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    1. 基于粒子群优化LSTM的股票预测模型
    宋刚, 张云峰, 包芳勋, 秦超
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (12): 2533-2542.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0388
    摘要141)   HTML    PDF (6923KB)(114)   
    为了提高股票时间序列预测精度,增强预测模型结构参数可解释性,提出一种基于自适应粒子群优化(PSO)的长短期记忆(LSTM)股票价格预测模型(PSO-LSTM),该模型在LSTM模型的基础上进行改进和优化,因此擅长处理具有长期依赖关系的、复杂的非线性问题。通过自适应学习策略的PSO算法对LSTM模型的关键参数进行寻优,使股票数据特征与网络拓扑结构相匹配,提高股票价格预测精度。实验分别以沪市、深市、港股股票数据构建了PSO-LSTM模型,并对该模型的预测结果与其他预测模型进行比较分析。结果表明,基于自适应PSO的LSTM股票价格预测模型不但提高了预测准确度,而且具有普遍适用性。
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    2. 六相永磁同步电机驱动控制方式
    匡晓霖, 徐金全, 黄春蓉, 李嘉科, 郭宏
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1361-1369.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0695
    摘要92)   HTML    PDF (5318KB)(206)   
    多相永磁同步电机(PMSM)的驱动控制方式主要包括余度和容错两种形式,为明晰多相永磁同步电机采用两种不同驱动控制方式所带来的性能差异,基于一个六相永磁同步电机,分别建立了余度和容错两种永磁同步电机驱动控制系统。在此基础上,分析研究了余度和容错两种驱动控制方式对六相永磁同步电机系统调速范围和动态性能的影响机理及影响规律。仿真和实验结果表明:相比于余度驱动控制,六相永磁同步电机采用容错驱动控制方式时具有更宽的调速范围及更好的动态性能。
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    3. 基于视频的三维人体姿态估计
    杨彬, 李和平, 曾慧
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (12): 2463-2469.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0384
    摘要86)   HTML    PDF (1738KB)(106)   
    已有的三维人体姿态估计方法侧重于通过单帧图像来估计人体的三维姿态,忽略了视频中前后帧之间的相关性,因此,通过挖掘视频在时间维度上的信息可以进一步提高三维人体姿态估计的准确率。基于此,设计了一种可以充分提取视频时序信息的卷积神经网络结构,在获得高精度的同时也具有消耗计算资源小的优点,仅仅使用二维关节点的坐标为输入即可恢复完整的三维人体姿态。然后提出了一种新的损失函数利用相邻帧间人体姿态的连续性,来改进视频序列中三维姿态估计的平滑性,同时也解决了因缺少帧间信息而导致准确率下降的问题。通过在公开数据集Human3.6M上进行测试,实验结果表明本文方法相比目前的基准三维姿态估计算法的平均测试误差降低了1.2 mm,对于视频序列的三维人体姿态估计有着较高的准确率。
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    4. 基于生成对抗网络的零样本图像分类
    魏宏喜, 张越
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (12): 2345-2350.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0363
    摘要73)   HTML    PDF (2222KB)(98)   
    在图像分类任务中,零样本图像分类问题已成为一个研究热点。为了解决零样本图像分类问题,采用一种基于生成对抗网络(GAN)的方法,通过生成未知类的图像特征使得零样本分类任务转换为传统的图像分类任务。同时对生成对抗网络中的判别网络做出改进,使其判别过程更加准确,从而进一步提高生成图像特征的质量。实验结果表明:所提方法在AWA、CUB和SUN数据集上的分类准确率分别提高了0.4%、0.4%和0.5%。因此,所提方法通过改进生成对抗网络,能够生成质量更好的图像特征,从而有效解决零样本图像分类问题。
