北京航空航天大学学报

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江洁, 王昊予, 张广军

2011, 37(6): 631-634.

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摘要:
对基于光电准直和针孔成像原理的姿态角测量系统,提出一种虚拟扩展成像面技术,对图像传感器成像面进行复用,虚拟扩大系统的测量视场.基于反射不对称的针孔光阑设计,实现一种光斑模式识别方法,对光斑质心和正反射模式进行识别,并进行虚拟成像面坐标扩展.通过计算机仿真,对识别结果进行了分析验证,表明这种方法对各种光斑模式都能准确识别,成倍扩大了测量视场.

持续载荷飞行模拟器过失速机动过载模拟

潘文俊, 王立新, 谭详升

2011, 37(6): 635-638.

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摘要:
对新型的持续载荷飞行模拟器(SGFS,Sustained G-load Flight Simulator)模拟过失速机动过载的方法进行了研究.针对过失速机动中飞机角运动剧烈的特点,推导了考虑飞机转动带来的附加过载的飞机飞行员过载计算公式.在SGFS过载模拟数学模型中应用此公式,以典型的过失速机动动作.Herbst机动为例,对机动时的飞行员过载进行了仿真研究.仿真中SGFS能够较精确地跟踪输入的飞行员三轴过载指令,最大误差小于0.2g.研究结果表明:过失速机动时飞机转动引起的附加过载不可忽略,同时也表明SGFS可较好地用于对过失速机动飞行员过载的模拟.

基于自适应UKF的敏感器故障诊断算法

胡迪, 董云峰

2011, 37(6): 639-643.

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摘要:
针对非线性系统中敏感器测量过程存在异常干扰和出现仪器故障问题,提出一种基于自适应UKF(Unscented Kalman Filtering)的鲁棒故障诊断算法.算法通过新息特性分析引入自适应矩阵对异常干扰和仪器故障建立系统级抑制和部件级诊断.系统级检测将UKF的新息特性通过自适应函数引入状态预测,修正异常值对状态预测值的影响,达到对异常干扰的鲁棒性.部件级检测将新息特性分解成各部件参数的新息特性,建立各自敏感器的自适应矩阵,通过对自适应矩阵的迹进行判断,检测是否发生故障并隔离故障.仿真结果表明,算法对异常值具有较强的鲁棒性,对测量仪器失效造成的故障能够准确地检测并给出故障大小.算法结构简单,计算量小,对工程应用具有较好的参考价值.

滑跃起飞中机舰参数的适配性分析

刘星宇, 许东松, 王立新

2011, 37(6): 644-648,653.

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摘要:
通过仿真计算,分析了各主要机舰参数的变化对滑跃起飞安全性的影响;计算出满足起飞安全准则的主要机舰参数的适配值集合,并总结了适配规律.研究结果表明:飞机起飞质量是滑跃起飞过程中航迹下沉的主要影响因素,增大升降舵预置偏角和滑橇板出口角均可抑制航迹下沉;升降舵预置影响飞行迎角,预置偏角过大会导致飞机失速;滑橇板出口角影响俯仰角速度,当出口角为12°时,俯仰角速度的峰值最小;在适配值集合内,随着飞机起飞质量的逐渐增加,由升降舵预置偏角与滑橇板出口角组成的适配范围逐渐缩小.因此,为了保证滑跃起飞的安全,对于确定的构型和起飞甲板,需要合理地确定舰载机的最大起飞质量.

基于神经网络液体横向晃动时罐体受力的预测

康宁, 贾嘉, 刘献栋

2011, 37(6): 649-653.

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用Fluent软件,VOF(Volume of Fluid)模型,对基准罐体在不同充液比下受到横向加速度时的受力进行数值模拟;以充液比、前两时刻基准罐体受力、加速度及将要经历的加速度作为输入,以下一时刻受力作为目标输出,选用合理的计算结果作为训练样本,建立基于BP神经网络液体横向晃动时基准罐体受力的预测模型,用158个样本对完成训练的网络进行可靠性验证,横向力、垂向力和侧倾力矩最大预测误差分别为8.88%,0.36%,1.38%,符合精度要求.基准罐体的时间步长和受力进行修正后,与一般圆柱及椭圆形罐体受力的大小和规律基本一致;对于作横向运动的柱形罐体,受力大小与罐体长度成正比.通过修正基准罐体的时间步长和受力,对一般圆柱及椭圆形罐体的受力也可实现BP神经网络的预测,为罐车动力学分析快速有效地提供所需数据.

