北京航空航天大学学报

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付永领, 汪明霞, 纪友哲

2010, 36(5): 505-508.

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摘要:
航空泵加速寿命试验具有试验时间较长及功率消耗多的特点，针对这类问题，提出了采用基于功率回收原理的机械补偿功率回收方法来节约能源；研究了试验系统实现功率回收必须满足的流量匹配条件；从理论上推导了功率回收率的计算公式；分析了影响系统功率回收率的因素.通过试验方法，验证了不同的工况下功率回收率的影响因素，并且分析了功率回收率的实际值与某工况下的理论计算值存在差距的原因.研究结果表明：该类功率回收方法显著降低了加速寿命试验过程中的功率损耗，具有显著的节能效果.

反转轴间气膜密封动特性分析

2010, 36(5): 509-512.

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摘要:
用有限元法计算了双端面期末密封两端面的气膜刚度和阻尼，分析了密封跑道质量和主密封环质量对气膜刚度和阻尼的影响，并对瞬态扰动力作用下前密封跑道和主密封环的振动过程进行了讨论.结果表明:膜厚对气膜刚度和阻尼影响较大，在膜厚小于5μm下尤为明显；系统的自由振动频率主要由前密封跑道质量决定，主密封环质量对自由振动频率影响较小；同一密封跑道质量对应的不同环道质量比对系统振动的收敛时间影响不大.

基于运动灵活性的蟑螂机器人机构参数优化

2010, 36(5): 513-517.

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摘要:
从仿生蟑螂机器人机构特点出发，基于运动灵活性，选择椭圆形身体布局，分别以单腿工作空间和整机雅克比矩阵的条件数倒数作为灵巧度指标，在兼顾运动灵活性和可靠性的基础上，对机器人机构参数进行优化配置，选择了最优的杆长比例.利用分析得出的优化尺寸建立ADAMS参数化仿真模型进行实验研究，仿真结果与理论分析相吻合，验证了优化配置的可行性和正确性，为样机的研制和机器人的驱动及控制等进一步研究奠定了基础，也为其他六足机器人的开发提供了参考.

基于神经网络和遗传算法的公差优化设计

2010, 36(5): 518-523.

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针对产品制造中公差与成本之间高度非线性关系的特点，提出了一种综合神经网络与遗传算法进行公差优化的方法，该方法利用遗传算法在大范围解空间内采用概率搜索策略得到全局最优解且有较强鲁棒性的特点，以及神经网络解决高度非线性问题的优越性，首先利用神经网络对公差成本进行仿真，得到具有黑箱特点的公差成本函数关系;然后在公差分配中采用遗传算法，以总成本最小为目标函数，以满足装配公差要求和符合标准公差等级为约束条件进行优化;同时基于VC和Matlab开发了公差优化系统，以飞机舱门锁钩机构为对象进行了验证，并针对不同的公差成本及分配方法进行了对比.结果表明:采用神经网络与遗传算法综合分配的结果与传统方法相比具有较大的优越性.

乏信息材料布氏硬度测量误差的灰自助预报

2010, 36(5): 524-528.

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乏信息材料布氏硬度测量误差的预报是硬度计量领域的新兴课题，有别于传统的统计学理论，综合灰色系统理论和自助法的理论知识，提出一种实现乏信息材料布氏硬度测量误差预报新方法.对小样本空间的材料布氏硬度测量数据中各误差源影响进行标定，计算各误差源对测量结果的误差传递系数，并对各误差源数据序列进行自助法抽样，通过灰自助融合建模获得误差源标定预测值；按照误差合成的方法实现乏信息材料布氏硬度测量误差的灰自助预报.通过具体的实例进行计算，所得的预报结果与采用标准硬度机所得测量结果一致，验证了乏信息材料布氏硬度测量误差灰自助预报新方法.

旋转状态气膜冷却的大涡模拟

2010, 36(5): 529-533.

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用大涡模拟的方法考察了静止和旋转状态下有直径4mm,35°流向倾斜圆柱孔的平板上气膜冷却的流动和换热，将静止状态预测的速度型与实验数据进行对比验证了计算结果的合理性.在固定吹风比为0.5、冷气进口雷诺数为2588的情况下，静止和旋转状态的涡量分布出现明显差异，且旋转状态射流与主流相互作用的剪切层沿展向偏离气膜孔的几何中心线，使得原有对转涡对不再关于孔中心线对称分布，漩涡识别技术也发现典型的涡结构受旋转影响发生形态和运动规律的改变，进而影响湍流结构对主流和冷气掺混的作用.