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    5. 基于半监督迁移学习的轴承故障诊断方法
    张振良, 刘君强, 黄亮, 张曦
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (11): 2291-2300.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0082
    摘要72)   HTML    PDF (4983KB)(140)   
    针对航空发动机轴承故障诊断过程中预测精度不足以及过拟合的问题,提出基于迁移学习的半监督集成学习器(SSIT)用以发动机轴承故障预测。首先,训练改进的基于迁移学习的极限学习机(TELM)以及基于迁移学习的支持向量机(TSVM),分别迁移不同目标空间的高相似度样本加入到源样本空间进行训练。然后,与对应的基学习器集成同簇学习器来识别未标记样本,构成半监督学习器不断调整初始基学习器权重,并继续集成半监督基学习器的识别结果到SSIT中。通过此学习机识别提取特征后的,用以故障识别。实验结果清楚地表明:此种方法可以有效降低迁移学习中的负迁移效果,提升迁移精度10%左右,降低机器学习中的过拟合效果,提高半监督学习稳定性,与现有的预测方法相比可以提高精度9%以上。
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    6. 基于非等维状态的IMM混合估计方法
    欧能杰, 汪圣利, 张直
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (10): 2115-2122.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0038
    摘要66)   HTML    PDF (2686KB)(101)   
    在目标跟踪领域,交互多模型(IMM)估计器具有良好的性能和较低的复杂度。IMM的成功归因于模式混合,其中各模型输出用于模型条件重初始化。针对IMM算法中存在的非等维状态混合估计问题进行了研究,在总结现有算法的基础上提出了一种最优的IMM混合估计方法。该方法通过将"切换"态的概念引入目标状态,根据当前滤波时刻的模型概率和新息,动态地调整混合策略以实现最优估计。最后,通过仿真实验验证了所提算法在不同模型混合场景中的表现要优于现有的算法。
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    7. 自适应非奇异快速终端滑模固定时间收敛制导律
    赵国荣, 李晓宝, 刘帅, 韩旭
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (6): 1059-1070.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0621
    摘要64)   HTML    PDF (2124KB)(197)   
    针对机动目标的末制导拦截问题,设计了一种带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模固定时间收敛制导律。与有限时间收敛终端滑模制导律相比,所提制导律能够确保弹目视线(LOS)角和弹目视线角速率在固定时间内是收敛的,并且收敛时间是独立于制导系统初始条件的,可以根据制导律参数预先给定。构造了一种新型的非奇异快速终端滑模面,有效解决了奇异性问题,同时通过合理地改变滑模面与弹目视线角跟踪误差的趋近律指数,使得制导系统比现有的固定时间收敛控制具有更快的收敛速率。此外,设计了一种自适应律,针对目标机动引起的未知扰动进行估计,使得制导律的设计无需预先知道任何关于目标机动的信息。通过仿真实验验证了所提制导律能够使导弹成功拦截机动目标,并且与现有制导律相比,具有更快的系统收敛速率、更高的拦截精度及更短的拦截时间。
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    8. 无人驾驶矿用运输车辆感知及控制方法
    李宏刚, 王云鹏, 廖亚萍, 周彬, 余贵珍
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (11): 2335-2344.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0521
    摘要62)   HTML    PDF (4619KB)(208)   
