北京航空航天大学学报

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温建华, 朱自强, 吴宗成, 陈泽民

2008, 34(02): 127-130.

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对典型的大展弦比和中等展弦比机翼在0.7~0.9马赫数区间进行了串行和并行计算的数值校验,证实了以N-S (Navier-Stokes)方程为主控方程的串行和并行流场求解器的正确性,并讨论了并行效率和加速比.结合Powell算法,讨论了在确定的机翼平面形状和翼型的条件下,以升阻比最大为目标的三维机翼截面翼型最大厚度与扭角的优化设计.算例结果表明,厚度的非线性分布和负的扭角会改善机翼流场的流动状态,使机翼的升阻比得到提高,优化设计方法是可行的.

泵阀协调控制电动静液作动器方案分析

齐海涛, 付永领, 王占林

2008, 34(02): 131-134.

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针对典型的EHA (Electro-Hydrostatic Actuator)系统存在的频响较低的问题,为了兼顾作动系统的效率和频响,将控制阀引入了EHA系统,提出了3种泵阀协调控制的EHA方案,分别是:采用EHSV(Electro-Hydraulic Servo Valve)的EHA系统,采用DDV(Direct Drive Valve)的EHA系统以及采用TPCV(Total Pressure Control Valve)的EHA系统.阐述了这3种方案的系统组成及工作原理,采用AMESim对这3种方案及典型的EHA进行了仿真对比分析.从仿真结果可以看出:泵阀协调控制的EHA系统可以大大提高系统的频响,同时还具有较高的效率.作为3种过渡方案,将对目前机载电动静液作动系统的研制具有实际指导意义.

多层次法防空导弹弹道优化设计

姜欢, 周浩, 陈万春, 杨宝奎

2008, 34(02): 135-139.

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摘要:
为了使导弹优化的弹道更有效地杀伤目标,采用多层次法来设计防空导弹中制导段弹道.整个模型分为3层,第1层是导弹中制导段弹道,第2层是导弹末制导段,第3层是战斗部毁伤目标.第1层弹道限定中末段交班点处的弹道倾角进行优化.交班点弹道倾角作为联系第1、2层的全局变量,随它变化而产生一系列的优化弹道.第2层是导弹自寻的模型,通过Monte-Carlo仿真得到脱靶量分布的数学期望和标准差,这是联系第2、3层的全局变量.第3层由脱靶量的分布计算杀伤概率,最大杀伤概率对应的第1层弹道就是系统的最优解.多层次法表明了中制导段弹道优化设计和最终导弹杀伤概率之间的关系,使得杀伤概率这一效能指标能够作为中制导段弹道优化的指标.最后进行了拦截高空高速巡航目标和低空低速巡航目标的算例计算.

H.264中多模式运动估计算法优化

张嘉毅, 罗喜伶, 黄智刚

2008, 34(02): 140-143.

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针对H.264标准的多模式运动估计算法编码模式复杂、计算量大的不足,通过对H.264参考模型JM10中运动估计算法的分析,提出了一种利用时间、空间相关性的模式选择算法和结合一维绝对差值和(SAD,Sum of Absolute Difference)的高效匹配准则,将串行全搜索的运动估计算法改进为并行部分搜索的运动估计算法,把一维SAD和二维SAD匹配准则结合使用,从模式选择和编码速度两个方面对原算法进行优化.实验结果表明:与参考模型JM10的运动估计算法相比,提出的优化算法在恢复质量(用峰值信噪比表征)平均下降0.03 dB、码速率增加不超过1.5%的前提下,编码速率提高20%~30%,表明了该算法在恢复质量略有下降的情况下明显提高了编码速度.

一种星载SAR模糊区回波信号仿真方法

宋曦, 周荫清, 陈杰, 李春升

2008, 34(02): 144-147.

