效率高的方法进行扫面初探工作，初步推定断层的大致位置，根据异常位置与地质、地貌结合，判断应该重点探测的测线段，进一步查明断层错动第四系情况，根据未错动地层的年代初步判断断层的最新活动年代。对于断层错动第四系的测线段，根据需要进行槽探或钻探，进一步验证物探推断并揭露断层的性质和活动期次。
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user: 6. 重点研究区浅层物探探测方法 按照活动断层探测规范要求，对于隐伏断层，应采用浅层地震勘探方法进行探测，确定断层的空间展布和上断点埋深。根据DB/T 15-2009《活动断层探测》规范第5.6.1条规定 [ 10 ] ，浅层地震勘探适用于上断点埋深十几米至数百米的隐伏活动断层，但对于十几米以内没有做出明确说明，而灵山的覆盖层较薄，主要活动断层探测层位就位于这十几米以内。因此，为了填补这一层位深度探测空白，针对灵山重点研究区覆盖层较薄和不连续性特点，并结合断层发育特征，同时考虑到在地质情况复杂的地区，单一的方法容易造成误判，即多解性比较突出问题，对灵山活断层探测应考虑综合物探方法。目前，很多探测断层的物探方法都比较成熟，如高密度电法、浅层地震勘探和地质雷达等。高密度电法是以岩土电性差异为基础研究人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律的阵列勘探方法，该方法具有成本低， 效率高，信息丰富，解释方便等特点。地震映像是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种浅层勘探方法，其特点是抗干扰能力弱，勘探深度有限，但可以利用多种波信息，研究横向地质变化效果好。地震反射波法是利用反射波研究地层界面埋深和地质断面变化的技术方法，其特点是工作方法简单，水平叠加技术能够增强有效信号，对水平层状构造探测能力强。地质雷达是利用发射天线向地下介质发射一定主频的电磁脉冲波，通过接收反射电磁波以达到勘探的目的，其具有浅部探测精度高，工作方法简单等特点。这些方法组合一方面解决了断层定位问题，另一方面解决了十几米内上断点埋深问题。灵山重点研究区位于罗阳山西北麓，地下水和雨水较充沛，断裂带在充水的情况下表现为低阻异常，这给电法勘探提供了基础条件。此外，冲洪积扇体内含有较多卵砾石，层位较薄，这成为地震法追踪断层不利因素。在这样非层状沉积的地质背景下，根据已有的探测资料和经验，应倾向于多种方法联合探测。 基于以上“先简单后复杂、先中浅部后浅部、先扫面后局部”的工作思路，灵山重点研究区浅层物探方法选择要基于第四系覆盖层厚度和土层的各向异性这2点考虑。因此，对于隐伏区活动断层探测，本次比对研究方法先采用高密度电法初探，初步推断异常可能位置，并在异常位置测线段再投入地震反射波法、地震映像和地质雷达方法，探查土层错断关系和上断点位置。高密度电法在断层定位上具有施工效率高，成本低，技术成熟等特点，特别适合岩土含水率较高的广西灵山地区。地震映像采用高低频检波器组合检波，一方面提高了对薄层的分辨能力，另一方面低频检波器接收的面波对松动的土层较敏感，可以辅助提高对活动断层的探测能力。此外，以单点连续测量方式探测，在数据处理上较容易实现。地质雷达对识别浅部异常具有非常高的分辨率，浅部松动的土层和风化壳对地质雷达发射高频的电磁波有较高的反射率。地震反射波法采用的水平叠加方法对近水平层状地层有较好的探测优势。所以，在复杂的地质背景下，为了达到了在不同层位追踪断层的目的，宜采用2种以上的物探方法进行探测。但是，哪种方法更有效，需要进行对比试验。图2是灵山重点研究区多种物探方法对比试验的技术流程。
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user: 7. 重点研究区探测方法对比与应用分析 为了确定各种浅层物探方法在广西灵山地区的适用性，在灵山石塘镇大龙村附近布置了一条比对探测测线R，该测线主要捕捉北东向罗阳山前寨圩断裂的次级断裂F1-1。为了方便比对和推断物探异常，在该测线上，分别采用了高密度电法、地震映像、地震反射波法和地质雷达4种方法。其中，高密度电法采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-9多功能分布式高密度电法系统进行三极剖面法探测，5 m点距，AO为7.5~77.5 m；地震映像采用北京水电物探研究所生产的SWS-6浅层地震仪进行4 HZ和38 HZ检波器组合检波，点距0.5 m，偏移距20 m；地震反射波法采用合肥国为电子有限公司生产的GS101 48道浅层地震仪进行探测，检波器38 HZ，道间距2 m，炮间距2 m，偏移距20 m，24道接收；地质雷达采用加拿大Senser & Software公司研制生产的EKKO-100型地质雷达以及100 MHz天线，收发天线间距1 m，测点间距0.2 m，记录时窗512 ns。以下为各种方法的探测成果图件。 从高密度电法联合剖面曲线图上看(见图3)，在测线75 m处有一个比较明显的视电阻率低阻正交点；130 m附近2条曲线呈分离状态，结合高密度电法断面等值线图(见图4)，130 m附近应该是一个岩性过渡带。据已有地质资料，F1-4次级断裂基本上沿岩性分界面附近发育。此外，R测线0~150 m段为多级缓降台地，说明这一段断层发育的可能性较高。因此，在0~150 m测线段进一步重点开展了地震映像、反射波法和地质雷达探测。 从图5地震映像成果剖面图上看，T2波组在85 m处开始突然出现，T3波组也有错动，其对应的反射层位应该是基岩面，T3以下的面波群能量增强明显，这些均指示了断层的存在，并错动了T2和T3层位。