北京航空航天大学学报

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宋彦国, 王焕瑾

2013, 39(10): 1279-1285.

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摘要:
对多直升机协调吊挂系统中每一架直升机与外吊挂载荷分别建立他们的飞行动力学模型,将弹性吊索视为弹簧阻尼系统,建立弹性吊索数学模型;然后通过弹性吊索动力学将多直升机与吊挂载荷的运动耦合到一起,建立了通用的多直升机协调吊挂系统仿真模型;最后,针对单、四直升机协调吊挂系统建立了仿真验证模型,对直升机协调吊挂系统的稳定性、配平特性进行了分析.仿真结果表明外挂载荷对直升机的稳定性和配平特性产生了较大影响,通过分析证明了仿真结果的合理性,同时证明本文提出的多直升机协调吊挂系统飞行动力学建模方法的可行性.

新型的曲线内壁多台阶馈源喇叭设计

张勇芳, 苗俊刚, 姜景山

2013, 39(10): 1286-1291.

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摘要:
介绍了一种新型的曲线内壁多台阶馈源喇叭,这种喇叭结构简单,易于加工且通过优化内壁曲线可以获得良好的电气性能.喇叭的内壁曲线由两段简单的连续曲线组成,一段为正弦曲线,另一段为高斯型曲线.在75~110 GHz频带内,设计了一个多台阶喇叭并优化了喇叭的内壁曲线.优化后的喇叭具有优良的电气特性,在全频带内电压驻波比小于1.1,约为1.5:1的工作频带以及良好的波束轴对称特性.实际测试了多台阶喇叭的远场方向图,测试结果与理论计算结果有很好的一致性.

TB5钛合金凸弯边橡皮成形中侧压块优化设计

孙永娜, 万敏, 吴向东

2013, 39(10): 1292-1297.

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摘要:
TB5钛合金凸弯边橡皮成形时易失稳起皱.将起皱缺陷量化作为优化目标,以凸弯边起皱为缺陷考察指标和侧压块优化的目标函数,基于有限元模拟和试验设计,对不同几何参数下的侧压块橡皮成形进行了有限元模拟,分析了几何参数对起皱指标的影响程度,应用响应面法建立侧压块几何参数和起皱评价指标间的函数关系,并用拟牛顿法进行优化.建立了优化参数和成形指标间的近似函数关系及侧压块优化设计模型.通过试验验证该优化方法的有效性和正确性.

基于涂层传感器的金属结构疲劳裂纹监测

侯波, 何宇廷, 崔荣洪, 丁华

2013, 39(10): 1298-1302.

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摘要:
针对飞机金属结构在服役过程中的裂纹扩展实时监测需求,提出一种现代表面技术与电位法原理相结合的疲劳裂纹监测研究方案.在结构易出现裂纹的热点部位制备了一种具有绝缘隔离层、导电传感层和封装保护层3层结构的裂纹监测涂层传感器.然后进行了疲劳裂纹监测试验,结果表明:通过分析涂层传感器电阻(电位)的变化可以实现对2A12-T4铝合金连接结构多个部位的裂纹同时进行有效监测.此外,还对表面制备涂层传感器的试样与原始试样的疲劳特性进行了对比研究.结果表明:应用现代表面技术在2A12-T4铝合金表面制备涂层传感器,对其疲劳性影响甚微.

通气位置对潜射航行体流体动力特性影响分析

孙铁志, 魏英杰, 王聪, 曹伟

2013, 39(10): 1303-1308.

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摘要:
基于均质平衡流理论,通过求解混合介质的RANS方程、SST湍流输运方程和各相之间的质量输运方程,开展了通气位置对潜射航行体流体动力特性影响的三维数值模拟研究,对比分析了不同通气位置条件下空泡形态特性、表面压力分布以及阻力变化特性.结果表明:当两个通气口间距增加到一定值后,在两个通气口之间区域空泡发生断裂,在断裂区域迎流面和背流面表面压力值升高,且在空泡断裂闭合位置出现压力峰值;在相同通气量条件下,随着通气口间距的增大,压差阻力系数和粘性阻力系数均呈减小趋势变化.