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模糊度是星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)星地一体化系统方案设计中的重要技术指标.为了定量化研究模糊度对图像质量的影响,提出了一种星载SAR模糊区回波信号的仿真方法.该方法采用星载SAR模糊区回波信号模型.利用该方法生成包含观测区场景和模糊区场景的星载SAR回波信号,经成像处理后可以获得具有模糊特性的SAR图像.该仿真方法为定量化研究模糊度与图像质量之间的关系提供仿真工具,它能够反映模糊区目标的图形特征,为SAR图像的解译判读提供参考依据.计算机仿真结果验证了该方法的有效性.

基于潜在兴趣语义描述的门户个性化兴趣建模

吴晶, 曾骁, 陈真勇, 熊璋

2008, 34(02): 148-152.

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日益丰富的门户个性化服务为兴趣建模提出了在描述以及扩展方面更高的要求.提出一种基于潜在兴趣语义描述的门户个性化兴趣模型(PIM-LISD,Personalization Interest Model based on Latent Interest Semantic Description),遵循有限混合模型理论,融入了隐式获取的门户个性化兴趣语义以及潜在兴趣语义关联描述.通过合理选取不同先验分布来适配潜在兴趣语义的后验分布,完善了模型的可解释性和自适应能力,并在建模过程中利用优化的期望最大化(TEM,Tempered Expectation Maximization)算法进行参数估计.实验表明该方法不仅有效节省建模开销,而且能够提升预测精度,从而验证了其正确性和有效性.

基于PIDNN控制的飞行模拟器人感系统

董伟杰, 刘长华, 宋华

2008, 34(02): 153-157.

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针对飞行模拟器人感系统的高度非线性和易受干扰性,提出一种基于PIDNN(Proportional Integral Differential Neural Network)的控制方案.首先对飞行模拟器人感系统的模型进行分析研究,对它所受到的外界干扰作理论分析,整理出系统的数学模型,再利用PIDNN控制器优良的在线训练、学习和调整功能对该模型进行仿真控制.与传统PID(Proportional Integral Differential)控制器相比,PIDNN结构简单、自适应性强、收敛速度快、不会陷入局部极小.仿真结果表明:PIDNN控制系统响应速度快、稳态精度高、具有良好的动静态特性和鲁棒性,满足实时控制的要求.

V形尾缘喷管流场与红外特性的数值模拟

黄宏艳, 王强

2008, 34(02): 158-161.

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采用有限体积QUICK格式和重整化群(RNG) k-ε 湍流模型,并结合壁面函数,同时利用离散坐标法DOM(Discrete Ordinates Method)计算热辐射,以灰气体加权模型WSGGM(Weighted-Sum-of-Gray-Gases Model)确定气体介质的辐射性质,求解N-S方程、固壁中的热传导方程、考虑吸收-发射性气体介质的辐射传输方程.采用此耦合计算模型对V形尾缘的收敛喷管进行了数值模拟,计算所得数据与试验吻合良好.在此基础上,对有/无V形尾缘收-扩喷管的内外流场与红外特性开展了数值模拟.结果表明:V形尾缘在尾喷流的剪切层中产生了强烈的流向涡,促进了内外流的强化混合,明显缩减了喷管出口附近喷流的红外辐射.

基于DSI插值的三角网格质量优化

刘瑞刚, 程丹, 杨钦, 龙翔

2008, 34(02): 162-166.

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摘要:
通过对三角网格的单元顶点进行几何位置调整,提高了网格的质量,实现了网格的质量优化.几何位置调整是使用离散点光滑插值(DSI,Discrete Smooth Interpolation)实现的,针对在计算时影响质量优化的邻接边界的单元顶点,采用了在边界处补偿三角形的方法,消除了单元收缩,提高了网格的质量.与加权拉普拉斯算法进行了比较和分析,优于拉普拉斯算法;为了使三角网格在位置调整时保持原始网格的几何细节特征,在插值算法中施加了控制点约束.最后使用算例对算法进行了验证.

区域覆盖特殊椭圆轨道星座优化设计

蒙波, 韩潮, 黄卫俊

2008, 34(02): 167-170.