基于核密度估计算法的飞机载荷谱统计技术

汤阿妮

2011, 37(6): 654-657,664.

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受到实际条件限制,现阶段的飞机载荷谱实测均采取小子样实测方法,小子样实测数据是取自真实母体的一个简单样本,很难保证数据的充分性、完整性.传统的均值统计法无法对数据缺陷进行弥补.为了克服小子样数据不足问题,将核密度估计技术用于载荷谱统计,取得了良好效果.介绍了核密度估计的相关理论基础,并以某型机下沉速度谱的统计为例,详细介绍了将核密度估计方法用于载荷谱统计的数学过程.结果显示:核密度估计方法对还原载荷谱原貌、补充小子样数据的不足问题具有良好作用.

基于Z网络的升降压DC/DC变换器

齐铂金, 杜青, 张瑾, 马骏

2011, 37(6): 658-664.

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摘要:
基本的非隔离型升降压电路存在由二极管反向恢复带来的短路环问题.设计了一种基于Z网络的升降压DC/DC变换器,从电路结构上避免了短路环的存在,分析了Z网络和变换器的初始态阶跃响应,并设计了预充电电路,消除了变换器启动时的电压和电流尖峰,讨论了工作在电感电流连续模式(CCM, Current Continuous Mode)下的3种开关模态并分析了其工作原理,依照效率最优原则对升压和降压模式的开关模态进行简化,从而优化了变换器的控制方法,提出了一种通过合理选择电感电流纹波系数确保变换器工作在CCM模式下的方法,给出了各元器件的设计规则,并通过仿真和实验加以验证,结果与理论分析相吻合.

基于有限元Craig缩聚模型的基础激励和载荷识别

朱斯岩, 朱礼文

2011, 37(6): 665-668,679.

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摘要:
载荷识别是用有限自由度的加速度测量值推断外力.基础激励是在基础自由度上加给定的加速度时间历程激振结构,求整个结构的动响应.利用Craig减缩模型的性质,及界面自由度的已知运动可求出整个结构其余自由度的动力学响应,完成基础激励求解.在此基础上用已知的界面自由运动和求得的非界面自由度的动力学响应,代入结构动力学方程即可实现载荷识别.本方法唯一能给基础激励和载荷识别结果带来的偏差是Craig缩聚模型与原始有限元模型间的差异,对此用频响分析的方式,直接从频响曲线的变化来确定缩聚模型的精度.算例表明这一新的基础激励和载荷识别途径是有效的.

基于GRECO和射线追踪的介质散射特性计算

方宁, 王帅雷, 王谷, 汪陶胜

2011, 37(6): 669-672.

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摘要:
在计算介质目标雷达散射特性的众多方法中,图形电磁学和射线追踪技术是计算高频区散射特性的两种有效方法.将两种方法有效地结合:首先通过OpenGL的光照模型和消隐,将介质目标的外形显示在屏幕上,并从缓存区中获取有效像素的颜色分量和位置信息,计算一次散射效应,然后将这些信息作为起始点信息,利用射线追踪技术计算多次散射效应,最后叠加一次、多次散射效应得到总散射特性.对圆柱、球的仿真结果证明了该方法的有效性和可行性.

航空铝合金针孔缺陷自动分级的图像处理方法

吴鑫, 齐铂金, 张健合

2011, 37(6): 673-679.

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摘要:
针对目前航空铝合金铸件针孔缺陷人工分级的缺点,用X射线照相获取的图像,采用一种计算机图像处理和模式识别的方法进行针孔缺陷自动分级,并主要对图像处理的算法进行了研究.根据针孔缺陷图像的灰度分布特点,采用小波分析的方法滤除低频干扰信息,保留针孔的高频信息,再经过区域分割提取针孔区域,进而提取单个针孔的尺寸特征,然后进行宏观统计和分析,通过对1~8级标准图片的统计特征进行神经网络的训练,实现了针孔的自动分级.实验结果表明,这种图像处理方法有较好的适应性.

机翼结构有限元的快速建模及自动化调整

罗明强, 冯昊成, 刘虎, 武哲

2011, 37(6): 680-684.