    针对当前矿区生产作业效率低下、安全事故频发等问题,提出了一种矿用运输车辆无人驾驶感知及控制方法。感知部分,设计出基于激光雷达和毫米波雷达融合的多目标识别架构,在数据关联的基础上,应用基于卡尔曼滤波的联合概率数据关联(JPDA)算法实现矿区环境下多目标识别;控制部分,采用路径预瞄-跟踪的方式,将横向控制与纵向控制进行解耦,并通过反馈机制实时进行偏差修正,实现无人驾驶矿用运输车辆精准的横向与纵向控制。此外,搭建了矿车无人驾驶系统平台,在矿区不同场景下对上述感知及控制方法进行了测试。实验结果表明,感知算法能够实现道路可行驶区域的精确检测,并可识别出多种障碍物类型,控制算法在上下坡等场景下可实现无人驾驶矿用运输车辆纵向速度和横向位置的精准控制,满足实际应用需求。
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    9. 军航飞机流穿越民航航线冲突探测与解脱问题
    吴明功, 蒋旭瑞, 温祥西, 陈彬
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (5): 863-872.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0504
    摘要61)   HTML    PDF (2281KB)(160)   
    针对军航飞机穿越民航航线的飞行冲突问题,对飞机流汇聚飞行场景进行建模分析,提出了基于滑动窗口的汇聚飞行冲突探测方法和基于合作博弈的多机冲突解脱方法。当飞机流进入预先划设的汇聚控制区,通过滑动窗口判断向前看时间内飞行冲突。基于此,潜在冲突机间组成一个联盟,以解脱边界条件为安全约束,以合作博弈理论中联盟福利最优解均衡各机效益,在保证安全的前提下实现效益均衡。根据最优机动方向特点,利用免疫粒子群优化算法快速求解策略。仿真结果表明,该场景下提出的方法能有效解算出满足要求的解脱策略,并均衡军民航飞机解脱效益。
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    10. 火星再入飞行器风洞试验与真实飞行之间相关性的探讨
    刘方彬, 袁军娅
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (4): 787-795.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0434
    摘要59)   HTML    PDF (2701KB)(129)   
    由于风洞试验条件限制,难以完全模拟火星再入飞行器真实飞行环境,因此需要建立火星再入飞行器风洞条件与真实飞行之间的关联关系。基于国外文献公开数据,采用数值方法和对比分析方法探讨了类"探路者号"外形的火星再入飞行器的风洞试验与真实飞行之间的外推方法。结果表明,在高焓空气风洞和常规空气风洞试验条件下,可以将模型驻点附近的无量纲压力和压力系数作为相关性参数,将风洞条件与飞行条件相关联起来,但是不能直接利用风洞试验的热流、无量纲热流和Stanton数作为关联参数;在高焓CO2风洞试验条件下,可以利用模型驻点附近的无量纲压力、压力系数和Stanton数作为外推参数,但是不能直接将风洞试验的热流、无量纲热流作为相关性参数,将风洞条件下的风洞数据通过外推获取飞行条件下飞行器的性能参数。
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    11. 基于运动模型的低空非合作无人机目标识别
    陈唯实, 刘佳, 陈小龙, 李敬
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (4): 687-694.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0447
    摘要59)   HTML    PDF (7896KB)(287)   
    为保障低空安全,在利用雷达数据探测无人机目标的同时剔除飞鸟等虚警信息,提出了一种基于运动模型的低空非合作无人机目标识别方法,作为已有目标跟踪方法应用的拓展。首先,建立多种运动模型模拟无人机和飞鸟目标运动;然后,基于多种运动模型进行目标跟踪,并估计各种运动模型的出现概率;最后,以各种运动模型在连续时间内出现概率的方差均值来度量目标运动模型的转换频率。通过对仿真数据和机场低空监视雷达实测数据的处理,所提方法能够在杂波环境中跟踪无人机目标并剔除飞鸟目标,进一步验证了其有效性和实用性。
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    12. 基于快速自适应超螺旋算法的制导律
    刘畅, 杨锁昌, 汪连栋, 张宽桥
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1388-1397.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0654
    摘要59)   HTML    PDF (2884KB)(145)   