在图6的反射波剖面图上看，同相轴并不很连续，效果较地震映像稍差一些，但仍能粗略判断断层的位置可能在R测线85 m附近。在地质雷达剖面图上看(见图7)，R测线83~85 m之间，在2~3 m深度处，多出一组反射波同相轴，各反射波组有扰动的迹象，其两侧有不太明显的弧形绕射波同相轴，这个异常均与高密度电法、地震映像和反射波勘探异常位置基本相吻合。从地质雷达探测到的上断点埋深约在2 m位置。 为了进一步验证物探的推断，以大龙村R测线84 m处为中心沿测线布置探槽LSTC06，探槽长约20 m，宽1.5 m，高约3.5 m。由于探槽基地松软，探槽没挖到基岩。从图8中可以看到，黑色标志层⑤在83m附近中断，断层扰动了黄褐色含粘土中砂层②，使该层往下拽落，揭示该断层为正断性质，上断点埋深约在1 m左右。经附近的平村LSTC07探槽测年数据 [ 11 ] ，揭示其是一条全新世活动断层。从该探槽的揭露情况看，在本次的方法比对中，高密度电法、地震映像和地质雷达组合探测，能够准确定位断层的位置并逐步由深至浅逼近上断点埋深。这些探测方法不仅适合灵山重点区探测，而且也满足了活断层探测的规范要求。 图2. 灵山重点研究区图浅层物探技术流程图 图3. 大龙村R测线联合剖面曲线图 图4. 大龙村R测线高密度电法断面等值线图 图5. 大龙村R测线70~120 m地震映像成果剖面图 图6. 大龙村R测线0~160 m地震反射波法剖面图 图7. 大龙村R测线70~100 m地质雷达成果剖面图 图8. 大龙村R测线探槽LSTC06剖面图
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user: 8. 结论与建议 通过探测方法比对研究，高密度电法、地震映像和地质雷达组合探测能够满足灵山重点研究区的探测需要，分层位探测工作思路值得下一步重点研究。反射波法探测效果不太理想，这可能与冲洪积扇体的结构特征有关。电阻率断面信息对于分析地下岩性变化和可能的构造特征具有一定的参考价值。本次探测结果和测年数据表明，北东向罗阳山前寨圩断裂的次级断裂F1-1是一条正断性质的全新世活动断层，探槽揭露其上断点埋深约在1 m左右。通过本次的探测方法比对与应用结果，说明了综合物探方法应用于地质情况复杂地区活动断层探测中的必要性。建议在十几米以内隐伏区活动断层探测，地震映像的检波器可采用高低频组合检波，一方面高频检波器提高了对薄层的分辨能力，有利于追踪上断点位置；另一方面低频检波器接收的面波对松动的土层较敏感，可以辅助提高对活动断层的探测能力。 总而言之，通过对比试验和灵山地区活动断层探测工作总结发现，活动断层探测设计方案必须与地质调查工作紧密结合，探测区地质特征分析、踏勘、物探方法的选择、论证和试验应依序开展，把不利的地质因素和人文干扰因素考虑到综合物探方法上，这样方法选择和仪器采集设置参数更有针对性，目标体探测结果才更有可信度。
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user: 摘 要 电子集成微系统技术主要包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了电子集成微系统技术概述、国内外电子集成微系统技术发展现状、分析了国内外电子集成微系统技术主要差距，提出了我国电子集成微系统技术后续发展重点，文章针对航空航天领域电子集成微系统技术重点发展方向提出的建议，可为我国航空航天的发展规划和战略决策提供参考。 关键词 :航空航天，电子集成微系统，微机电，片上系统 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 电子集成微系统技术概述 电子集成微系统技术是微电子技术和系统技术发展到新历史阶段的必然结果，也是应用创新与技术创新融合发展的典范。电子集成微系统概念自上世纪九十年代出现以来，就以其强大的生命力强力推动专业整合和产业融合，被公认为21世纪的革命性技术之一，已经并将越来越显著地改变甚至颠覆人类社会生活方式 [ 1 ] 。 早起的微系统是指微机电系统(MEMS)。MEMS是随着微细加工技术和超精密加工技术发展起来的，其涵义较现在的“微系统”概念相对狭窄。随着MEMS技术、微电子技术的不断发展，又开始渗透扩展，不仅系统中集成的机械元件数量和体现计算能力的晶体管数量大幅增加，而且开始集成生物、光学、软件等多种技术或元件 [ 2 ] 。 电子微系统技术是随着微电子、微机械等技术的发展而诞生的新兴技术，涉及到微电子学、信息学、光学、声学、化学、气动力学、流体力学与自动控制等多种工程技术和学科，在航空、航天、军事等领域有广阔的应用前景 [ 3 ] 。电子微系统技术具有通用化、标准化、微型化、集成化、可批量生产等优点，发展迅速，随着计算机技术、微电子技术和微传感器技术发展，电子集成微系统技术产品化已具备技术基础 [ 4 ] 。很多产品已经走出实验室，逐步进入实际应用。从技术发展趋势上看，在满足系统指标要求的前提下，运用微系统技术，实现航天领域的轻小型化、低成本，已成为衡量航天电子系统性能的一个重要因素。 航天电子集成微系统与通常意义上的微系统在技术领域上存在一定交叉。航天电子集成微系统技术是指可用于航天领域并可显著提高航天器的集成度和承载比的各种微电子技术和微机电技术。航天电子集成微系统技术的应用有两个层面的含义：一是以设备或模块的形式嵌入到航天器系统的单机或分系统产品，提高功能密度比；二是利用各种先进的微系统技术，更新航天器设计理念，研制出全新概念的高集成度航天器，因此得到航天大国的高度重视。