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为提高总体设计的质量和效率,研究了在OpenCADS(Open Conceptual Aircraft Design System)这一按照面向对象方式进行数据组织的计算机辅助飞机总体设计系统中进行飞机机翼结构有限元快速建模及自动化调整的措施.提出了采用梁单元和壳单元进行概念设计中机翼结构有限元的等效处理方法,定义了以翼肋为标定的结构有限元节点及各单元的编号规则,设计了相关的数据类组织与应用逻辑,以此为基础实现了机翼结构有限元模型的自动化调整,为概念设计阶段进行多学科设计优化奠定了基础.通过设计实例及其应用验证了方法的有效性和可靠性.

高温燃气风洞加热特性仿真分析

姚峰, 董素君, 王浚

2011, 37(6): 685-689,694.

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提出了利用亚音速高温燃气流进行近空间高超飞行器热环境地面模拟的试验方案,在试验装置试验段,通过高温高速的燃气流引射低速的冷气流,达到仅使飞行器头锥驻点附近区域产生局部高温而其余头锥蒙皮表面低温的目的.对某型高超音速飞行器的头锥利用高温燃气进行加热并利用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对13种模拟工况进行了数值仿真分析.将数值模拟计算结果与飞行器在高超音速飞行状态下对应机体部位气动热的理论计算值进行了对比,证实了亚声速高温燃气热环境模拟方法的可行性,为高温燃气地面模拟设备技术方案论证提供了依据.

基于神经网络的维修保障流程影响度分析方法

闻敬谦, 李青, 赵庆斌

2011, 37(6): 690-694.

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针对维修保障能力的主要影响因素分析及其影响度的量化问题,以维修保障业务流程作为分析对象,通过建立业务流程参数与装备使用能力的关系函数,建立影响因素和影响度的分析方法,并给出影响程度、关键要素、关键影响要素以及综合影响度定义.以流程数量、效率和稳定性作为分析指标,利用MATLAB软件基于神经网络实现对关系函数的逼近求解,为装备制造企业提供确定关键流程和主要影响因素的系统实现.以某航空装备制造企业维修保障业务流程为例给出具体应用,与专家评价方法相比该方法可获得更为客观的分析结果.

高效多码率LDPC码译码器结构设计

赵岭, 张晓林, 侯毅

2011, 37(6): 695-700.

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设计了一种高效的多码率LDPC(Low Density Parity Check)码译码器结构,提出了一种校验节点更新单元(CNU,Check Node Updating Units)与变量节点更新单元(VNU,Variable Node Updating Units)的设计方法.按照"化整为零"的思想,将CNU与VNU分成若干小的运算单元,在不同码率下对这些运算单元进行动态组合构成新的CNU与VNU,从而减少不同码率下硬件资源的冗余,提高了译码速率.最后,按照本文提出的译码器结构,使用Altera公司Stratix系列的FPGA EP1S80实现了中国数字电视地面广播传输标准中使用的0.4,0.6和0.8三种码率LDPC码的译码器.实现结果表明:该结构的多码率译码器仅比单码率译码器多耗用12％的硬件逻辑资源,存储器相当;而相对于传统的多码率译码器结构,本结构在不增加硬件资源的情况下,将0.4码率码字的译码速率提高了100％,将0.6码率码字的译码速率提高了50％.

后台阶流动的Hybrid RANS/LES模拟

吴晶峰, 宁方飞

2011, 37(6): 701-704.

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采用雷诺平均的Navier-Stokes和大涡模拟混合的方法对后台阶流动进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比;分区尺度采用IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)模式:来流包含背景湍流度时,混合方法转化为WMLES(Wall Modeling in LES)模拟,除了近壁区外的大部分区域都是直接求解;不包含来流湍流度时,转化为DDES(Delayed Detached Eddy Simulation)模式,附面层采用纯RANS模拟,大分离流动区用类脱体涡模拟方法模拟;对流通量的离散采用迎风型低耗散通量分裂格式和中心型四阶偏斜对称格式组合的模式;湍流模型采用Spalart-Allmaras(S-A)模型;亚格子长度尺度取决于网格分布和到壁面的距离.

可靠性灵敏度分析的一种偏倚蒙特卡罗方法

李静辉, 康锐

2011, 37(6): 705-710,716.