    针对地空导弹攻击机动目标的制导律设计问题,提出了一种有限时间稳定的新型二阶滑模制导律。在弹目相对运动模型的基础上,将制导问题转化为一阶系统的控制问题。在超螺旋(ST)算法中引入线性项和一种新的参数自适应律,提出了一种快速自适应超螺旋(FAST)算法,该算法不需要已知系统不确定性的边界且收敛速度较快。利用类二次型Lyapunov函数证明了系统有限时间稳定性,给出了收敛时间估计公式。通过与自适应滑模制导律、ST制导律和光滑二阶滑模制导律的仿真对比,验证了所设计的制导律在保证制导精度的同时,能够在有限时间内提高滑模变量的收敛速度,并且避免了参数选择困难的问题。
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    13. 金属材料微裂纹取向与超声波和频非线性效应
    杨斌, 史开元, 袁廷璧, 肖德铭, 王侃, 李振海
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (4): 695-704.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0518
    摘要57)   HTML    PDF (6955KB)(147)   
    针对非线性超声无损检测金属材料微裂纹取向角度的问题,开展了微裂纹取向与超声波的和频非线性效应研究,建立了超声和频非线性特征系数与微裂纹取向角度的关系模型。理论和有限元仿真实验结果表明,随着微裂纹取向角度的逐渐增大,超声和频非线性特征系数与微裂纹取向角度之间呈现明显的正相关趋势,而且相比二次非线性特征系数,和频非线性特征系数对微裂纹取向检测更为敏感。同时,从超声波平均能流密度(即声强)的角度出发,计算可知和频分量声强会随着微裂纹取向角度的增大而增大,而二次谐波声强基本不会发生变化,同时和频分量声强占比相比于二次谐波声强占比也得到了明显提高。超声波声强计算结果与仿真计算结果趋势基本一致,证明了理论模型的正确性。通过实验验证了模型的有效性,为金属材料微裂纹取向的检测提供了一种有效的手段。
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    14. 自研激光雷达三维点云配准技术
    呼延嘉玥, 徐立军, 李小路
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (10): 2099-2107.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0014
    摘要57)   HTML    PDF (5504KB)(124)   
    为了实现激光雷达点云与图像重建点云的三维空间配准,基于自研三维扫描激光雷达系统,提出了新型的快速多尺度因子(FMSR)点云配准算法,研究了空间点云配准技术。该算法主要包括初始配准和精确配准2个步骤:初始配准使用基于尺度自适应关键点质量(ASKQ)的点云特征提取算法,提取关键点的特征匹配对,求解点云配准初始参数;精确配准利用K-邻近(KNN)算法全局搜索,提升计算效率,多次迭代得到2组点云之间的最优旋转矩阵、最优平移向量和最优尺度因子。仿真和实验结果表明,所提出的算法对空间目标(尺寸为20.30 m×7.85 m×26.56 m)实现空间点云配准,配准精度达到0.194 m,运行时间为16.207 s;与多尺度迭代最近点(S-ICP)算法相比,配准精度提高了0.131 m,运行时间提高了30%。所提出的空间点云配准技术可为场景重建和纹理匹配提供算法基础。
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    15. 航空活塞发动机涡轮增压器失效关键影响因素分级
    鲍梦瑶, 丁水汀, 李果
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (6): 1071-1080.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0597
    摘要55)   HTML    PDF (5639KB)(90)   
    航空活塞发动机涡轮增压技术的应用大幅增加了动力系统的复杂性,与增压器相关的安全问题日趋严峻。以某型航空活塞发动机及其两级增压器为对象,聚焦失效诱因的判断方法研究,在建立的整机系统模型基础上,提出一种改进的对应分析法实现对增压器失效模式关键影响因素的分级。结果显示:通过列轮廓坐标随关键影响因素的数值偏离程度表明影响大小的分级方法,可以有效辨识出失效的关键影响因素,废气阀直径是影响各工作边界安全裕度的首要因素,需首先加以控制。
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    16. 基于ADMM算法的航空发动机模型预测控制
    单睿斌, 李秋红, 何凤林, 冯海龙, 管庭筠