基于空域划分的超视距空战态势威胁评估

肖亮, 黄俊, 徐钟书

2013, 39(10): 1309-1313.

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摘要:
编队超视距空战(BVR,Beyond Visual Range)已成为现代空战的主要模式.在空战优势区域与劣势区域判断的基础上对整个空域进行划分,并给出4种特定空域态势.从空中态势和编队作战能力两方面对空战态势进行分析.使用主成分分析法选取输入变量分析编队作战能力,降低评估过程中收集数据的复杂度.应用遗传神经网络对影响BVR各因素进行效能评估,将遗传算法(GA,Genetic Algorithms)与多层前馈(BP,Back Propagation)网络结合,利用GA的全局搜索优化BP网络的结构参数,有效克服BP算法的局部收敛等问题.结果表明:该模型能在综合分析空战各指标后给出红蓝双发的态势评估指标,该模型可有效减少评估中的人为因素,使评估结果更为客观可信.

随机振动条件火箭贮箱增压系统工作过程仿真

王翀, 梁国柱

2013, 39(10): 1314-1318.

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摘要:
为研究随机振动对贮箱增压系统动态特性和稳定性的影响,引入管路元件壳体坐标实现外激振动的加载,以谐波叠加法模拟飞行环境的随机振动过程,对管路和管路元件分别建立拉格朗日坐标下的一维流动方程和常微分方程组以模拟增压系统动态工作过程,对某贮箱增压系统有/无外界激励振动条件下的工作过程进行了全程计算.计算结果表明:振动环境下减压器、稳压器等运动元件的瞬时流量变化在增压系统中产生压力波动,某些情况下,会导致减压器等出现具有一个主要频率的振荡过程,影响减压器工作稳定性;振动过程中贮箱气枕压力基本不受影响.无振动条件下的计算结果与试验数据基本吻合.提出的模型和方法在贮箱增压系统工作过程仿真中显示了较好的有效性.

基于自适应RVM的电子系统缓变故障预测方法

范庚, 马登武, 张继军, 吴明辉

2013, 39(10): 1319-1324.

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摘要:
针对电子系统缓变故障的预测问题,提出一种自适应相关向量机(RVM, Relevance Vector Machine)方法.首先,对反映电子系统性能的参数序列进行相空间重构,建立RVM的输入输出对应关系;然后,将嵌入维数和核函数参数作为人工鱼位置,取留一交叉验证(LOOCV, Leave-One-Out Cross-Validation)误差的相反数作为目标函数,利用人工鱼群算法(AFSA, Artificial Fish Swarm Algorithm)实现方法参数的自适应优化选择;最后,通过雷达发射机高压电源与多注速调管的故障预测实验验证了方法的性能.实验结果表明:该方法在预测精度和预测可靠性方面优于现有方法.

本生灯层流预混火焰稳定点与熄火机理

黄夏, 黄勇, 巩帆

2013, 39(10): 1325-1330.

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摘要:
采用速度匹配法结合壁面淬熄分析甲烷本生灯层流预混火焰稳定点与熄火机理,得到了贫油与富油状态下火焰稳定点不同的移动规律,定量预测了火焰吹熄特性关系,并通过实验验证.火焰稳定点在本生灯出口附近的边界层中,该处的火焰传播速度与预混气来流速度相平衡;而在边界层中,以火焰稳定点为起点,存在一个可点火区域.随着来流预混气流速的增大或者当量比远离恰当比,这一可点火区域逐渐缩小,直至成为一个点,此时即为熄火的临界状态.通过比较近壁面的当地气流速度与火焰传播速度,并采用非耦合的方法分析壁面淬熄的影响,得到了火焰稳定点的移动规律.在径向上,火焰稳定点随来流速度增大向射流中心线方向移动;在轴向上,随流速增大,贫油工况下稳定点向下游移动,富油工况时则向上游移动.根据火焰稳定点移动规律结合可点火区域分析定量预测了吹熄特性,通过了实验验证,证明了火焰的熄火机理.