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分析了椭圆轨道的优良特性,它可集中覆盖地面上某一指定纬度带或区域.阐述了临界倾角太阳同步回归轨道这种特殊椭圆轨道的设计方法,总结了其轨道要素的计算步骤.探讨了临界倾角太阳同步回归轨道星座的设计思路,指出了影响星座对目标覆盖性能的关键参数是各个卫星通过目标上空的时刻.介绍了用遗传算法进行星座优化设计的数学模型,利用遗传算法进行了优化设计.讨论了优化结果的统计规律,符合该规律的星座就是本文所研究的特殊椭圆轨道星座,星座性能分析结果表明这种星座适用于区域覆盖.

模拟可压缩流的高分辨率有限元法

杨中洲, 李椿萱

2008, 34(02): 171-174.

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采用经典的Galerkin方法对N-S方程进行空间离散,再以该半离散格式作为基本格式,参照Kuzmin的思想加入耗散与反耗散项,使所构造的格式具有局部极值不增(LED,Local Extremum Diminishing)性质.对上述半离散格式进行时间离散后所导出的稀疏线性代数方程组,采用了GMRES(Generalized Minimal Residual)迭代法进行求解.为验证所建立的格式及相应的程序,给出了激波管问题和绕圆柱与双椭球超声速流动问题的数值模拟结果.

结构静力响应区间的一种计算方法及工程应用

夏育颖, 邱志平

2008, 34(02): 175-178.

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针对实际工程中广泛存在的物理或几何上的不确定性,提出一种有界不确定性结构静力响应上下确界的有效计算方法,将线形区间方程组转化为两个标准的线性规划问题求解,并给出数学证明.编写与大型有限元软件ANSYS的接口程序和区间运算程序,使区间运算方法和工程有限元软件结合并推广到实际工程领域.以某大跨钢结构建筑为例,对其静力响应区间进行估计.结果表明,该方法可给出与Deif方法一致的精确结果且计算量较之Deif方法大幅降低.基于此算法对ANSYS进行二次开发的接口程序和区间运算程序,可直接用于含有界不确定性参数的实际工程问题中.

NGG中异构数据的集成与协同工作

郭皓明, 郝国舜

2008, 34(02): 179-182.

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在国家地质调查应用网格环境中,数据集成除了实现异构数据源中数据检索,还应满足异构数据管理系统之间数据约束关系维护与协同工作的需求.针对这一需求,提出一种基于面向服务的体系结构(SOA,Service Oriented Architecture)的数据集成机制.将虚拟化的局部数据信息与全局统一的抽象数据视图相结合,形成层次化数据信息组织模型;通过该模型,维护异构数据之间的约束依赖关系,利用数据管理系统触发器与网络服务,满足数据管理系统的协同工作需求.基于研究成果的数据集成中间件NGG-DBMs(National Geology Grid-Data Base Management system)系统平稳运行于国家地质调查应用网格环境中.

利用月面链路的月球车定位体制

李雪, 徐勇, 王策, 张其善

2008, 34(02): 183-187.

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提出一种利用月面月球车-着陆器UHF(Ultra High Frequency)近程通信链路的高精度测距、测角的新方法,实现月球车的精密定位.该体制采用直序扩频和CCSDS(Consultative Committee for Space Date Systems) Proximity-1协议实现月球车-着陆器之间的数据交互,利用双向异步传输帧非相干扩频测距方法实现精密测距,利用着陆器双天线形成短基线实现对月球车方位角的精密测量.讨论了用于测距的CCSDS Proximity-1协议帧结构、双向异步传输帧测距原理、方位角的载波相位差分干涉测量原理,以及建立月面着陆参考系并给出月球车精确定位的方法.研究表明,所提出的方法功能集成度高、信道资源利用率高、设备简单、性能指标满足月球探测二期月球车的月面定位、通信任务需求.

降落伞开伞过程的多结点模型仿真

潘星, 曹义华

2008, 34(02): 188-192.