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user: 2. 国外电子集成微系统技术现状分析 美国在航天领域电子集成微系统技术方面的研究一直走在世界前列，美国电子集成微系统技术建立在一体化设计基础之上。主要有两个方向，一种是基于SOC/SIP/ASIC/MCM技术的微米/纳米集成电路，一种是MEMS的微传感器技术。 NASA早在20世纪90年代根据未来航天任务需求，组织多家公司开展了多项有关SoC/ASIC技术的研究。其中最具代表性的是通过ASIC实现SoC，完成对包括电源管理、通信模块、传感器模块、CPU以及存储器功能的集成，从而实现小型化，大幅降低体积、重量和功耗。 近年来，美国DARPA还专门设立了电子集成微系统技术办公室(MTO)来统一规划、协调发展美国的电子集成微系统技术，设立了58个微系统技术项目，约占DARPA项目总数的1/5，为推动电子集成微系统技术的快速发展奠定了良好的技术基础，目前电子集成微系统的多项关键技术已渐入成熟期。美国航空航天电子集成微系统MEMS器件应用情况如图1所示 [ 5 ] 。美国综合航电电子微系统发展过程如图2所示。 美国航天局(NASA)利用电子集成微系统技术发展手机卫星，并已经于2013年成功发射4颗手机卫星。NASA的手机卫星采用商用现货，已经可以满足多种卫星系统需求，包括快速处理器、通用操作系统、多种微型传感器、高分辨率相机、全球定位系统接收机以及多种无线电信号 [ 6 ] 。NASA通过尽量使用商用硬件、降低设计和任务目标等手段，将手机卫星部件成本控制在3500~7000美元之间，如图3所示，其个头仅为水杯大小。 欧洲航天局(ESA)在“2008~2014年欧洲航天技术发展路线图”中，把微纳推进技术、微机电系统(MEMS)技术、MMIC技术、片上系统(SoC)技术、多芯片模块(MCM)技术作为近期的重点发展方向，并制定了明确的路线图 [ 7 ] 。
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user: 3. 国内电子集成微系统技术现状分析 在需求牵引和技术推动下，我国已开展了各种航空航天电子微系统技术的研究，取得了一定成果和进展，如星载ASIC器件、星载SoC等已开展在轨试验验证和空间应用，但与国际先进水平相比，无论是在基础理论研究、加工制造工艺上，还是在应用水平上都有一定的差距。国内航空航天领域电子集成微系统研发开发还处在起步阶段，典型产品包括中科院计算所的龙芯 3A /3B、国防科大的C6713 DSP、C6701 DSP、387、586、FT系列通用处理器、中电38所的“魂芯一号”32位高性能通用浮点数字信号处理器等 [ 8 ] 。个别院所虽然开发了自己的微处理芯片产品。 图1. 美国航空航天电子集成微系统MEMS器件应用情况 图2. 美国综合航电电子微系统发展过程 图3. 美国NASA采用微系统技术开发的手机卫星，仅有水杯大小 从国内各单位各型号航空航天电子集成微系统技术的研究情况看，目前研制仅是停留在两个或多个设备的物理融合、信息处理融合，SoC/SIP/MCM仅是停留在某种特殊应用的技术验证中，而这种应用与融合仅适用于某个型号、某类产品，不具备大规模的生产应用的市场，导弹的微集成、低成本、通用化仍然是奋斗目标。国内研发的“魂芯一号”BWDSP100实物如图4所示 [ 9 ] 。
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user: 4. 国内外发展存在的主要差距 目前的航空航天系统设计中，国内外发展存在的主要差距体现在电子集成微系统核心元器件上，核心元器件采用进口高端芯片的情况仍然普遍存在，这在很大程度上是一种无奈之举，使得核心技术受控于人，增加了产品安全风险。在当前异常复杂的国际环境下，一旦有战事爆发，敌对势力极有可能就是供货方，单是技术封锁和芯片禁运就会极大影响军品的供货和保障能力，而可能存在的“芯片后门”则更会影响军品安全性，极有可能使我国完全暴露在敌方的监控之下，甚至出现整机系统失灵，国防安全存在着巨大隐患。航空航天系统设计迫切需要掌握核心技术的自主可控，而电子集成微系统技术的自主可控是其根本所在，也是不可逃避的实现途径。国内航空航天领域需要通过开展电子集成微系统自主可控技术的设计和应用研究，来突破和掌握相关关键技术，实现核心电子微系统技术的自主可控。
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user: 5. 我国电子集成微系统技术后续发展重点 结合目前的技术发展规律，电子集成微系统将向小型微型化、多功能集成化、灵活智能化等方向发展。一方面重视多种集成功能的异质、异构集成，在此基础上实现小型化和微型化；另一方面通过将多个电子元器件进行系统化整合，打造微型电子集成平台 [ 10 ] 。采用模块化、开放式发展思路，实现微系统先进技术的更快融入和集成，降低系统研发的周期和成本，从三维封装集成到三维单片集成、推进量子和神经形态新样式，最终实现采用数字方式实现模拟功能将是电子集成微系统技术发展的主要内容。 电子集成微系统技术是未来增强我国航空航天实力的重要支撑技术，对未来科学技术的发展有着革命性的影响，在军民两个领域都有着广泛应用。随着电子集成微系统向着多功能化、微型化、智能化方向发展，未来航空航天系统将更加依赖高集成度的微封装器件，并将广泛采用可以执行各种功能的微纳 图4. 国内“魂芯一号”BWDSP100实物图片 系统器件来改善其性能，实现轻量化、小型化、精确化。应用电子集成微系统技术对加速电子系统性能的全面提升、有效降低成本具有重大作用。 在航空航天领域，我国电子集成微系统技术重点发展战场感知与控制、惯性导航测量、微型飞行器、军用射频组件、空间与车载雷达、微纳卫星发射等领域。在民用领域，电子集成微系统技术重点应用于消费领域和医疗领域。 瞄准电子集成微系统技术在航空航天领域上的应用需求，开展基于电子微系统技术的航空航天产品总体架构设计，研制导航控制微系统、探测微系统等原理样机，搭建原型开发平台，进行试验验证，牵引电子微系统技术和产品的发展，国家应确定国家级研发项目，制定促进产业发展的各项政策。聚焦有发展前景的技术，学习引进先进技术，如单片CMOS与MEMS及其系统集成技术，对有发展前景的先进技术集中重点投入；设立开放式MEMS合作研发基地，寻求产业链合作，推动MEMS、电子集成微系统及产业链发展，寻求合作，协力开发新技术和新产品，逐渐实现航空航天领域军/民用智能化产品的自主开发、生产和应用。