氨气制冷系统能效状态评价方法

刘冲, 蔡茂林

2013, 39(10): 1331-1336.

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针对氨气制冷系统当前的系统能效评价研究现状,提出了一种二维能效评价矩阵模型,在此基础上,结合当前常用的层次-模糊评价和信息熵评价方法的优缺点,提出了组合权重的评价方法.该方法运用最小二乘法确定联合使用层次分析和信息熵后的组合权重.通过实例对比验证,该方法具有更高的准确性,与系统的实际能效比变化趋势更一致,线性度高.该方法可实现系统的能效状态及时判断,通过调整参数可实现系统的运行更优化,减少无谓能耗.

全升力飞行器流场诱导流动现象改善效果

王林林, 高歌

2013, 39(10): 1337-1341.

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碟形飞行器是一种小展弦比全升力飞行器,采用一种仿生的鱼鳍型小翼对绕碟形飞行器的诱导流动现象进行改善,削弱翼尖诱导旋涡,提高整机气动效率.应用高精度风洞试验和以该风洞试验数据为校验的数值模拟,对鱼鳍型小翼的作用进行了研究,从风洞试验和数值模拟两方面给出了评判.研究结果表明:鱼鳍型小翼对碟形飞行器的诱导流动现象有较大的改善效果.

基于规范割的空间金字塔图像分类算法

丁锴, 陈伟海, 吴星明, 刘中

2013, 39(10): 1342-1347.

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对大型图像数据库进行图像分类是很困难的,空间金字塔算法针对这种问题提出,并能得到很好的分类精度,但有几点不足.针对这些不足,提出基于规范割的空间金字塔算法:使用规范割算法对特征词进行更准确的聚类;对每类训练图像计算子特征库,利用二次聚类生成总特征库,在特征字典中保留更多的稀疏类型图像特征词;用高斯模型量化未知特征生成特征直方图,并对直方图进行尺度重整,提高类间距.实验证明提出算法比原方法分类精度最多能提高4.6%.

仿蝗虫跳跃机构设计与分析

尹军茂, 陈殿生, 沈奇

2013, 39(10): 1348-1353,1359.

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以蝗虫跳跃特性为依据,设计出一种仿蝗虫弹跳机构并对其弹跳机理进行研究.首先从生物学和机构运动学相结合的角度,对蝗虫的跳跃过程进行观察和分析,研究蝗虫后腿的跳跃机理,发现跳跃后腿膝关节在起跳过程中的重要作用.利用虚拟样机建立蝗虫模型,对蝗虫的跳跃过程进行仿真.根据蝗虫跳跃机理和后腿结构特点,基于提高能量利用率和弹跳效率原则,设计出一种单自由度的仿蝗虫跳跃机构模型,对该机构在起跳阶段进行运动性能分析,通过与蝗虫跳跃仿真结果进行比较,证明该跳跃机构具有与蝗虫弹跳后腿近似的力学特性.最后通过机构的样机实验验证了分析结果,为进一步研究仿生高效的柔性跳跃机构奠定基础.

液压放大式PZT-DDV建模与控制仿真

俞军涛, 焦宗夏, 吴帅

2013, 39(10): 1354-1359.

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摘要:
研制基于液压位移放大原理的压电陶瓷直接驱动伺服阀(PZT-DDV,Piezoelectric-Direct Drive Valve),实现大流量高频响的要求.分析其结构特点,建立系统数学模型,基于AMESim 和Simulink的协同仿真环境,对其进行仿真控制研究.采用AMESim建立了PZT-DDV的模型和虚拟液压测试系统,利用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成协同仿真环境.针对PZT-DDV的迟滞、摩擦和液压位移放大结构的负载敏感特性,采用前馈控制改善迟滞,提高动态响应.基于LuGre摩擦力模型以及密闭腔压力监测,采用自适应backstepping方法实现摩擦及负载变化对放大机构输出位移的扰动补偿.仿真结果表明:前馈控制提高了系统的动态性能,自适应backstepping控制方法提高了系统的稳态控制精度.