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (6): 1240-1247.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0599
    摘要55)   HTML    PDF (1641KB)(134)   
    为了提升航空发动机非线性模型预测控制(MPC)的实时性,将交替方向乘子法(ADMM)应用于模型预测控制的滚动优化中。基于状态空间模型构造预测方程,通过引入辅助变量和对偶变量,将二次型性能指标和发动机约束改写为适合ADMM算法求解的形式。在航空发动机部件级模型上开展的仿真结果表明,基于ADMM算法的单变量模型预测能够实现对指令信号的高性能跟踪和约束的有效管理。相比于内点法(IPM),ADMM算法在滚动优化过程中,在不同控制指令下,均具有更高的实时性,且在预测时域增加的情况下,计算耗时增加更少,验证了其在模型预测控制中应用的有效性。
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    17. 动量轮微振动机理及仿真
    马艳红, 刘珊珊, 王虹, 洪杰
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1273-1282.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0608
    摘要55)   HTML    PDF (4837KB)(209)   
    动量轮是卫星等航天器姿态控制和精度保持的关键机械部件,其微振动严重影响卫星姿态稳定度和成像精度。动量轮的非均匀、非连续几何构形和旋转效应会引起结构系统的参数激励和载荷激励。针对具有非均匀力学特征参数的动量轮结构系统动力学模型,通过分析动力学方程中各矩阵参数的扰动,进行动量轮微振动机理的研究。仿真和试验结果表明:动量轮结构系统内部存在基频和高频激励,其中基频主要来自支点动载荷,高频来自轴承碾压作用;轮缘的局部振动会随转速形成前后行波。
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    18. 基于速度障碍法的飞行冲突解脱与恢复策略
    王泽坤, 吴明功, 温祥西, 蒋旭瑞, 高阳阳
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1294-1302.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0650
    摘要54)   HTML    PDF (4096KB)(153)   
    针对飞行中的冲突解脱和航迹恢复问题,在速度障碍法模型的基础上提出了一种几何优化的方法,并对这个问题进行了严格的数学描述。首先根据飞机之间的相对位置和速度关系,确定其冲突类型,以及是否满足各解脱策略的条件,选取相应的解脱策略,待冲突解脱完成后,飞机恢复至原航线飞行。然后通过几何分析,理论推导,该模型能够有效解决飞行冲突,并且具体给出冲突解脱和航迹恢复的位置。最后在仿真中,所提方法根据不同场景能够自主选择冲突解脱策略,结果显示该方法简单高效,并且在航迹恢复过程中不引入新的飞行冲突。
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    19. 基于生成对抗网络的航天异常事件检测方法
    张克明, 蔡远文, 任元
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1329-1336.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0682
    摘要54)   HTML    PDF (1705KB)(210)   
    航天环境复杂,技术难度大,风险高,安全可靠性要求苛刻。航天异常事件样本少,且难以获取,有针对性地开展异常事件检测(AED)很有必要。为预防航天事故,尽早发现可能导致故障的异常事件,深入研究了最新人工智能和生成对抗网络(GAN)技术,提出了一种基于生成对抗网络的航天异常事件检测方法。使用正生成对抗网络模拟生成正常事件样本,训练反生成对抗网络模拟生成异常事件样本,设计合理算法训练测试,计算输入事件与正生成对抗网络生成的模拟正常事件欧氏距离,以及输入事件与反生成对抗网络生成的模拟异常事件的欧氏距离差,实现对异常事件的精确检测。通过在美国国家标准与技术研究所数据库(MNIST)数据集全部使用正常数据训练,并对异常事件检测性能进行了试验验证,试验结果表明:在MNIST数据集下,精确率和召回率综合评价指标(F1)及精确率和召回率曲线下面积(PRC)等关键技术指标比变分自动编码器(VAE)方法相应指标性能至少分别提升了31%和11%。在真实环境下采集的模拟航天音频数据试验,异常事件检测性能良好,进一步证实了所提方法真实可用。
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    20. 低动能来流下背负式进气道非定常流动特性分析
