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2014年  第40卷  第11期

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2014年, 第40卷, 第11期
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论文
作业优化在航空产品成本控制中的应用
周宁, 马婧, 罗继德, 王灿明
2014, 40(11): 1481-1486. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0723
摘要:
针对航空制造企业成本核算和优化问题,提出运用作业成本法代替传统成本核算方法进行产品成本核算,进而通过作业分析,运用作业管理进行产品成本控制和优化.而后以中国航空制造企业XYZ转包生产项目的5种产品为研究对象,采用作业成本法进行产品的成本核算,同时基于产品生产流程中的作业分析,通过作业管理,运用作业减少和消除、作业选择和共享等方法进行流程优化.结果表明,作业成本法较传统成本核算方法更为准确,作业管理可以为企业降低产品成本和进行成本控制提供有效的优化措施.
多元线性回归模型的增量算法
王惠文, 魏嫄, 黄乐乐
2014, 40(11): 1487-1491. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0680
摘要:
伴随着各领域信息化的发展,数据多呈现出快速、连续流入的特点.面向海量不断更新的数据集,在具有广泛使用价值的线性回归模型中,考虑引入增量算法.通过基于叉积矩阵的增量计算公式,得到最小二乘估计模型的增量算法,并进一步扩展到其他的模型估计量和检验统计量中.该增量算法运用了全部的数据信息,与使用全部数据建模具有完全相同的结果.算法节约了数据读取时间,减小了数据存储传输的压力,从而提高了计算效率.数据仿真实验验证了算法的有效性.
非相似余度作动系统静态力均衡控制策略
付永领, 范殿梁, 李祝锋
2014, 40(11): 1492-1499. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0699
摘要:
由功率电传作动器EHA(Electro-Hydrostatic Actuator)与EMA(Electro-Mechanical Actuator)构成的非相似余度作动系统取消了中央液压源和遍布机身的液压管路,同时克服了共性故障,是飞机多电化的发展趋势.阐述了非相似余度作动系统的结构组成与工作原理,考虑舵面空气负载和连接刚度,建立了在主动/主动工作模式下闭环系统数学模型.在此基础上,论述了非相似余度作动系统静态力纷争的产生机理,提出了采用调整电气参数偏差的方法补偿静态力纷争的思想,基于上述原理提出了3种减小静态力纷争的力均衡控制策略,并对其进行理论和仿真分析.最后,对3种力均衡控制策略在静态力纷争消除性、隔离性等方面进行了综合对比分析.分析结果对非相似余度作动系统的设计及力纷争的解决提供了理论依据.
硅通孔中电致应力的有限元分析
苏飞, 卢子兴, 刘萍, 王渊
2014, 40(11): 1500-1506. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0646
摘要:
在三维电子封装中,硅通孔(TSV,Through-Silicon-Via)是实现芯片垂直互连的关键环节,其可靠性至关重要.随着硅通孔中电流密度的增大,电致应力对TSV可靠性的影响也越来越大.基于该耦合方程和有限元的一般原理,详细地推导了弹性材料属性下TSV内部的电致应力、应变的有限元分析模型;利用ABAQUS中的用户自定义单元(user defining element)接口,实现了该模型的有限元计算,并利用解析解对该有限元模型的正确性进行了验证.利用有限元模型对TSV中铜填充的电迁移问题进行了分析计算,描述了铜填充在电迁移过程中电致应力、应变以及空位浓度的演化过程和分布规律,为三维电子封装可靠性的全面评估提供了一定的依据.
非标准参数的CCSDS Turbo码译码器性能仿真
赵琦, 杜玉娇
2014, 40(11): 1507-1511. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0732
摘要:
实现了一款具有通用性的Turbo码编译码器,对CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)规范中的信息数据帧长度进行扩展,不仅支持原有的5种帧长,而且能实现16384bit内255bit的任意整数倍帧长的信息序列的编译码.针对标准外的编码参数,分别对不同译码算法(MAP,SW-MAP,log-MAP算法)的译码性能进行了仿真,并与标准参数的译码器进行比较.将算法程序以C++动态链接库的形式实现,编写Python测试程序,产生待仿真码长的随机信号,编译码后计算误码率,绘制出信噪比和误码率的关系曲线图.通过相应的仿真发现,所设计的编译码器具有所需的通用性;同时对不同算法的性能进行了分析比较;研究各项参数对于译码性能的影响,包括信息序列长度、码率、迭代次数等.