多星测控调度的遗传算法分析

2010, 36(5): 534-539.

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针对多星过站冲突问题，以工程需求为导引，建立了多星测控调度模型，并采用遗传算法对其进行求解.从全局和局部搜索两种策略入手，以可用可见弧段为对象，设计了“全弧段”编码和基于协同进化的编码两种编码方式，给出了对应算法的实现流程和遗传操作算子，对两种编码方式的求解效率进行了分析.通过仿真对两种编码的求解质量与时间开销性能作了验证，由此得出了两种编码和对应搜索策略的适用范围.据此开发的系统已成功应用于航天顶层设计的辅助决策.

飞机装配数控柔性多点工装技术及应用

2010, 36(5): 540-544.

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型架是飞机装配的重要工艺装备，为了改变传统飞机装配中一个壁板组件对应一个刚性型架的“一对一”装配模式，减少工装数量，实现数字化柔性装配，提出了一种“卡板定位支点可重构”的数控柔性多点型架的新方法.详细介绍了其基本原理及设计关键技术，利用现场总线技术实现了卡板定位支点的数控调形重构，基于CATIA软件二次开发技术开发了调形计算软件，实现了数控柔性多点型架应用过程中调形数据的全数字量传递.应用表明数控型架运行稳定、可靠，满足精度要求，实现了飞机装配工装的数字化和柔性化，对飞机数字化装配柔性工装技术的研究具有重要意义.

异构多无人机协同目标跟踪分散化最优控制

2010, 36(5): 545-549.

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针对主被动传感器协同目标跟踪需要，考虑到可扩展性、异构性和动态可重构性等特点，建立了适于不同测量类型和不同测量维数的异构多传感器分散化信息融合算法.以极大化信息融合所得到的信息熵及无人机（UAV，Unmanned Aerial Vehicles）观测信息质量为效能函数，建立了异构多UAV协同目标跟踪的分散化最优控制代价函数以及通信、防撞和控制等约束模型.实现了多UAV协同目标跟踪的分散化模型预测控制，并分析了通讯噪声等因素对分散化信息融合和协同控制的影响.

载人火星探测飞行方案

2010, 36(5): 550-554.

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对世界各国载人火星探测的研究情况进行了简要综述，研究了国内外有关载人火星探测飞行方案，提出了载人火星探测方案确定的原则和方案基本思想.给出了一种载人火星探测飞行方案的总体设计，包括飞行轨道方案和载人火星飞船方案等.尤其对轨道设计的重要的两个参数——速度增量和飞行时间进行了详细计算.最后给出了飞行轨道选择、火星飞船从地球到火星和从火星返回地球等的轨道方案和火星飞船各组成部分方案的详细设计结果.

基于Kriging算法的手术导航三维形变技术

2010, 36(5): 555-559.

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针对计算机辅助手术三维导航技术中无法利用术前CT重建模型进行病人个体化手术的问题，提出一种基于克里金（Kriging）算法的三维骨骼形变（bone morphing）技术.利用术中采集和医学图像模型的两片点云进行配准，在CT重建模型上选取4个合适的控制点，通过求解Kriging算法建立的方程组，获得CT重建模型上所有点相对于实际病例变形后的位置，实现医学图像模型向个体化的变形.最后，以人体股骨CT模型和塑料模型为对象进行了形变的精度分析和关节手术导航评估实验.结果表明:这种形变方法简单可靠，可以用于前交叉韧带（ACL，Anterior Cruciate Ligament）重建手术的导航评估.

气动执行器与电动执行器的运行能耗分析

2010, 36(5): 560-563.

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分析了气动执行器和电动执行器能量消耗过程，建立了气动执行器运行能耗计算模型，搭建了气动执行器和电动执行器的运行能耗实验系统.通过实验数据分析，得出两种执行器运行能耗的结论：①在长时间保持负载或作动不频繁的工况下，气动执行器比电动执行器更节能，在频繁作动的工况下，电动执行器比气动执行器更节能；②在各种工况下，气动执行器的运行功率波动不大，电动执行器的运行功率波动较大.