    刘志敏, 闫盼盼, 张群峰, 黎星佐, 孙超
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (4): 672-680.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0573
    摘要54)   HTML    PDF (4356KB)(142)   
    为了改善飞翼布局背负式S弯进气道低动能来流状态下的流动性能,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法对原型及改进型背负式进气道流场进行了数值模拟研究,对比分析了进气道流量特性及内部脉动压力特性。结果表明:低动能来流时背负式进气道上部唇口附近存在很大的气流转折角,导致唇口产生分离涡;原型进气道唇口分离涡强度高,高能量分离涡在进气道顶部破裂产生了大范围旋涡结构,进一步加剧了流动分离,从而引发进气道内产生强烈的压力脉动,声压级最大幅值高达145 dB;改进型进气道唇口分离涡得到了有效控制,强度大幅下降,进气道内部压力脉动幅值也显著降低,声压级降幅达8 dB;改进型进气道分离的抑制使进气道有效流通截面积增大,质量流量增加。同时,流场出口品质提升,进气道出口综合畸变指数降低了9.5%。
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    21. 高超声速飞行器预设性能反演控制方法设计
    李小兵, 赵思源, 卜祥伟, 何阳光
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (4): 650-661.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0463
    摘要52)   HTML    PDF (2134KB)(171)   
    为解决吸气式高超声速飞行器的飞行控制问题,提出了一种新型预设性能神经反演控制器设计方法。通过构造预设性能函数,保证速度跟踪误差和高度跟踪误差能够按照预设的收敛速度、超调量及稳态误差收敛至期望的区域,同时满足系统预设的瞬态性能和稳态精度。在反演控制设计结构下,引入径向基函数(RBF)神经网络对模型未知函数及不确定项进行逼近,提高了控制系统的鲁棒性。引入的RBF神经网络中仅有一个参数需要在线更新,有效提高了控制准确性,避免了通常反演控制方法中经常出现的"微分膨胀问题",并降低了计算量。通过仿真实验验证了所设计控制系统的有效性和可行性。
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    22. 高速柔性转子系统动力特性稳健设计方法
    洪杰, 杨哲夫, 吕春光, 马艳红
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (5): 855-862.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0492
    摘要52)   HTML    PDF (1765KB)(142)   
    高速柔性转子系统为控制其转子变形和多阶临界转速分布,常采用多支点支承方案,而转子-支承结构力学参数的分散性,使得转子动力特性设计成为多变量多目标非确定性优化问题。通过Lagrange法建立柔性转子运动方程,定义罚函数以定量描述多阶临界转速的分布特征,采用区间数学分析方法和遗传算法结合的方式,建立了基于临界转速分布特征优化及连接结构刚度损失控制的转子系统动力特性稳健设计方法。算例表明,通过将多阶临界转速集中于一定转速区间,并控制连接结构弯曲应变能分布比例,可有效减小转子通过多阶临界转速时的振动响应,降低转子动力特性对连接结构受力状态变化的敏感度,提高高速柔性转子系统动力特性的稳健性。
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    23. 基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法
    梅芊, 黄丹, 卢艺
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (5): 1042-1051.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0494
    摘要52)   HTML    PDF (5827KB)(230)   