基于驻留时间比的近地空间碎片环境建模
申敬松, 刘也, 胡松杰, 韩潮
2014, 40(11): 1512-1517. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0716
摘要:
为分析近地空间碎片的分布规律,提出了一种以碎片在空间网格内驻留时间为基础的碎片环境统计建模方法.该方法利用多项式拟合和求根方法统计碎片在空间网格内的停留时间,获取模型基础数据,并据此采用多项式预测、插值和时间序列分析等技术,综合分析空间碎片的分布与演化规律.给出了一个基于双行根数(TLE,Two Line Elements)数据的建模实例,该实例通过了ORDEM2000模型的对比验证,并获得了一些更精细的近地空间碎片环境特征.所得建模方法和分析结论可为长期运行的近地航天器轨道设计、碰撞风险评估及防护等提供技术支撑.
小样本理论在航空发动机研制费估算中的应用
刘芳, 张海涛
2014, 40(11): 1518-1525. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2014.0340
摘要:
研究了小样本理论中的偏最小二乘法在航空发动机研制费估算中的适用性,系统收集了国内10余种军用涡喷/涡扇发动机的技术性能和研制费数据,选取涡轮进口温度、军用耗油率、发动机军用推力、发动机加力推力、发动机推重比、发动机净重、总增压比、空气流量、翻修寿命、原型机数量、完成时间等技术参数,将小样本理论中的偏最小二乘法应用于军用航空发动机研制费估算模型的研究,形成了基于主要性能指标的军用航空发动机研制费参数估算模型,并建立了军用航空发动机研制继承系数的概念.计算结果表明,该模型较国内其他已有模型的精度有所提高,达到了10%,可以应用于我国航空发动机研制费的快速估算.
无槽圆筒型永磁直线作动器绕组分布特性实验
黄旭珍, 李立毅
2014, 40(11): 1526-1530. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0704
摘要:
将无槽圆筒型永磁直线电机用作飞行器姿态控制直线作动器.研究了圆环形无槽绕组分布系数,建立了其轴向分布系数计算模型,该模型考虑相间绝缘厚度的影响.比较研究了单极性圆环形绕组和双极性圆环绕组的分布特性,得到了相间绝缘厚度对这两种绕组结构绕组因数的影响规律.研制了无槽圆筒型直线作动器样机,测试和计算得到的空载反电势波形吻合,验证了理论研究的有效性.对作动器推力、动态等特性进行了测试论证,结果表明,该直线作动器具有电枢反应小、响应速度快等优点.
150kV/30kW逆变式电子束焊接高压电源设计
张伟, 杜慧聪, 齐铂金, 许海鹰
2014, 40(11): 1531-1536. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0715
摘要:
针对150kV/30kW电子束焊接高压电源高电压、大功率输出的要求,低压电路采用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)逆变隔离直流电源与逆变全桥串联的主电路拓扑,高压电路由3组升压变压器与10倍压整流电路的串联结构并联组成;设计了高压采样电路、束流采样电路,以及双闭环控制电路.基于上述技术,实现了150kV/30kW高电压大功率输出.实验结果表明高压加速电源的输出线性度和束流输出线性度较好,同时高压稳定度和束流稳定度均在0.5%左右,能够满足电子束焊接的要求.
整体壁板压弯成形等效计算模型
李卫东, 万敏
2014, 40(11): 1537-1542. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0726
摘要:
分析了筋条内弯型整体壁板压弯成形过程中蒙皮和筋条的弹塑性变形分布,鉴于内弯筋条发生塑性变形而蒙皮主要为弹性变形的特点,提出了一种将蒙皮部分简化为虚拟材料筋条的几何等效方法.推导了基于惯性矩的虚拟材料等效系数计算公式,给出了复杂网格筋条壁板等效模型建立过程和虚拟材料系数计算方法.进行了Ⅰ型单筋条和网格筋条壁板的有限元分析和压弯实验,对比分析了完整模型和等效模型的计算效率和精度,并用实验数据进行了验证,表明建立的压弯成形有限元等效模型精度可靠、效率数倍提高,为大型整体壁板压弯成形分析和工艺参数优化提供了基础.