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根据可靠性灵敏度分析的需求和特点,选择似然比方法作为基础的导数/梯度估计方法.立足经典可靠性系统和基于元件的蒙特卡罗方法,推导了原始蒙特卡罗仿真环境下的似然比导数估计方法.为加速仿真,进一步提出了一种偏倚技巧,该技巧在系统结构函数的基础上定义一个应用重要抽样的无偏估计量,并通过最小化该估计量的方差来获得最优偏倚参数值.该估计量拥有的一个重要优势是其方差优化任务可以分解到单个元件的层次上进行,从而避免了高维优化的难题.通过一个可解析求解的简单实例验证了似然比导数估计方法应用于可靠性灵敏度分析的有效性,以及所提出的偏倚技巧对于降低导数估计方差的有效性.对于所考虑的实例系统,提出的偏倚蒙特卡罗方法对各个感兴趣的量都给出了很好的估计,与原始蒙特卡罗方法相比,各个估计量的方差均降低了至少6个数量级.

协同维修过程的合成Petri网建模与分析

杨元, 黎放, 侯重远, 杨磊

2011, 37(6): 711-716.

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针对协同维修过程中共享资源约束、工序衔接时机和维修工时不确定3大问题,建立了一种基于合成Petri网的协同维修过程模型.该模型采用三参数的数组来描述不确定维修时间,引入活动图形来描述协同关系和建立共享资源控制网来约束资源派遣次序.给出了协同维修过程合成Petri网构造算法.解决了协同维修过程分析中3大难点,合理表述了协同维修活动依赖关系,实现了对协同维修过程的规范化描述.实例分析表明该模型能够帮助维修工程部门预测维修完工时间和把握工序衔接的时机,并提出共享资源优化配置的建议.

三床机载制氧系统性能仿真及影响因素分析

王慧丹, 林贵平, 王亮, 方玲

2011, 37(6): 717-722,732.

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摘要:
建立了三床机载分子筛制氧系统的数学模型,对系统性能进行仿真.仿真结果与实验值进行了对比,两者吻合较好,验证了模型和求解的正确性.在此基础上,对不同飞行高度和工作条件下系统的性能进行仿真预测,研究了产品气流量、吸附压力、冲洗定径孔大小和循环时间对系统工作性能的影响,为三床机载分子筛制氧系统的设计和优化提供了依据.

基于半光程差的天线反射面型面精度检测

周国锋, 李晓星

2011, 37(6): 723-727.

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型面拟合最小量的选取是天线面板型面检测中的关键技术之一.天线表面各点半光程差的均方根是衡量天线型面精度的指标.根据圆锥曲面的几何定义及其光学性质,提出了圆锥曲面天线面板半光程差的直接计算方法,给出了基于半光程差的非线性最小二乘曲面拟合算法.以旋转抛物面天线面板为例,通过模拟和实际测量,对比分析了分别选取轴向误差和半光程差作为最小量拟合计算结果.试验验证了选取半光程差作为最小量拟合的算法具有更高的数值计算精度及稳定性.

应用于毫米波反射计的多项式校准方法

赵鑫, 刘金扬, 苗俊刚, 姜景山

2011, 37(6): 728-732.

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摘要:
为了在毫米波波段准确测量波导器件的反射系数,提出了一种应用在反射系数测试前端(反射计)中的校准方法.该校准方法采用基于多项式的误差模型,使得每一个误差项的求解都转化成一个求解轨迹圆圆心的问题,同时不影响求解精度.采用一个滑动负载、一个滑动短路和一个短路器,在毫米波波段降低了对标准件理想程度的要求.实验中搭建了一个Ka波段的反射计,图解误差项的求解过程,分析了误差项的物理意义.把校准后的测量结果与商用矢量网络分析仪(VNA,Vector Network Analyzer)进行比较,吻合较好.同样比较了一组W波段反射计对波纹喇叭的测量结果,进一步验证了方法的合理性.

城市道路交通流检测数据精度评价

翟雅峤, 翁剑成, 荣建, 刘小明

2011, 37(6): 733-737,742.