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user: 摘 要 本文根据以往翼身融合体飞机的一些设计经验，设计了一种翼身融合体飞机气动外形，并研究分析了翼身融合体飞机初始模型在不同风速和迎角的情况下的气动特性。利用CATIA生成翼身融合体飞机初始模型，由于考虑到该型飞机的具体尺寸、选用翼型以及制作重量，所以飞机的巡航速度设计为30 m/s，通过风洞实验和FLUENT计算流体力学软件计算得出初始翼身融合体飞机模型的速度云图和压力云图以及初始模型飞机周围流场分布情况，然后根据FLUENT计算流体力学软件得出的初始模型流场分布情况，确定4种在初始模型基础上经过改进的模型，分别为涡流器模型、翼梢小翼模型、鸭翼模型、平尾模型，研究经过改进的4个模型气动特性(包括升力系数，阻力系数，升阻比)随速度和迎角的影响的思路是：建立精确的改进涡流器模型、改进翼梢小翼模型、改进鸭翼模型、改进平尾模型，利用CFD计算流体力学软件计算在不同风速迎角分别从−4˚到14˚下飞机的气动特性，并分析在不同速度和迎角下的飞机的气动特性随迎角的变化规律，为今后翼身融合飞机的安全高效飞行提供理论依据。并对改进的4种模型在不同速度和迎角下的升阻比等气动特性与初始模型进行对比，再根据不同的改进模型在不同飞行状态下所具有的气动特性探讨其改进模型的用途及其发展价值。 关键词 :翼身融合体飞机，FLUENT计算流体力学，巡航速度，气动特性 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 翼身融合是把传统的机身和机翼结构融合在一起的全新的飞机设计概念 [ 1 ] 。其设计概念最早在二战末期纳粹德国，由于当时的航空技术条件下解决不了翼身融合体飞机的操纵稳定性问题，导致所有概念设计都停留在纸面上而没能产生真正可以稳定飞行的翼身融合飞机，翼身融合飞机发展因此停滞不前，直到上世纪中后期电子科学技术在飞行控制应用方面的飞速发展，真正意义上的翼身融合体飞机也称飞翼的概念首先由美国航空科研部门在30多年前提出，对于军用翼身融合体无人机来说，其优异的隐身性能和翼身融合飞机飞行阻力的降低也是翼身融合飞机颇受欢迎的另外的一个原因。 但是对于高度翼身融合的飞翼布局飞机来说也存在以下主要问题：因为翼身融合体飞机取消了尾翼的设计，因而纵向稳定性下降，甚至静不稳定。取消了垂尾和方向舵，自然横向稳定性也下降，所以飞翼飞机的操纵面不仅要提供足够的控制力 [ 2 ] ，同时还要满足飞机的稳定性要求。由于无尾翼，只能依靠飞机的升降副翼和阻力舵进行飞机的操纵，这样使得其横向运动和纵向运动发生了耦合，不像常规布局飞机纵向和横向运动是分开的，这就增加了这种飞机的操控难度，对飞行器的控制系统有更加高的要求，关于翼身融合体飞机控制系统有待进一步研究 [ 3 ] 。飞翼布局飞机在起飞着陆时不能像传统布局飞机那样通过襟翼等来增大其升力系数，所以在起飞着陆时需要飞机还具有较大的速度 [ 4 ] ，因此飞翼飞机的起飞着陆性能不是很好，尤其是着陆性能 [ 5 ] 。 本文通过给对常规翼身融合体飞机的进行气动性能分析，给出了两种设计方案。根据分析的结果对飞机设计不同的改进方案，设计涡流器使得附着在飞翼飞机背面的附面层延迟分离达到增加飞机升力系数及其升阻比的效果，设计可以偏转的平尾以增加飞机的纵向稳定性也可以增加飞机的操纵性 [ 6 ] [ 7 ] ，这样可以使得传统翼身融合程度很高的飞翼布局式飞机的操纵稳定性较差的缺点得到改善，设计翼梢小翼可以减小飞机的诱导阻力以增大飞机升阻比，并且通过在飞机适当的位置增加鸭翼设计既可以起到增加升力(鸭翼自身产生的升力和鸭翼涡产生的升力)还可以增加飞机在飞行时的机动特性。
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user: 2. 翼身融合体飞机气动外形设计要点 2.1. 翼型的选择 飞机翼型选择和设计是飞行器设计前必须进行的一项非常重要工作，它是决定飞机飞行品质的重要原因。对于常规布局飞机来说，飞机产生升力的主要贡献归功与飞机机翼，而机翼又是由翼型所组成。一般要求选用具有高的升阻比的翼型，由于本文的翼身融合体飞机在低速不同迎角下进行气动特性分析，所以一种相对厚度较大、失速特性好的低速翼型是最佳选择 [ 8 ] 。 在第一次近似估算中，翼型需达到最大升阻比K时对应的升力系数可以认为翼型的升力系数C近似于矩形机翼的升力系数C L ，当飞机处于巡航状态时，重量等于升力，因此所需的设计升力系数可以按下式求得： (1) (2) 式中q表示动压，是速度和高度的函数，由于本文所研究的翼身融合体飞机模型设计飞行高度低于1000米，所以可以不考虑高度的影响。初始模型的设计尺寸较小，所以机翼载荷W/S对飞机展向所产生的弯矩不大，即W/S也有较大的选择范围，我们可以根据以往翼身融合体飞机载荷设计选取合适的W/S。 静稳定裕度是传统飞翼布局关注的焦点，因为翼身融合体飞机不一定具有正的稳定裕度 [ 9 ] ，这对飞机的操作控制系统提出了较高的要求，操稳特性比较差是传统翼身融合体飞机的很大弱点，所以在设计该新型翼身融合体飞机时，本文采用失速特性较好的S3010翼型。 