动量轮诊断测点配置与资源占用度成本评价
刘睿, 周军, 李鑫, 刘莹莹
2014, 40(11): 1543-1548. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0676
摘要:
以动量轮为例开展诊断测点配置与成本评价方法研究.分析系统功能模块输出与故障模式之间的关系,建立DG图故障传播定性模型.对DG图回路进行处理,生成满足可检测性和可分离性的根节点,建立偶图.采用改进的贪婪算法选取关键测点,给出诊断测点配置方案.考虑测点对系统体积、重量、功耗、处理能力等资源的要求,提出用资源占用度的概念表示成本计算模型,合理设计了资源占用度的表达形式,可以突出某项重要资源要求对评价结构的影响,也可以避免某些重要指标被弱化,并且在需要考虑其他资源要求时可扩展.通过成本模型对测点配置方案进行评价.
波束跃度对星载SAR滑聚模式成像影响分析
曾虹程, 陈杰, 杨威, 张豪杰
2014, 40(11): 1549-1554. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0669
摘要:
针对星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)滑动聚束模式方位向天线波束无法实现空间连续运动而引入虚假目标的问题,提出了波束跃度对成像质量影响的定量化分析方法.首先在方位向天线波束控制前提下,构建了星载SAR滑动聚束模式回波信号的数学模型.在此基础上,采用成对回波理论定性与定量化分析了波束跃度对成像质量的影响,尤其给出了天线最小波束跃度与虚假目标幅度和位置的定量映射关系,并讨论了不同波段下,虚假目标对分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比以及系统增益的影响,为系统顶层合理论证天线最小波束跃度指标提供了可靠的理论依据.通过计算机仿真实验验证了提出的理论分析方法的正确性.
复合材料开孔层压板压缩长期强度预测
康军, 关志东, 黎增山, 李星
2014, 40(11): 1555-1562. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0681
摘要:
加速试验方法(ATM,Accelerated Testing Methodology)基于复合材料基体的黏弹性特性,根据时间-温度叠加原理,用较高温度下的短期强度预测较低温度下的长期强度.对应变不变量失效理论(SIFT,Strain Invariant Failure Theory)进行改进,采用微观的最大应变准则判断纤维的拉伸和压缩失效.通过基体动态力学分析(DMA,Dynamic Mechanical Analysis)试验得到基体的储能模量控制曲线和时间-温度平移因子.通过不同温度下单向板拉伸、压缩试验得到破坏应变,根据时间-温度叠加原理采用基体的时间温度平移因子,构建SIFT临界值的控制曲线.采用应变不变量失效理论和加速试验方法(SIFT/ATM)结合渐进损伤分析,对准各向同性开孔板压缩长期强度进行了预测,并对破坏过程进行了模拟,分析了纤维和基体的失效过程.计算与试验结果吻合较好,证明了该方法的适用性.
舵叶固定式液压球形关节运动学及性能分析
方守龙, 王亮, 丁帅
2014, 40(11): 1563-1567. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0727
摘要:
针对球面运动机构驱动方式问题,提出了一种新型的二自由度液压驱动球面运动关节机构,该机构利用超全周转动马达及舵叶摆动马达作为驱动,采用了滑轨支撑框架位置测量系统,可以实现超全周转动;给出了两驱动马达各自的油路设计方案,在机构的不同部位采取了合理的密封方法;由机构的工作原理推导了正逆运动学方程及速度雅可比矩阵,得出了机构的奇异位形;分析了机构的灵巧度性能指标,通过仿真得到了机构性能较优时的工作空间.该球形关节机构具有结构紧凑、运动精度高、负载大、并且能够实现全方位输出的特点.
基于SMDO-TLC的高超声速飞行器姿态控制
邵星灵, 王宏伦
2014, 40(11): 1568-1575. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0731
摘要:
针对高超声速飞行器快时变、强耦合以及存在参数不确定和外部干扰情况下的姿态控制问题,同时考虑到执行机构动态和输入受限,提出了基于滑模干扰观测器-轨迹线性化(SMDO-TLC,Sliding-Mode Disturbance Observer-Trajectory Linearization Control)的高超声速姿态控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD,Second-Order Linear Differentiator)的概念,通过理论分析指出了当前TLC中采用一阶惯性+伪微分器求取输入指令的微分信号时会存在与SOLD类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器求取姿态标称指令及其微分信号,可有效解决过渡过程中执行机构饱和问题;接着,分别在姿态和角速率回路设计二阶滑模干扰观测器,利用符号函数积分来重构内外回路的复合干扰,在此基础上设计补偿控制律,以实现姿态控制器设计.仿真结果表明,所提出的方法能够克服时变干扰及气动参数大范围摄动的影响,同时兼具良好的动态特性与静态品质,能够满足高超声速飞行器的快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.