完全互补序列在MIMO雷达中的应用

2010, 36(5): 564-569.

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多输入多输出（MIMO，MultipleInput Multiple Output）雷达系统采用多天线方式，利用发射信号之间的正交性提高系统性能，但传统的单码序列之间不能满足完全正交（自相关和互相关旁瓣全为0）的特性，影响了系统性能.针对上述问题，结合完全互补序列的特点，推导了完全互补序列模糊函数的数学表达式，进行了相应的计算机仿真，仿真结果充分验证了模糊函数的有效性；并对基于完全互补序列的雷达速度分辨率进行了分析.另外，研究了完全互补序列在MIMO雷达中的应用问题，并建立基于完全互补序列的MIMO雷达信号模型，结果表明:完全互补序列在MIMO雷达中具有很好的应用前景，同时验证了完全互补序列在MIMO雷达应用中的合理性和正确性.

基于比例危险-比例优势模型的加速寿命试验设计

2010, 36(5): 570-575.

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将基于信息的优化方法引入基于非参数模型的加速寿命试验优化设计中，针对恒定应力和步进应力两种应力加载方式，分别给出了基于比例危险-比例优势模型的试验优化设计方法.通过对数似然函数建立Fisher信息矩阵和方差-协方差矩阵，并采用基于信息的优化方法建立最优化问题.这种试验优化设计方法可以有效地提高模型参数评估精度，并且避免了传统的优化方法（即将一个与可靠性相关的函数的渐进方差在一个给定区间内的积分值作为优化目标）当目标函数中给定的积分区间变化时将得到不同优化结果的局限.最后给出了应用该方法进行加速寿命试验优化设计的仿真实例.

基于决策级数据融合的可靠性综合验证方法

2010, 36(5): 576-579.

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可靠性验证试验是检验产品的可靠性水平是否达到要求而进行的试验，是一项重要的可靠性活动.价格昂贵或者可靠性水平较高的设备，按照经典的抽样方案进行试验，时间和费用几乎是不能承受的.为了解决上述实际问题，针对成功率的抽样检验方案，利用证据理论方法，研究了基于研制试验数据、可靠性评估结果和专家信息的基本可信度分配函数的构建方法，并给出了基于决策级数据融合的可靠性综合验证试验模型.同时，对可靠性综合验证模型的性质进行了讨论，确定了可靠性综合验证试验方案的存在性，并提出了方案的选取原则.模型可以广泛地利用研制信息，并可以统一给出基于不同分布类型和不同信息的可靠性综合验证试验方案.通过示例表明该方法可以利用各种研制信息，达到减少可靠性验证试验样本的目的.

提高光纤陀螺开机零偏稳定性的调制方法

2010, 36(5): 580-583.

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针对光纤陀螺在开机启动时零偏不稳定的问题，从机理上分析了2π电压初始对准及前向增益变化对零偏的影响.提出了一种新的组合调制方法，通过4种状态的调制、解调，实现了对Y波导2π电压的快速调整，有效缩短2π电压在陀螺开机时的初始对准时间，由5min缩短至1s，克服了目前方波调制的缺陷.经频域分析和实验验证，该组合调制方法还可以抑制由调制引起的交叉干扰，能够有效抑制前向增益变化对陀螺零偏的影响，从而使前向增益变化导致的陀螺开机零偏变化由0.03(°)/h减小至0.01(°)/h.

数字电视接收机同步时间估测方法

2010, 36(5): 584-587.

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数字电视接收机同步时间是数字电视服务质量的一项重要指标，但同步时间在现有设备条件下不能直接测量得到.为此使用误码测试仪和脉冲噪声源设备，通过多次测试脉冲噪声造成的误码秒的个数，计算得出数字电视接收机同步时间.由于采用随机时刻触发的方式，修正了原方法中与起始时刻相关的局限性；由于对脉冲噪声的长度没有限制，可用于测试更长交织时间的系统的同步时间；测量精度达到0.1 s，与直接测量方法相比提高一个数量级.此方法经过数学推导验证，并通过数字电视地面广播标准接收机的实测数据讨论了测量参数对同步时间的影响.