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根据降落伞的结构和力学特征,在轴对称假设下创建了伞衣及回收物系统的多结点结构模型.通过考虑应力,重力和气动力的作用效果,建立了用于无气流攻角平面圆形降落伞充气模拟的多结点结构模型动力学方程组.对开伞过程中的流场变化引入准定常假设,利用simple算法数值模拟求解RNG(Renormalization Group)k-ε湍流模型下的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程以获得选定时刻的伞衣表面压力分布.结合多结点模型动力学方程组的解算代码和计算流体力学程序,采用流固耦合的方法对选定的平面圆形降落伞模型的开伞过程进行了动态仿真,得到了开伞过程中降落伞外形和特性的变化.通过结果分析和比较,证明了多结点模型的可行性,发展出了一种用于降落伞流固耦合计算的新方法.

基于遗传模糊聚类的机群编队最优分配方法

熊伟, 丁全心, 陈宗基, 周锐

2008, 34(02): 193-196.

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针对当前机群的编队分配存在效率低、编队分配结果不可靠、智能性差等问题,提出了一种新的结合遗传算法和模糊聚类算法的机群编队最优分配方法.该混合算法通过模糊聚类算法解决了机群的编队分配不确定性问题,并且通过对传统遗传操作算子的改进,采用改进的遗传算法有效地克服了模糊聚类算法容易陷入局部极小值和对初始条件敏感的缺点,使机群的编队分配能快速收敛至全局最优解.3组不同分布类型的机群编队分配算例结果表明,该混合算法具有较好的通用性、有效性和智能性,适用于机群的编队最优分配.

来流局部干扰对三角翼气动特性的影响

左林玄, 王晋军, 刘洋

2008, 34(02): 197-201.

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通过在三角翼上游加入干扰圆柱的风洞实验方法,研究了来流干扰对微小型飞行器MAV(Micro Air Vehicle)气动特性的影响.结果表明,在刚性和弹性三角翼顶点上游加入圆柱干扰时,两者均出现缓失速,刚性翼产生缓失速与干扰圆柱尾流关系密切,弹性翼的缓失速不仅与此有关,还与弹性翼的振动有关.无干扰或在机翼顶点加入干扰时,在攻角为4°~18°内弹性翼的升力系数比刚性翼的要大,但升阻比相对要小.由于弹性翼的振动与机翼绕流结构、气动力之间的耦合,弹性翼顶点与翼尖振动的主频随着攻角增大呈规律性的变化,失速攻角附近翼尖的振动主频是其涡脱落频率.

基于星间测量的卫星星座自主导航算法

陈培, 韩潮

2008, 34(02): 202-205.

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自主导航能力是新一代导航星座的重要特性,利用卫星星间相对测量实现星座自主导航,是实现导航星座自主运行的基础.基于相对测量的导航卫星自主导航问题,将导致测量方程和状态方程的高度非线性,对导航算法提出了新的要求.在总结前人工作的基础上,提出了一种星载导航算法方案:利用三颗卫星之间的相对矢量在惯性空间的投影作为测量量,利用高精度星载轨道预报器作为系统的状态方程,使用SRUKF(Square Root Unscented Kalman Filter)滤波算法同时对三颗卫星的位置进行估计.仿真结果表明,该方案具有可行性,并且当轨道预报器的精度较高时有可能在100d内实现5m的导航精度.

流体驱动高速机构中缓冲装置的优化设计

陈卫卫, 孙凌玉, 张广越, 李飞

2008, 34(02): 206-209.

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摘要:
受流体驱动高速运动的机构,受阻后突然停止将导致零件变形甚至断裂.为得到缓冲结构的最佳方案,运用正交试验法从27种设计方案中确定了9个试验样本,并通过流固耦合与非线性有限元法对其高速运动与冲击过程进行了仿真分析.在此基础上,应用改进的BP(Error Back-Propagation)网络训练得到吸能结构参数与零件应变能的非线性映射关系.通过优化,得到了最佳方案,明显提高了方案优选效率.