三阶中心无振荡格式性能分析
李彦苏, 阎超, 屈峰, 于剑
2014, 40(11): 1576-1580. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0734
摘要:
三阶中心无振荡格式Cn3(Centered nonoscillatory scheme of third order)使用对称模板构造具有三阶精度的插值公式.利用单调区域与精确区域修正原始插值参数,该格式能够获得间断附近无振荡、光滑区域高精度的计算结果.通过一维和二维典型算例,将Cn3格式与三阶和五阶WENO格式(Weighted Essentially Non-Oscillatory schemes)进行比较,重点分析了3种格式的间断分辨率、计算稳定性和数值耗散性.分析可见,Cn3格式能够精确、稳定地捕捉激波和接触间断,同时对光滑流动区域的小尺度流动结构保持较低的耗散,值得进一步研究及推广应用.
卫星姿态控制系统在轨实时健康评估
宋飞, 秦世引
2014, 40(11): 1581-1588. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2014.0057
摘要:
面向航天器在轨智能自主管控的技术需求,提出一种基于多级模糊综合评价架构的卫星姿态控制系统的在轨实时健康评估方法.根据卫星姿态控制系统的性能特点,按实际功能将其划分为姿态测量、控制器和执行机构3个部分.在确定各部分单元部件健康信息的基础上,基于模糊综合评价算法对各部分的健康度分别进行评估.基于评估所得到的姿态测量、控制器和执行机构3部分健康信息,根据各部分对系统健康的影响情况结合变权综合原理确定健康影响权重,采用模糊综合评价算法实现对姿态控制系统整体健康性能的综合评估.仿真实验结果表明,所提出的方法能够有效实现卫星姿态控制系统的在轨实时健康评估.
飞机装配坐标系公共基准点粗差检测与修正方法
陈磊, 黄翔, 赵乐乐, 李泷杲
2014, 40(11): 1589-1594. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0672
摘要:
针对因厂房地基下沉等因素引起的飞机数字化装配体系中公共基准点产生偏差的问题,提出一种飞机装配坐标系公共基准点粗差检测与校正方法.该方法通过泰勒展开布尔沙-沃尔夫空间坐标转换模型形成了适用于大旋转角的坐标系转换线性模型,并结合拟准检定法检测并估算偏差较大的基准点,进而给出了公共基准点在装配全局坐标系下的坐标修正模型.采用激光跟踪仪对公共基准点进行测量并用上述方法修正公共基准点坐标.实验证明,该方法能有效检测粗差并修正,提高飞机装配坐标系的精度.
基于不变流形的高超声速飞行器动态面控制
后德龙, 陈彬, 王青, 董朝阳
2014, 40(11): 1595-1601. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0673
摘要:
针对存在未知气动参数的吸气式高超声速飞行器纵向运动控制问题,提出一种基于不变流形的自适应动态面控制方法.通过合理假设将高超声速飞行器纵向模型分解为弹道倾角回路和速度回路,分别实现对弹道倾角和速度参考指令的跟踪.弹道倾角回路被表达为严反馈形式进行控制器设计.采用基于不变流形的自适应方法实现了对未知参数的估计.所提出的自适应动态面控制方案能保证未知参数估计误差全局一致稳定和闭环系统全局有界稳定,且估计器和控制器设计不存在耦合,因此参数设计更加容易.仿真结果验证了该控制方法在参数估计方面的显著优势和良好的闭环系统性能.
Gaussian-Hermite矩旋转不变矩的构建
张朝鑫, 席平, 胡毕富
2014, 40(11): 1602-1608. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0677
摘要:
矩及矩的方程因其较强的表述图像特征的能力在图像处理与模式识别中有着广泛的应用,但目前基于具有正交性质的Gaussian-Hermite矩的研究还比较有限.针对Gaussian-Hermite矩进行深入的研究,将其推广到极坐标下复数空间中,提出Polar-Gaussian-Hermite矩;给出利用升降算符计算矩的方程的方法;并利用极坐标下复数空间中的优势,以及它们之间的一一对应关系,推导Gaussian-Hermite矩的旋转不变矩,并给出其旋转不变矩的独立与完备集.实验结果验证所提出的旋转不变矩的正确性,以及良好的数字稳健性.