    基于模型的系统工程(MBSE)理论越来越广泛地应用于民用飞机设计与功能需求分析领域。研究起始于基于用户需求的自顶向下的民机系统产品顶层用例,辨识相关关键子用例,进一步基于对象用例展开“需求—功能分析”,构建黑盒活动图、顺序图表达实现相关飞机级需求的黑盒功能流,从而明确系统接口和辨识子系统,构建经验证可靠的可进行逻辑仿真的黑盒状态机。在黑盒功能架构的基础上驱动基于人机交互系统模型仿真的民机功能架构“正向设计”过程,对黑盒进行解白,基于建模分析和数值仿真结果,构建实现相关飞机级需求的系统功能白盒架构的“正向设计”。为充分演示上述方法,选择了对民用飞机产品安全性具有关键影响的最后进近着陆场景用例作为案例模型。研究表明,基于MBSE的民用飞机功能架构设计方法充分保证了需求分析和功能架构设计的紧密结合,正向构建了以满足民机产品需求为导向的结构化系统设计方法。
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    24. 基于非线性模态的复杂系统动力学特性分析方法
    黄行蓉, 刘久周, 李琳
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1337-1348.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0643
    摘要52)   HTML    PDF (5272KB)(202)   
    针对非线性问题计算方法复杂和计算时间冗长一直是动力学领域的难点问题,给出了一套简单、准确、高效的非线性模态分析方法,对于常见的非线性系统(如杜芬系统、干摩擦系统和非线性材料等)均适用,具有一般性。首先,给出所提方法的基本理论与分析流程;然后,以杜芬系统为例阐述了其在非线性实模态域的应用,以干摩擦系统为例描述了其在非线性复模态域的应用,以压电系统为例展示了其在多场耦合域的应用;最后,给出了基于该理论对大型复杂非线性系统求解时的减缩方法。所提方法的核心在于建立非线性模态参数关于模态幅值的变化规律,不仅将系统的稳态响应求解问题简化为一维代数问题,极大地简化了数值计算过程,而且有助于分析、理解系统的非线性动力学行为。将所提方法与模态综合法结合,可用于高效求解大型复杂非线性系统动力学特性。
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    25. 基于CUDA的超声二维声场EFIT仿真
    宋波, 李威, 廉国选
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1322-1328.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0675
    摘要52)   HTML    PDF (3921KB)(194)   
    随着图形处理器(GPU)的快速发展,基于计算设备统一构架(CUDA)可以方便地将并行计算技术应用于超声声场数值仿真计算,极大地提升计算效率。阐述了弹性动力学有限积分算法(EFIT)的原理,在采用CPU实现带吸收边界的钢材料二维点源激励声场仿真的基础上,基于GPU实现了仿真模型的并行计算,介绍了GPU程序的设计流程和参数优化方法,包括纹理内存使用、吸收边界优化和数据传输优化。对比了相同条件下CPU和GPU仿真计算的耗时和平均计算效率,定量分析了GPU对于EFIT模型效率的提升。比对结果表明,EFIT具有良好的并行计算条件,采用并行计算方法能够有效提升模型计算速度,对于复杂声场仿真应用具有广阔的应用前景。
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    26. 基于铱星机会信号的定位技术
    秦红磊, 谭滋中, 丛丽, 赵超
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (9): 1691-1699.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0717
    摘要52)   HTML    PDF (4308KB)(140)   
    全球导航卫星系统(GNSS)到达地球表面的信号弱,易受干扰,并且需要投入大量的基础设施,而机会信号可有效弥补这方面的不足。针对目前陆基机会信号(广播、数字电视和移动基站等)存在的覆盖性、可用性限制,提出了利用铱星系统实现天基机会信号定位。通过对铱星信号的通信体制进行深入研究,建立了瞬时多普勒定位数学模型,提出了利用铱星信号的单音信号获取多普勒频率信息,并结合轨道预测模型计算的卫星轨道信息实现铱星定位的方法。实测数据验证结果表明,利用实际铱星信号能够实现精度优于200 m的定位。研究成果对基于机会信号的定位技术的理论研究及应用具有参考意义。
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    27. 航空柱塞泵缸体疲劳分析及寿命预测方法
    王岩, 王晓晴, 郭生荣, 卢岳良, 刘胜
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1314-1321.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0646