因为S3010翼型在具有良好的失速特性的同时，很适合低速飞行的无人机，对飞翼布局的飞机非常适合 [ 10 ] 。该翼型展开位置最大弯度10.31%在24.6%翼弦，最大曲面2.82%在39.6%翼弦。 2.2. 翼型压力分布 在用坐标表示机翼压力分布时，一般采用压力系数(C P )，其定义为： (3) 在式中 和 分别表示远方气流的压强和速度。 根据伯努利方程有： (4) 这样压力系数可以写成： (5) 式中的V是某点的流速。 压力系数C P 是无量纲参数。在低流速时，根据连续方程，有 。当如飞机翼型的形状被确定，翼型的流线谱就不改变，翼型某点的流速就是一确定值。由上式可知，翼面上该点的压力系数(C P )也是一确定值。这表明，翼面各点的压力系数与动压没有关系而主要取决于翼型的形状和迎角。 如图1是坐标表示法表示的是S3010翼型的压力分布图。图上C P 等于0的点就是它的驻点，C P 最小的点就是最低压力点。 从机翼的压力分布图可以看出，飞机下表面提供的升力远不如飞机的上表面，机翼上表面提供了机翼的大部分升力，特别是在机翼上表面靠近前段位置，机翼上表面吸力所产生的升力可以达到机翼总升力的60%到80%；而翼型下表面对升力的贡献只有20%到40%，当翼型在没有迎角的情况下，或者是下翼面比较凸出的翼型，下翼面可能形成向下的吸力，在这种情况下，机翼的升力完全由机翼的上翼面所产生。 2.3. 飞机外形参数的确定 本文的设计点是以飞机拉起离地和巡航速度状态开始，根据所统计的以往飞翼布局飞机(X47B、波音797、神经元)的基本参数和指标，结合翼身融合体飞机布局的优势和特点，在满足设计点升力系数和有效载重量等约束的前提下 [ 3 ] ，选点一个合理的设计点，探讨各种气动布局的设计(如：机翼外形参数，中心体的参数，翼型的选择)对初始模型气动特性的影响，以初始模型巡航速度30 m/s和飞机的尽量高的升阻比(V K)为目标 [ 3 ] ，确定初始模型建模方案。根据对目前的翼身融合体飞机的统计研究和学校风洞的实验条件，本文提出了初始模型如下设计指标： (1) 初始模型重量在1 kg左右。 (2) 初始模型巡航速度在30 m/s左右。 (3) 初始模型巡航高度在1000米以下低空。 (4) 在巡航状态下初始模型能够处于自配平状态，初始模型的俯仰力矩在零附近。 (5) 考虑到学校风洞实验室实验条件(风洞实验段尺寸大小和，测力天平的最大负荷)，初始模型翼展的宽度限定在70厘米以内。
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user: 3. 翼身融合体飞机初始模型建立及数值计算 3.1. 初始模型生成模型参数 本文使用关于模型建立的问题，最关键的核心在于翼型和飞机的基本参数的选择，在查阅了包括F-117、X47B、神经元等众多国外大型飞翼布局飞机的设计参数以及近几年来国内研制的飞翼布局无人机例如：利剑、天弩等设计参数。在兼顾翼身融合体飞机布局设计规律的同时突出本课题的研究目的，根据上一章翼身融合体飞机布局设计参数，本文建模的对象是初始翼身融合体飞机，拟定了以下设计要求：本文设计的翼身融合体飞机试验模型如图2所示，外形参数列入表1。 图1. S3010翼型压力系数分布 图2. 翼身融合体飞机初始模型 Table 1 The parameters of wing body fusion aircraf 翼身融合体飞机初始模型参数 后掠角(˚) 30˚ 翼面积(m²) 0.1605 最大弦长(mm) 150 展长(mm) 700 展弦比 3.053 稍根比 0.6 表1. 翼身融合体飞机参数 3.2. 初始模型数值计算 如果计算整个翼身融合体飞机迎角连续偏转的过程，毫无疑问涉及到气动特性的工作量非常大。基于简化过程的考虑，在保证准定常的情形下，可以通过计算从−4˚到14˚每间隔2˚迎角来分析整个过程。 流体力学计算原理 (a) 质量守恒方程 (6) (b) 动量守恒方程 (7) 公式中，说要说明的是P表示的是作用在流体上的静压，g为作用在流体上的重力的体积力，F为外部其他的体积力。 其中， 微单元的粘性应力张量，牛顿流体表达 为： (8) (c) 能量守恒方程 (9) 公式中，E表示的是流体内部总的能量，总能量中包括动能和内能量部分之和。 公式中，h表示的是焓，通常情况下对于理想气体为： (10) RNG k-e湍流模型 由于考虑到翼身融合飞机稳定性和失速特性，所以本文对该型翼身融合体飞机的失速特性进行重点分析，模拟飞机机在较大迎角下周围的流场情况，因为翼身融合体飞机背面形成紊流的可能性较大。所以本文采用RNG k-e紊流模型比较合适，有利于提高计算的精度。RNG k-e湍流模型求解需要11个控制参数，但其中4个参数与标准k-e湍流模型参数默认值相同。因此，RNG k-e湍流模型可以输入7个控制参数： ——RNG湍流模型的常数 ——RNG湍流模型常数 ——湍流动能耗散率常数 ——湍流常数 ——湍流动能方程中的施密特数 ——湍流动能方程中的施密特数 ——应变率参数 的渐近值 表2列出了RNG k-e湍流模型控制参数的默认值。对于RNG湍流模型，转动常数 。 3.3. 初始模型气动数据采集 在条件为不同来流速度V：18 m/s、20 m/s、25 m/s、28 m/s、30 m/s，不同迎角α分别为−4˚、−2˚、0˚、2˚、4˚、6˚、8˚、12˚、14˚、16˚下的气动特性(图3~图5)。 Table 2 Selection of 7 control parameters for RNG k-ε Turbulence Mode 0.012 1.42 1.68 0.085 0.72 0.72 4.38 表2. RNG k-e湍流模型的7个控制参数选取 图3. 