基于非圆信号的单次快拍二维DOA新算法
李磊, 李国林, 马云鹏
2014, 40(11): 1609-1614. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0770
摘要:
针对双平行线阵相干信号二维波达方向(DOA,Direction of Arrival)快速估计问题,利用信号的非圆特性,提出了一种基于非圆信号的单次快拍数据的二维DOA算法.建立新的阵列坐标系,对阵列接收单次快拍数据进行共轭运算,通过数据重新链接得到伪快拍数据,阵列孔径扩展1倍.仅需要对3个伪单快拍矩阵的扩展矩阵进行一次奇异值分解即可实现二维DOA估计和解相干.该算法计算复杂度低,估计精度高,适用于对二维DOA估计实时性要求高的应用背景.计算机仿真结果验证了方法的有效性.
动力翼伞纵向四自由度动力学仿真
杨华, 宋磊, 王文剑, 黄俊
2014, 40(11): 1615-1622. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2014.0086
摘要:
在考虑载荷物和伞体相对运动的前提下,研究了动力翼伞纵向运动过程.将伞体和伞绳作为一个平面运动刚体,载荷物具有绕系挂点的摆动自由度,建立纵向四自由度动力学模型.求解翼伞从平飞至爬升状态推力阶跃操纵的动力学响应,由状态量的变化曲线得出动力操纵初期伞体失速倾覆的主要原因是迎角剧烈变化而超过失速边界.获得推力操纵值和推力增加速率所形成的操纵包线,当推力操纵幅度较小时,增加速率并无限制;当推力增加幅度较大时,增加速率的限制值随着增幅变大而减小.此外从能量角度计算了大动力快速操纵前后载荷物的机械能变化,并提出动力翼伞新的雀降操纵方式.计算表明该方法可以有效减少接地前后的能量,即可以减少接地后载荷物翻转对正面动力系统的冲击.
基于危险要素的危险分析技术
赵远, 焦健, 赵廷弟
2014, 40(11): 1623-1628. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2014.0124
摘要:
在系统初步设计阶段,针对初步危险分析过程中缺乏具体、明确的实施方法,提出了基于危险要素的危险分析技术.确定对象中的危险元素,对部件进行分类,结合不同类型部件各种可能的状态,考虑其对危险元素的影响,分析可能的触发机制并得出相关的威胁/对象,识别设计中的危险和薄弱环节.以飞机燃油系统为例,验证了该分析技术的实用性和有效性.在系统的初步方案设计阶段,该方法能够与设计方案相结合,全面分析可能存在的危险,为后续设计和危险分析提供工作侧重点,并适用于后续研制阶段的安全性分析工作.
压电网络板的振动控制原理与控制效果
易凯军, 李琳
2014, 40(11): 1629-1636. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0641
摘要:
在给出压电网络板机电耦合动力学方程的基础上对其进行求解,将压电网络板的响应表示为子模态压电系统响应的线性组合.通过分析压电网络板在脉冲激励下子模态压电系统的响应行为,揭示压电网络板可以通过两种途径控制自身振动.基于对传递函数的分析进一步得到子模态压电系统的最优电学参数;在此基础上研究了针对某一阶子模态压电系统设计最优电学参数时,各阶子模态压电系统的响应行为以及压电网络板的多模态控制效果.研究结果表明,压电网络板具有多模态控制效果,特别地,当对板的某一阶次的振动控制具有较高要求时,通过对最优电学参数进行设计,电感电阻并联型压电网络板可满足要求.
夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子求解
曹淑森, 贺小帆, 杨博霄, 刘文珽
2014, 40(11): 1637-1642. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0717
摘要:
为了进行试验室条件下表面裂纹扩展行为研究,需要进行试验机夹持边界条件下的表面裂纹应力强度因子求解.通过对夹持特点的分析,将其等效为均匀拉伸和弯矩的共同作用,并使得试件端部转角为0°.以自由均匀拉伸和纯弯载荷作用下表面裂纹应力强度因子解的Newman-Raju公式为基础,计算得到了等效模型弹性位能表达式,应用卡氏第一定理求得了弯矩与拉伸载荷的关系,采用叠加原理得到了夹持边界条件下表面裂纹应力强度因子解.为了验证解的适用性,采用Abaqus软件计算得到夹持边界条件下若干典型表面裂纹的应力强度因子数值解,对比表明了提出的应力强度因子解法是足够精确的.随后探讨了裂纹形状、试件长厚比等对夹持边界条件下应力强度因子修正因子的影响规律.
常见问答