    摘要51)   HTML    PDF (4796KB)(234)   
    缸体是航空柱塞泵核心部件之一,其直接影响航空柱塞泵的功能。针对目前缸体寿命研究的实验周期长、缺乏理论分析方法的不足,提出了基于有限元分析和线性累积损伤理论的缸体疲劳分析和寿命预测方法。首先,基于理论力学和材料力学建立缸体的力学模型,在MATLAB平台上进行仿真分析,计算缸体受力;其次,建立缸体的有限元模型,在ANSYS平台上计算缸体的应力和应变;然后,将缸体应力、应变等结果导入nCode中,基于线性累积损伤理论,探究缸体的薄弱部位及影响缸体疲劳寿命的因素;最后,进行实验验证。结果表明,靠近配流盘一侧的柱塞腔外壁较为薄弱,容易出现疲劳破坏,与仿真结果基本吻合,验证了所提的缸体疲劳分析和寿命预测方法的正确性,为结构紧凑型柱塞泵缸体的设计提供参考。
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    28. 基于凯恩方程的无人机伞降回收动力学建模与仿真
    吴翰, 王正平, 周洲, 王睿
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (6): 1256-1265.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0602
    摘要51)   HTML    PDF (2008KB)(150)   
    在无人机的伞降回收过程中,无人机与降落伞一直都处于实时的动平衡状态,两者在伞降回收过程中的耦合关系及其复杂,因此很难建立精准的无人机伞降回收动力学模型。针对该问题,将伞降回收系统划分为降落伞和无人机分别进行处理。针对时变对象降落伞,通过阻力面积随充气时间的变化关系建立其动力学模型。针对无人机,首先,基于多体动力学思路,将其划分为左右机翼和机身的多体系统,通过平板绕流系数优化其伞降过程中的大迎角动力学模型;然后,通过偏速度矩阵将各体的动力学模型引入伞降回收系统质心;最终,基于凯恩方程推导并建立了伞降回收系统六自由度模型,并引入海拔高度和风力对无人机伞降回收的影响。通过数值仿真与实验数据的对比,可以发现两者具有较好的一致性,该动力学模型能够为无人机的伞降回收提供指导。
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    29. 进动弹道目标平动补偿与分离
    韩立珣, 田波, 冯存前, 贺思三
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (7): 1459-1466.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0641
    摘要51)   HTML    PDF (3502KB)(144)   
    弹道目标在中段高速运动时会造成微多普勒曲线的叠加折叠,此时传统的平动补偿方法并不适用于弹道目标。在分析进动锥体弹道目标各个散射点的频率特性后,发现曲线交点处的频率完全是由平动引起的。根据这一特性,提出一种利用时频图交点信息进行平动补偿的方法。首先,得到回波信号的时频骨架图;然后,采用基于双边滤波器的Harris角点检测方法提取出时频骨架中的角点进而得到时频图中的交点坐标;最后,利用交点坐标估计出平动参数进行平动补偿。针对传统Viterbi算法在曲线交点容易产生错误关联的问题,提出一种利用交点信息的分段Viterbi算法对补偿后的时频曲线进行分离。仿真实验验证了所提方法的有效性。
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    30. 基于键合图模型的SHA/EMA余度系统的故障诊断
    刘宏飞, 于黎明, 张柱, 阎旭栋, 韩旭东
    北京航空航天大学学报    2019, 45 (4): 760-768.   DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0150
    摘要51)   HTML    PDF (1889KB)(98)   
    针对液压伺服作动器(SHA)和机电作动器(EMA)组合的余度系统中故障模式复杂的问题,采用基于键合图模型的故障诊断方法,可以诊断出系统中多种参数故障。首先建立SHA/EMA余度系统的行为模型,然后根据因果关系倒置法转换成诊断键合图模型,进而推导出计算残差的解析冗余关系式(ARR),并创建故障特征矩阵(FSM)作为故障隔离的依据。联立行为模型和诊断模型对可隔离故障进行诊断,并通过ARR估计故障参数以诊断不可隔离故障。选取典型故障进行仿真验证,结果表明可隔离故障和不可隔离故障均被成功隔离,验证了所提方法对SHA/EMA余度系统的故障诊断是有效可行的。
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