超磁致伸缩作动器的率相关建模与跟踪控制

郭咏新, 毛剑琴

2013, 39(10): 1360-1365.

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摘要:
利用Hammerstein模型对超磁致伸缩作动器(GMA, Giant Magnetostrictive Actuators)进行建模, 分别以改进的Prandtl-Ishlinskii(MPI, Modified Prandtl-Ishlinskii)模型和外因输入自回归模型(ARX, Autoregressive model with exogenous input)代表Hammerstein模型中的静态非线性部分和线性动态部分,并给出了模型的辨识方法.此模型能在1~100 Hz频率范围内较好地描述GMA的率相关迟滞非线性特性.提出了前馈逆补偿和比例-微分-积分(PID, Proportional-Integral-Derivative)反馈相结合的复合控制策略.实时跟踪幅值为16 μm的单一频率和复合频率正弦参考输入信号, 均方根误差小于1 μm, 相对误差小于10%, 证明了控制策略的有效性.

月球着陆器模型参数修正

吴建云, 王春洁, 汪翰

2013, 39(10): 1366-1369,1375.

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摘要:
建立了着陆器的参数化模型,把着陆碰撞过程简化为弹簧阻尼模型,将其中的刚度、阻尼、非线性指数和最大穿透深度作为修正参数;定义了判断着陆器是否翻倒的着陆稳定性平面.基于地面稳定性试验结果,利用ADAMS和Isight软件联合仿真,采用优化拉丁方试验设计缩小修正参数范围.基于模型修正理论,采用自适应模拟退火算法进行模型参数修正,修正效果明显,修正后的仿真模型更符合实际试验样机.

南极GPS定位中的电离层延迟分析

许艳, 杨元喜, 许国昌, 江楠

2013, 39(10): 1370-1375.

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摘要:
基于南极地区国际GNSS服务组织(IGS,International GNSS Service)跟踪站的全球定位系统(GPS,Global Position System)双频实测数据,分析了南极地区电离层延迟的变化情况及其二阶项延迟对南极GPS定位结果的影响.结果表明:南极地区的总电子含量(TEC,Total Electron Content)日间波动频繁,其日间TEC最大值变化较中纬度地区剧烈;在南极地区夏季,电离层二阶项延迟对GPS定位结果的影响可达cm级.同时,由于欧洲定轨中心(CODE,The European Center for Orbit Determination)提供的全球电离层模型(GIM,Global Ionosphere Maps)在南极区域应用的局限性,通过选取南极地区6个IGS跟踪站作为基准站建立了区域电离层TEC模型(RIM,Regional Ionosphere Model).经实测数据计算证明,对于南极地区,RIM的定位精度在一定程度上优于全球电离层模型GIM.

单形空间中多元成分数据的Fisher判别方法

上官丽英, 王惠文

2013, 39(10): 1376-1380,1391.

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摘要:
首先,基于Aitchison单形空间成分数据运算法则,提出成分数据向量的代数体系,其中包括成分数据向量的加法、数乘、减法、内积、范数以及距离等定义.在此基础上,根据Fisher判别分析原理,建立多元成分数据的线性判别函数,以及利用距离判别的思想,根据待判样本投影点的得分与各类中心投影点的均值之间的距离,对待判样本进行归类建立判别规则,从而提出一种针对多元成分数据的判别方法.最后,通过仿真方法及实际案例验证该方法的有效性.给出的成分数据向量的代数体系为将其他多元统计方法推广到多元成分数据奠定了基础.

基于DPSO-SA的低轨预警系统初始任务规划方法

简平, 邹鹏, 熊伟

2013, 39(10): 1381-1386.

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摘要:
为提高天基低轨预警系统在导弹跟踪任务中的效率,建立了天基低轨预警系统初始任务规划模型.该模型包含跟踪精度、任务完成率和资源松弛度等优化指标,考虑导弹跟踪中目标信息的不确定性,定义并构建了跟踪原子任务的不确定度和动态优先级.在此基础上,提出采用离散粒子群(DPSO,Discrete Particle Swarm Optimization)-模拟退火(SA,Simulated Annealing)混合优化算法求解初始任务规划模型,提高了算法收敛速度、精度以及全局搜索能力.仿真算例验证了模型的优点以及DPSO-SA混合优化算法的有效性.