飞控系统性能与可靠性一体化设计技术

陈云霞, 曾声奎, 晋严尊

2008, 34(02): 210-214.

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通过分析性能与可靠性一体化设计国内外相关研究工作的研究成果与不足,提出了性能与可靠性一体化设计(IDPaR,Integrating Design for Performance and Reliability)的研究思路.从产品发生故障的内、外因角度建立了性能与可靠性一体化设计综合模型,提出了性能可靠度的定义和计算方法.并针对典型飞控系统,给出了各类内外影响因素的具体建模方法,总结提出了性能与可靠性一体化设计算法流程和分析方法.最后以某型导弹为案例,进行性能与可靠性一体化设计技术的应用验证.

松质骨微观骨小梁结构的生物力学综合分析

裴葆青, 王田苗, 王军强

2008, 34(02): 215-218.

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摘要:
股骨松质骨具有骨小梁的微观结构特性,影响了股骨的整体力学性能,找到适当的单元形状与骨小梁分布特点可以有效地进行股骨生物力学特性分析．采用不同结构的微观骨小梁单元模型分析各单元的生物力学特性,并采用快速成形样件力学实验和有限元分析相结合的方法,对由不同骨小梁单元及不同分布形式构成的股骨模型进行生物力学分析,找到了较好的微观骨小梁单元模型及总体布局形式,获得了快速成形样件实验分析与有限元分析2种结果的综合分析,并应用于股骨松质骨建模．所获得的微观单元优化结构可以有效地应用于仿生结构材料的制造．

硅溶胶在镁合金阳极氧化反应中的成膜作用

李一泓, 朱立群, 刘慧丛, 陈贻炽

2008, 34(02): 219-223.

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摘要:
采用溶胶化学与电化学相结合的新型表面处理方法——将自制的硅溶胶添加到电解质溶液中进行阳极氧化.以AZ91D镁合金及镁锂合金为研究基材,研究体系分别为硅酸钠和氢氧化钠溶液,通过对不同溶胶添加量下的溶液电导率、反应击穿电压、氧化膜层厚度及微观形貌、膜层表面成分及XRD结果分析,来探讨溶胶粒子在成膜过程中的作用.结果表明:溶胶粒子的加入增大了阳极表面的电阻,使得反应的击穿电压升高,从而导致了膜层厚度增加;同时硅溶胶粒子参与了阳极氧化反应,其在高温高压的条件下与MgO生成了Mg₂SiO₄.

直线电机气浮精密定位平台设计与控制

张从鹏, 刘强

2008, 34(02): 224-228.

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摘要:
为了掌握光刻机工件台的设计和控制技术,建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法、双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究.利用有限元计算方法分析设计了气浮导轨,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度.实验结果表明:气浮导轨具有较高的承载能力和刚度, X和Y 导轨的竖直方向静刚度为276.9N/μm和333.3N/μm.H型工作台的双边直线电机需要高精度的同步运动控制,传统的串、并联同步控制不能满足精度要求,设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应整定.实验表明:采用改进的控制器将速度同步精度提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制.H直线电机气浮定位平台具有承载能力强(40kg)、精度高(<2μm)的优点,可用于精密工程领域.

基于 (w,z) 参数化的微小卫星喷气欠驱动控制

刘海颖, 王惠南, 陈志明

2008, 34(02): 229-233.

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摘要:
针对欠驱动微小卫星的姿态稳定问题,提出了基于( w,z )参数化的稳定控制方案.( w,z )参数化是一种新的姿态描述方法,它通过两次垂直的旋转来表示卫星的姿态,补充了一次旋转的四元数法和三次旋转的欧拉角法等姿态描述的完整性.采用( w,z )参数化法建立了微小卫星的运动学和动力学模型,并设计了旋转轴稳定、角速率稳定以及姿态稳定等控制律,应用于非对称欠驱动卫星的稳定控制.以采用PWM(Pulse Width Modulation)技术的微型喷气系统作为执行机构进行欠驱动控制的仿真实验,表明了所提出控制方法的有效性.