初始模型升力系数随迎角的变化 图4. 初始模型阻力系数随迎角的变化 3.4. 初始模型气动特性分析 下图初始模型30 m/s，迎角为0˚的速度和压力云图(图6、图7)。 由计算结果和图表可以看出: 初始模型在相同的速度下，升力系数随着迎角(约在10˚范围内时)的增大而增大。阻力系数随迎角的增大也增大(大于10˚过后急剧增大)，升阻比的最大值在迎角为2˚到4˚左右，随着迎角的继续增大升阻比开始减小，由图还可以得出初始模型在30 m/s的时候具有最大的升阻比。 由于本文篇幅有限，仅列出初始模型迎角在0˚速度为30 m/s的云图，从初始模型在迎角为0˚速度30 m/s的压力云图上看，大概在机翼翼的翼根处出现了强吸力区，位于初始模型中心体和梯形翼的结合部。在初始模型的翼尖处，机翼上表面的低压区开始变小，这可能是因为机翼下表面的扰流绕到机翼上表面 图5. 初始模型升阻比随迎角的变化 的缘故，增大了飞机的诱导阻力，使得飞机的气动特性变差。在初始模型中心体后部分其负压不如机翼和中心体前部分大，对整机的升力贡献较小。 通过对计算流体力学软件FLUENT和南昌航空大学风洞实验得出的初始翼身融合体的气动数据结果进行了分析，通过分析讨论可以发现初始外形的主要不足有： 翼身融合体飞机的升阻比没有达到预计的水平。最大升阻比出现的迎角有些偏大，但是计算得到的阻力系数也有些偏大。以初始模型在30 m/s的流速下飞行为例：主要是翼身融合体机身中心体前部产生较大吸力区，加大了逆压梯度区的面积致使阻力过大，所以使最大升阻比不高。 翼身融合体飞机中心体部分上下表面的压力差偏小，导致其对于整个模型的升力贡献比较小，所以可以在翼身融合体的中心体上进行气动外形改进，在中心体比较靠前的地方设计一组花瓣式涡流器，使得飞机在飞行的时候，气流通过涡流器产生旋流，产生的旋流使附着在中心体背面的附面层延迟分离，这样就可以使得翼身融合体飞机中心体部分上下表面的压力差比增大，虽然涡流器的设计会使得飞机的阻力增大，但笔者认为在某些飞行状态下涡流器对升力的贡献比阻力增加要更大，使得翼身融合体模整体模型的升阻比变大，具体结果需要在下一章节对改进模型进行气动特性分析才能知晓。 有压力云图还可以看出在模型的梯形翼翼稍处，模型的上下表面压力差比较小，对整机的升力贡献比较小是因为飞机翼梢下面的气流发生扰流，使得飞机产生了诱导阻力，还降低了飞机的升力。所以笔者认为在翼身融合体模型的翼梢处增加翼绍小翼，对提高初始模型的气动特性有重大意义。
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user: 摘 要 n维超立方体在并行计算领域有着广泛的应用，其特殊的拓扑结构对大规模的多处理器系统的性能具有重要的影响。本文研究n维超立方体 的最短路径问题，采用构造的方法证明了以下结论： 中任意两点之间一定存在k条不交的长度为k的最短路径，其中k为此两点之间的Hamming距离。此外，如果放宽最短路径的条件，对两点之间的 距离为k的点，长度最多为 的不交路径存在至少n条。 关键词 :超立方体，点不交路径，最短路径，次短路径 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着超大规模集成电路工艺的发展，集成巨量处理器(可达2 16 )的大规模处理器成为了未来的主要发展趋势。为了提高并行计算系统的效率，科学界一直在寻找结构简单、延展性好、节点度小的互联网络拓扑结构。而超立方体由于其特殊的拓扑结构，例如它的对称性、强容错性、正则性等性质，使得它成为了最为重要和应用最广泛的并行计算机互联网络拓扑结构。 在实际应用和理论研究方面，超立方体在近年都得到了高度关注。基于超立方体的各种可扩展并行计算互联网络系统应运而生。文献 [ 1 ] 涉及了超立方体在业界的实际应用和专利申请。 近年来，更多的文献专注于挖掘超立方体的性质和结构，如文献 [ 2 ] ，从应用的角度综合探讨了超立方体中一对一、一对多的不相交路径存在问题。文献 [ 3 ] 后续讨论了一对多节点的不相交路径的相应算法，并给出了时间复杂度为 的计算该路径的算法，其中n为该超立方体的维度，m为从同一点出发抵达的目标节点的数量。文献 [ 4 ] 、文献 [ 5 ] 讨论了多对多点不交路径存在问题，并进一步的多对多点不交路径的高效算法。讨论了连通度的概念以及其与多对多点不交路径上限之间的联系。 本文主要研究n维超立方体 的最短路径问题，采用构造的方法证明了以下结论： 中任意两点之间一定存在k条不交的长度为k的最短路径，其中k为此两点之间的 距离。此外，如果放宽最短路径的条件，对两点之间的 距离为k的点，长度最多为 的不交路径存在至少n条。在文献 [ 6 ] 中，通过数学归纳法证明了 中任意两点(Hamming距离为k)之间一定存在k条不交的长度为k的最短路径。本文简化了上述证明，并在此基础上，通过放宽最短路径的条件至次短路径，扩充了该结论，从而构造出了至少n条点不交的最短路径。该结论在并行计算机互联网络拓扑结构中有大量可能的应用，并可以作为实际应用的理论基础。文献 [ 7 ] 中，针对并行计算系统的另一应用广泛的结构递归循环网络，给出了一点对多点的最短和次短的点不交路构造，与本文研究的问题有一定的相似性，也具有广泛的应用价值。 不仅对于次长路径，超立方体上最长路径的可能最大值也得到了学界的关注和研究。在文献 [ 8 ] 中，对于两节点之间路径的最长距离进行了分情况的讨论，并在两种条件下减小了最长距离的最大值。 在文献 [ 9 ] 中，针对分层超立方体互联网络，其中两节点之间的点不交路得到了研究。不仅给出了点不交路最大数量的构造，同时也给出了这些路的长度最大值。 从另一方面，在超立方体上给定k对互不相同的节点，如何寻找它们之间的k条点不交路并覆盖超立方体中每一个节点，在文献 [ 10 ] 中得到了充分的研究。