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摘要:
目前各种检测方法采集到的路段速度数据普遍存在一定的误差,其准确性直接影响各种交通分析模型结果的精度.针对浮动车检测器、微波检测器以及线圈检测器的路段速度数据进行研究,利用GPS(Global Positioning System)设备实时记录试验车位置,分别在快速路和主干路进行了12次实验,对不同采集方式获取的速度信息进行了精度验证和评价.实验结果分析表明,浮动车数据获取的城市快速路和主干路的路段行程速度平均误差分别为13.6%和27.8%,且采集值与实际速度具有相同的分布.快速路微波检测器和主干路线圈检测器的速度数据与真实行程速度数据的误差分别为30%和56%.表明了微波检测器的断面速度值,用来表征所处路段的行程速度时虽然具有一定的误差,但是基本能表征路段的行驶状况.该研究结论为不同精度需求的交通模型选择合适的数据源提供支持,并为利用多源数据的冗余信息提高数据精度和完备性提供了理论依据.

随机粗糙微通道中的流动和传热特性

苗辉, 黄勇, 陈海刚

2011, 37(6): 738-742.

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摘要:
对水在随机粗糙微通道中的单相液体层流流动和传热特性进行了数值模拟研究.构造了两条随机粗糙微通道和一条规则粗糙微通道,计算Re范围100~2 000.结果发现:3条计算通道的Poiseuille数(Po)和Nusselt数(Nu)均大于光滑通道的分析解,并随Re缓慢增大.规则粗糙微通道中的Po和Nu都明显大于随机粗糙微通道的结果.最后,认为粗糙度对当地Nusselt数的影响,是粗糙元引起的流速变化与协同角变化共同决定的.

基于模糊评价与GIOWA算子的技术风险评估方法

冯臻, 邓忠民, 吴强, 黄小峰

2011, 37(6): 743-747.

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摘要:
将不确定多属性决策方法应用到风险评估当中,给出了一种定性与定量相结合的飞行器型号研制项目技术风险评估方法.采用基于广义导出的有序加权平均(GIOWA,Generally Induced Ordered Weighted Averaging)算子的模糊综合评价系统去处理风险评估中的专家语言信息,通过对风险概率与后果的分别量化并结合风险矩阵确定单个技术风险事件等级,从而进一步获得整个项目的风险状况.结合一个航空研制项目分系统的风险评估实例,阐述了方法的详细实施步骤与实用性,为型号研制过程中技术风险评估工作的开展提供了一种方法.

基于模糊奇偶方程的PL/INS导航系统故障诊断

靳星, 宋华, 邱红专, 王养柱

2011, 37(6): 748-752.

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摘要:
提出了一种伪卫星(PL, Pseudolite)/惯性导航(INS, Inertial Navigation System)组合导航系统多故障识别方法.分析了PL的常见故障及其数学模型,采用模糊奇偶方程方法对PL的常见故障进行诊断、隔离和参数识别.采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述PL/INS组合导航系统,对于局部线性化模型建立全解耦奇偶方程,并对奇偶方程的残差进行融合,得到全局残差.结合残差利用卡尔曼滤波进行故障参数识别,给出了参数识别的约束条件.仿真结果表明:针对导航系统中多个PL信号同时发生多种故障的情况,此方法能有效检测故障,并能准确识别出故障模型参数.

航空发动机喷嘴结焦积碳的性质

黄艳斐, 朱岳麟, 熊常健, 潘英杰

2011, 37(6): 753-756.

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摘要:
针对航空燃料燃烧时会在航空发动机喷嘴处产生大量结焦积碳,影响航空飞行器的飞行安全和使用寿命这一问题,研究了某型航空发动机喷嘴零部件上结焦积碳的生成情况.采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscopy)、能谱仪(EDS,Energy Disperse Spectroscopy)以及X射线衍射技术(XRD,X-ray Diffraction)对结焦积碳的微观形态和性质进行了分析.结果表明:喷嘴零部件上生成的结焦积碳主要有两种形态:一种是丝状焦,另一种是颗粒状焦.其中,丝状焦只出现在零部件表面较光滑的位置,包括短纤维丝状焦和不定形丝状焦,是由金属催化作用所形成的;其形成与喷嘴零部件的结构、材质及表面粗糙度有关.颗粒状焦则主要集中在活塞表面,包括颗粒团聚状焦和颗粒分散状焦,是由催化作用与燃料热裂解共同作用所形成的.