非线性油膜力作用下转子弯扭耦合振动特性研究

2010, 36(5): 588-591.

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摘要:
建立了非线性油膜力作用下转子轴承系统弯扭耦合振动的数学模型.采用Rugge-Kutta数值积分方法计算模拟了转子升速过程中弯曲振动和扭转振动的不平衡响应，得到了转子弯曲振动的三维谱图和分岔图.分析发现，转子的弯曲振动会发生倍周期和概周期等复杂的非线性动力学行为.通过与不考虑弯扭耦合作用的系统特性进行比较，指出在转子弯曲振动临界转速附近，弯扭耦合作用对转子弯曲振动特性影响最大.数值分析揭示了扭转振动随转速升高，振幅基本保持不变，频率减小，有助于更深入地认识转子轴承系统的弯扭耦合振动特性.

加热器喷管热-流耦合传热分析

2010, 36(5): 592-595.

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针对加热器喷管中复杂的气、固、液多相流动传热问题，建立了三维热流耦合换热计算模型，分别对燃气、冷却剂和喷管室壁建立不同的控制方程，将辐射热量作为源项加入到方程中，进行流动和传热的耦合计算.采用此方法对美国AEDC（Arnold Engineering Development Center）喷管的流动传热过程进行了计算，数值计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上对某超燃冲压发动机试验台水冷式加热器喷管的换热问题进行了三维数值模拟，并定量分析了辐射换热对加热器喷管壁面温度分布的影响.结果表明：冷却水流量取2.0 kg/s时，加热器喷管气壁最高温度为660 K，膜温度为430 K，加热器能可靠冷却，其热效率满足试验要求，对于含有H₂O和CO₂这样的高温燃气，辐射热量对喷管壁面温度分布有较大影响，必须引入到温度场的求解之中.

鸭翼/边条对融合体型机身大攻角气动特性影响

2010, 36(5): 596-600.

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摘要:
通过对融合体型机身进行表面测压和PIV（Particle Image Velocimetry）流动显示实验，研究了大攻角下鸭翼/边条对机身气动特性的影响规律．结果表明：加装鸭翼后攻角小于50°时机头区流动变化不大，超过50°攻角后，机头区法向力显著下降，并且随着攻角增加受影响区域向头部方向扩大；加装鸭翼致使鸭翼区截面法向力大幅增加．加装边条改善了边条区流动，边条涡对机头涡产生有利诱导，增大了边条区法向力．加装边条/鸭翼时，对机头区及鸭翼区流场的影响由鸭翼起主控作用，对边条区流场的影响由边条起主控作用.

基于PSD的触须传感器及在移动机器人中的应用

2010, 36(5): 601-605.

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摘要:
针对视觉传感器无法解决的移动机器人的全天候避障问题，设计了一种触觉传感系统.利用位置敏感探测器（PSD，Position Sensitive Detector）作为触须根部的检测元件，设计了一种机械结构，利用一个直接连接在触须根部并侧向出射激光的激光器，解决了触须安装困难以及安装误差对测量精度影响较大的问题；提出了两种全新的检测机器人本体与墙体之间夹角的方法，可实现机器人近墙行走，对两种方法的优劣进行了比较，最后通过实验证明了此两种方法的可行性，并对测量产生的误差进行了分析.

SINS辅助GPS跟踪环路超紧耦合系统设计

2010, 36(5): 606-609.

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摘要:
为了提高GPS(Global Positioning System)在高动态条件下的跟踪性能并为SINS(Strapdown Inertial Navigation System)提供精确、可靠的修正信息，提出了一种SINS辅助GPS超紧耦合导航方案.针对高动态条件下载波跟踪性能不佳的问题，利用SINS速度信息为载波环提供多普勒频率辅助，从而降低了载体动态对载波环的影响.此外，将载波环跟踪误差扩充为组合系统的状态变量，并建立了载波环跟踪误差、伪距率量测误差与惯导误差之间的关系模型，从而消除了引入SINS辅助信息导致的量测相关问题.仿真验证表明:超紧耦合系统不仅能够有效地提高跟踪环路的噪声抑制能力和动态跟踪性能，而且可以显著地改善组合滤波器的误差估计精度.

Ti对Nb基合金高温抗氧化性能的影响

2010, 36(5): 610-613.