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user: 2. 预备知识 本文中所有出现的无向图均为简单无向图，即无自环、无平行边的无向图。 以下为超立方体互联网络的定义。 定义1.1对于简单无向图，分别表示的顶点集和边集。称作n维超立方体互联网络当且仅当： 1) 的节点数量为，边的数量为。 2) 对任意的顶点，可以用维的二进制序列来表示。即。 3) 对于任意两顶点，其间有边当且仅当它们的二进制编码串只相差一位。 图1为1维和2维超立方体互联网络。 对于超立方体互联网络 ，若 ，且任意两点之间互不相同， ，那么称 为 中的一条路。记为 。如果 和 之间有k条不同路径，且对其中任意的两条路径，除了起点和终点之外，其中任意两节点不相同，那么称 和 之间有k条点不交的路径。图2给出了超立方体互联网络 中点 之间的两条点不交路径(虚线)。 以下为Hamming距离的定义。需要注意的是，在信息论中，两个等长字符串之间的Hamming距离是两个字符串对应位置的不同字符的个数。而对于超立方体互联网络来说，需要计算的字符串都是二进 图1. 超立方体互联网络 图2. 超立方体互联网络中的点不交路径 制的。而对于二进制字符串来说，Hamming距离就是1的个数，因此有了以下定义。 定义1.2对于超立方体互联网络 ， 分别表示 的点集和边集。 ， ， ，那么 之间的Hamming距离定义为 。 我们知道，超立方体互联网络 的连通度是n。 的连通度条件构成了其满足性质 的必要条件。这里性质 指：在图 中，如果给定k对互不相同的节点，那么这k对点之间一定存在k条路径，且这k条路径之间是点不交的。文献 [ 5 ] 中不仅阐述了超立方体互联网络 的连通度与性质 的关系，并给出了对任意的k对点 之间给出点不交的k条路径的算法。此算法的时间复杂度为 ，给出路径的最大长度为 。
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user: 3. 主要结论 首先根据超立方体互联网络的性质，我们可以得到如下定理： 定理2.1设 且 ，则在 中 之间至多存在k条长度为k的点不交路径；且 之间至多存在n条点不交路径。 证明： 考虑到长度为k的路径一定为 之间的最短路径，因此路径一定是持续沿着减少两点之间Hamming距离的方向进行。而 的邻接节点中符合条件的恰为k个，因此符合条件的点不交路径一定不会超过k条。 另一方面， 中每个点的度均为n，因此两点之间至多存在n条点不交路径。□ 接下来，我们给出文献 [ 6 ] 中结论的一种构造证明： 定理2.2设 且 ，则在 中 之间存在k条长度为k的点不交路径。 证明： 记 ，此处我们只需要考虑 的位置。因为 ，我们不妨假设 。进一步我们可以假设 而不影响命题的一般性。 因此原命题等价于在 中 与 之间存在k条长度为k的点不交路径。由于 ，我们在下面的叙述中省略坐标的后 位。 考虑以下k条路径 ： 即 从 起始，以从第i位开始依次由0变成1的方式行进，直至到达 。显然 均为长度为k的路径，只需证明他们除了 之外不经过相同的顶点。若 经过相同的顶点v，假设v的坐标中有t个1，根据构造容易知道在 中经过的坐标中t个1的顶点显然不同。 因此， 即为满足条件的k条长度为k的点不交路径。□ 可以看出，定理2.2中的构造也达到了定理2.1中证明的 之间长度为k的点不交路径的上限。此外，对于 的两个节点 ，他们之间的次长路径长度为 (由于超立方体的结构特性汉明距离为k的两点之间不存在长度为 的路径)。如果我们考虑超立方体中两点之间的次长路径，可以得到如下结论： 定理2.3设 且 ，则在 中 之间至少存在 条长度为 的点不交路径。 证明： 记 ，此处我们只需要考虑 的位置。因为 ，我们不妨假设 。进一步我们可以假设 ， ， 而不影响命题的一般性(以下在坐标中用“|”来分隔第 位)。 因此原命题等价于证明在 中 与 之间存在 条长度为 的点不交路径。 考虑以下 条路径 ： 即 从 起始，先将第 位由0变成1，之后依次将前k位由0变成1，最后将第 位由1还原成0到达 。显然 均为长度为 的路径，且因为不同路径之间除了 之外其他中间节点后 位不相同，因此他们除了 之外不经过相同的顶点。 因此， 即为满足条件的 条长度为 的点不交路径。□ 根据定理2.2和定理2.3的构造，我们容易得出如下推论： 推论2.1设 且 ，则在 中 之间存在n条长度不超过 的点不交路径。 证明： 类似于定理2.3，原命题等价于 中 与 之间存在 条长度为 的点不交路径(在坐标中用“|”来分隔第 位)。 考虑定理2.2和定理2.3的证明中构造的n条路径 。显然 均为长度不超过 的路径，又因为 经过的中间节点后 位不相同，因此他们除了 之外不经过相同的顶点。 因此， 即为满足条件的n条长度不超过 的点不交路径。□
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user: 4. 结语 本文研究了超立方体互联网络中两点之间点不交路径的性质。对于原有的关于两点之间点不交最短路径的结论，给出了更加简洁直接的构造证明。并且在此基础上，对于两点之间点不交的次短路径进行了讨论，并且进行了构造。最终证明超立方体互联网络中两点之间的点不交最短和次短路径数量最多可以达到超立方体可容纳的点不交路径的上限。该结论在并行计算机互联网络拓扑结构中有大量可能的应用，并可以作为实际应用的理论基础。
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user: 项目信息 山西省科学技术厅软科学项目(NO2016041038-5)。