基于元胞传输模型的实时交通信息设计

尚华艳, 黄海军, 高自友

2008, 34(02): 234-238.

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摘要:
随着智能交通技术的发展,可变信息标志(VMS,Variable Message Signs)被广泛应用于动态交通管理中.元胞传输模型(CTM,Cell Transmission Model)可以很好地模拟交通流激波、排队形成与消散等交通流动力学特性.提出一种新的基于CTM的路径行驶时间计算方法,并使用LOGIT原则计算路径选择概率,针对重复性拥挤和非重复性拥挤2种交通状况,分析了VMS对交通流的影响.数值模拟结果表明,理论模型能够合理反映现实的交通状况:发生重复性拥挤时,VMS能够合理疏导人们的出行,减缓交通拥挤;而发生非重复性拥挤时,VMS对高需求和低需求情形下的交通流影响相似,但在高需求情形下,路径选择对模型参数的敏感区很小.

航空结构件加工变形仿真关键技术

张洪伟, 张以都, 赵晓慈, 吴琼

2008, 34(02): 239-243.

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摘要:
对航空结构件铣削加工变形仿真的关键技术进行了深入研究.编制残余应力施加通用程序,建立包含有初始残余应力的加工变形有限元预测模型;由于铣削加工,毛坯体变为薄壁工件,在进行有限元仿真过程中,提出体-壳单元与实体单元的混合单元建模方法,以提高计算效率及便于后续研究;针对工件与工作台单面约束的接触作用及其它工程中的类似单面约束问题,提出将工件视为弹性体,工作台视为刚性体,转化为接触方式进行纯压缩边界条件的模拟,对某典型工件进行了有限元仿真并与模态试验结果对比,验证了其有效性和准确性;基于生死单元技术进行材料去除模拟.通过上述关键技术的理论研究及应用,实现了航空结构件加工变形过程的有限元仿真.

考虑容错的平面二自由度过驱动机构力矩分配

闫彩霞, 何广平, 陆震

2008, 34(02): 244-248.

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摘要:
针对过驱动机器人的故障驱动器数目不多于驱动冗余个数的情况,探讨如何进行故障前后的驱动力矩分配以保证机构具有容错能力.以平面二自由度过驱动并联机器人为研究对象,基于达朗伯原理和等效力方法建立其动力学模型,在此基础上分析了部分驱动器故障后机构的动力学方程,并进一步推导故障后容错力矩再分配方法.为减小故障后驱动力矩瞬时突变对机器人末端操作的影响,提出以故障前后的力矩差值平方和最小作为优化目标来进行过驱动机构力矩分配的方法.通过数据计算比较了采用传统方法和优化方法的各关节驱动力矩的突变量之和,结果表明所提出的优化力矩分配方法可以改善容错性能.

基于ADAMS/View的6×6越野车前独立悬架参数化设计与分析

姜立标, 倪强

2008, 34(02): 249-252.

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摘要:
采用ADAMS/View提供的参数化建模及参数化分析方法,对6×6越野汽车前独立悬架进行了参数化设计,并对悬架主要的几何参数进行了分析,得出了较好的分析仿真结果.整个过程首先根据整车设计条件确定悬架的尺寸参数和车轮的定位参数,然后利用ADAMS/View建立悬架的虚拟样机模型,最后对所建立的模型进行设计研究(design study)和试验设计DOE(Design of Experiments).通过分析得出随下摆臂的长度值增大和下摆臂的安装倾角的减小,车轮侧向滑移量有大幅减小的趋势.因此选择下摆臂的长度值及其安装倾角为设计变量,以车轮侧向滑移量为设计对象,在ADAMS/Insight中进行了参数优选,得出的仿真结果能够满足设计要求.该方法提高了悬架的设计速度与质量,可为今后设计高性能的悬架系统提供借鉴.