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摘要:
氧化物的体积与形成该氧化物消耗的金属的体积之比(PBR,PilliingBedworth Ratio），是判断氧化膜完整性的一个重要判据，是氧化膜内产生生长应力的主要因素之一.基于合金氧化行为建立了一个简化的氧化模型，给出计算合金单一氧化膜PBR的计算式，估算了Nb₂O₅，Ti₂Nb₁₀O，TiNb₂O₇，TiO₂的PBR.研究表明：在Nb基合金中加入合金化元素Ti，合金的高温抗氧化性能得到改善.实验表明：随着Ti含量的增加，合金氧化膜中氧化产物的种类和含量发生变化，致使氧化膜的PBR发生改变.随着Ti含量的增加，氧化膜的PBR值逐渐减小，致使氧化膜的完整性提高.

基于GRECO的复杂目标多次散射RCS计算

2010, 36(5): 614-616.

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摘要:
复杂目标多次散射问题对于目标雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的精确预估具有重要影响.以图形电磁计算(GRECO,Graphic Electromagnetic Lomputing)软件为平台，充分利用其可视化计算的特点，采用像素为基本计算单元，开发了一种多次散射计算方法.通过获取像素几何信息，搜索符合多次散射条件的像素对，并将高频计算方法中的几何光学和物理光学相结合，实现了对发生多次散射的复杂目标RCS可视化计算.应用AUTOCAD软件建立了角反射器和导弹模型，将最终计算结果与参考文献中计算结果进行对比，取得了较为理想的结果，证明了该方法具有很好的工程应用价值.

多余度无刷直流电动机的自抗扰控制

2010, 36(5): 617-621.

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摘要:
为了克服电机内部参数变化、齿槽效应、负载扰动以及余度降级等不确定因素对多余度无刷直流电动机位置伺服系统性能的影响，实现高性能的位置伺服控制，提出了基于自抗扰控制器的多余度无刷直流电动机位置伺服系统.该系统通过跟踪微分器为给定位置信号安排了一个过渡过程，解决了系统的快速性与超调之间的矛盾；通过扩张状态观测器将影响输出的系统内外“总扰动”扩展成新的状态变量，实时估计出来并进行动态补偿，提高了系统的抗干扰能力；通过非线性组合实现了“小误差大增益、大误差小增益”的工程经验，提高了控制精度.仿真结果表明：该系统具有良好的动、静态性能，满足了系统的性能要求，且对电机内部参数变化、余度降级、负载扰动等具有很强的鲁棒性.

因子分析法在脉冲红外热无损检测中的应用

2010, 36(5): 622-626.

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摘要:
为了提高脉冲热像法PT（Pulsed Thermography）的缺陷检测能力，将因子分析法应用于脉冲红外热无损检测的热像序列处理中.介绍了因子分析法的原理，描述了因子分析法处理并重建红外热像序列的步骤.为了考查算法的有效性，对人工内置缺陷的玻璃纤维增强塑料板试件进行了脉冲红外热像检测试验.结果表明:通过因子分析得到的公因子图像可以进行缺陷识别，因子分析法较主分量法处理数据更加灵活；通过公因子重建图像序列后，可增强缺陷信噪比和抑制加热不均效应，从而提高了脉冲热像法的缺陷检测能力.

光纤陀螺用光收发组件的SLD准直系统设计

2010, 36(5): 627-630.

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摘要:
在光纤陀螺向高精度和小型化的方向发展的背景下，针对光纤陀螺用光收发组件对器件小型化、易集成的特殊要求和超辐射发光二极管SLD（Super-Luminescent Diode）出射光束的特点，提出利用双焦距双柱透镜准直整形系统对SLD光束进行准直、整形.根据椭圆高斯光束的特性，利用几何光学法和矩阵光学法，分别对该双柱透镜的重要结构参数（曲率、柱透镜厚度）进行了详细的计算及分析，并且利用矩阵光学法得出系统的光线传输矩阵，对该双柱透镜的结构参数进行优化设计.利用CODE Ⅴ光学仿真软件对优化后的系统进行仿真，得出准直整形后光束在xOz平面和yOz平面内的发散角仿真值均低于0.05 mrad，且光斑为圆形.