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user: 摘 要 膨胀管裸眼封堵技术是膨胀管技术目前主要的发展方向。对于需要注水泥固井的膨胀管裸眼封堵系统，常规的套管扶正器不能满足使用要求。为此，钻井院研制一种新型裸眼用膨胀管可变径扶正锚定工具。本文详细介绍了该扶正器的机械设计，理论计算，并利用有限元方法对理论计算进行了校核。最后通过室内性能测试，表明该工具的设计达到了预期的效果。采用这种新型裸眼用膨胀管可变径扶正锚定工具，可以为膨胀管管串提供足够的扶正力，使膨胀管在裸眼井段较好地居中，从而提高固井质量。该工具现场操作简单可靠，具有较好的推广应用价值。 关键词 :膨胀管，可变径，扶正器，裸眼，有限元 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 膨胀管技术是用膨胀锥以液力或机械力的方法使管材发生永久性变形，从而达到增大管材内径的目的 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] ，是近年来国内外石油工业钻完井领域中发展及应用较快的一项新兴技术。膨胀管裸眼封堵技术作为该技术体系的一个分支是目前主要的发展方向，在钻井时可使膨胀管作为临时技术套管以解决井漏、井壁坍塌、异常压力地层等复杂井段井壁稳定问题，封堵复杂地层后原钻具组合可继续下入，保证后续安全钻进 [ 4 ] 。 一般地，对于需要注水泥固井的膨胀管裸眼封堵系统，膨胀管的膨胀作业是在注水泥后的水泥候凝阶段进行的。为了提高固井质量，可以在膨胀管管串间设置若干扶正器。常规的套管扶正器分为弹性扶正器和刚性扶正器。然而常规弹性扶正器的环箍、刚性扶正器的本体都不具有良好的塑性，无法产生像膨胀管那样的塑性变形；并且，常规的套管扶正器外形尺寸是固定的，在大斜度或水平井段有可能增加膨胀管下放的阻力，造成膨胀管下放困难、甚至无法下入至需要封堵的预设深度，因此并不能应用在注水泥固井的膨胀管裸眼封堵系统中。因此，有必要研制一种既能实现使膨胀管在井眼居中的基本功能，又能减小本身下入摩阻的膨胀管扶正器，本文的一种裸眼用膨胀管可变径扶正锚定工具就是基于此而提出的。
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user: 2. 基本结构及使用方法 2.1. 基本结构 如图1所示，裸眼用膨胀管可变径扶正锚定工具由壳体、扶正片组成。壳体采用与膨胀管相同的材料加工制造，壳体的两端设计有可膨胀连接螺纹，与入井的膨胀管串相连接配合。扶正片呈长条薄板形，扶正片的长边与壳体的轴线平行，扶正片设计有均布在壳体外壁上的若干片，其紧贴且均布在壳体的外表面，扶正片的两端焊接在壳体的外表面。 2.2. 工作原理及使用方法 该工具在使用时通过壳体两端的螺纹安装在膨胀管管串中间随膨胀管一同被下入至需要封堵的裸眼井段。在注水泥后的水泥候凝阶段，对膨胀管进行膨胀作业，膨胀锥的运动使膨胀管沿径向产生塑性变形。当膨胀锥通过该工具的壳体时，壳体与膨胀管产生相同的塑性变形 [ 5 ] 。径向的塑性膨胀必然使壳体沿轴向产生塑性缩短，由于扶正片的两端焊接在壳体的外表面，所以扶正片的两端距离缩短，从而使扶正片产生屈曲变形，扶正片的中间会向外撑开，扶正片与壳体外表面的母线近似呈三角形。 通过合理地设计壳体的缩短率、扶正片的长度、宽度和厚度等参数，可以设计使向外撑开的扶正片的外径与裸眼井径基本相同。由于扶正片沿壳体外表面均布，因此扶正片可以在井壁上将膨胀管支撑起来，并且使膨胀管居中。图2是该工具变径后的示意图。
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user: 3. 结构和技术参数 3.1. 结构参数 该扶正锚定工具的主要结构参数包括变径前壳体的外径D 0 、内径D 1 ，变径后壳体的外径 、内径 ， 图1. 膨胀管可变径扶正锚定工具结构示意图 图2. 膨胀管可变径扶正锚定工具变径后示意图 变径前扶正片的长度l 0 、厚度h、宽度b，变径后扶正片向外撑开的高度ΔR、扶正片跨度l 1 ，变径后扶正片的最大外径R。 壳体的外径D 0 、内径D 1 变径前后与膨胀管外径、内径相同，因此壳体具有与膨胀管相同的膨胀率和缩短率ψ。 (1) 根据前述的工具工作原理，当工具变径后，扶正片的位置可简化如图3所示。其中，AB表示变径前扶正片的初始状态(C表示扶正片的中点)，A’C’B’表示变径后扶正片的工作状态。 由图3的几何关系可知： (2) 因此，变径后扶正器的最大外径 (3) 3.2. 技术参数 该扶正锚定工具的主要技术参数包括膨胀压力、扶正力、长细比。一般地，膨胀率越大膨胀压力也越大；膨胀压力应与膨胀管管串的膨胀压力相差不大 [ 6 ] 。扶正力，又称复位力，是指扶正片作用在井壁并使膨胀管离开井壁的力。在斜井段或定向井内，扶正锚定工具必须产生足够的扶正力，以防止膨胀管靠向井壁下侧。参考国标GB/T 19831.1~2005中的相关规定，扶正力应大于偏离间隙比为67%时所要求的最小扶正力。对于4½ʺ~9⅝ʺ的套管，当膨胀管管串处于比较垂直的井段时，其最小扶正力不应小于： (4) 式中，G为12.19 m长的膨胀管的重力。 长细比可用来衡量扶正片在变径时发生屈曲变形的容易程度，长细比越大，扶正片在变径时也容易被向外撑开。长细比具体是指扶正片的计算长度与扶正片截面的回转半径之比，可用式(5)表示。 (5) 式中，l 0 为杆件的长度，即扶正片的计算长度；i为扶正片截面的回转半径，μ为长度因数(其值由杆端约束情况决定，对于两端固定的细长压杆，μ = 0.5)。 图3. 扶正片位置简化示意图