多组分碳氢燃料RP-3导热系数实验

周海鹏, 闻洁, 邓宏武, 贾洲侠

2013, 39(10): 1387-1391.

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摘要:
基于经典的瞬态热线法原理,设计研制了一种适用于高温高压条件下测量多组分碳氢燃料导热系数的实验装置.对无水乙醇、甲苯及高压氮气进行了标定,结果表明液相导热系数最大偏差在1%以内,气相导热系数最大偏差在3%以内.进而对国产碳氢燃料RP-3导热系数进行了测定,温度范围298~430 K,压力范围0.1~5 MPa.改进和完善了超临界压力下流体导热系数的测量方法.

冻融与侵蚀作用下引气混凝土劣化微观机理

耿娇, 刁波, 陈圣刚

2013, 39(10): 1392-1396.

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摘要:
对经历冻融循环和海水浸泡交替作用后含气量为5.9%的引气混凝土试件进行抗压强度、质量损失、相对动弹性模量及扫描电子显微镜检测,以研究冻融循环和海水浸泡交替作用下引气混凝土的劣化机理.通过观察引气混凝土试件表面和中间处的微观结构,发现未受到冻融循环时,几乎不见裂缝和晶体,随着冻融循环次数增加,微裂缝逐渐发展,当冻融循环达到300次时,主裂缝深入发展,并有晶体产生.可见海水侵蚀和冻融循环交替作用,导致微裂缝产生并发展,同时化学反应产生了晶体.物理和化学损伤累积导致引气混凝土抗压强度降低达8.5%,但是相对动弹性模量和质量损失在冻融循环和海水浸泡交替作用前后均变化较小.

基于Jerk输入估计的MCS模型及非线性跟踪算法

周政, 刘进忙, 谭西江

2013, 39(10): 1397-1402.

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摘要:
针对强机动目标跟踪问题,基于当前统计(CS,Current Statistical)模型、改进输入估计 (MIE,Modified Input Estimation)和无迹强跟踪滤波器,提出了一种新的自适应目标跟踪算法.该算法引入Jerk输入估计改进了当前统计模型的状态方程和机动加速度方差调整方法,利用改进的无迹强跟踪滤波器实现了状态协方差、状态噪声协方差和机动频率的联合自适应.在没有加速度先验知识的情况下,能够实时准确跟踪目标连续强机动、匀加速机动和匀速运动状态.仿真实验表明:相比CS模型无迹滤波算法、CS模型无迹强跟踪算法和交互多模型算法,该算法在对目标强机动的适应性、跟踪精度和对突变状态跟踪的收敛性方面都有更好的性能.

攻击机动目标的多导弹分布式协同制导律

孙雪娇, 周锐, 吴江, 陈哨东

2013, 39(10): 1403-1407.

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摘要:
在分布式通信和增广比例导引的基础上,基于网络同步原理设计了一种多导弹拦截机动目标的分布式协同制导律.该分布式协同制导律由导弹本地导引律和分布式协调策略两部分组成:本地导引律由增广比例导引得到;基于网络同步原理设计了导弹之间的分布式协调策略,实现多弹对机动目标的同时协同攻击.该分布式协同制导律只需要视距内相邻导弹之间传输状态信息,具有通信量小、可扩展性好等特点.仿真结果表明多弹网络系统采用该制导律能够有效地协同攻击机动目标.

复合材料混合连接结构拉伸性能与影响因素分析

黄文俊, 程小全, 武鹏飞, 李钟海

2013, 39(10): 1408-1413.

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摘要:
胶螺混合连接设计适当,能够提高结构的连接效率.针对复合材料胶螺(螺钉)混合连接结构中存在的分析与设计问题,在ABAQUS软件平台上建立了损伤累积三维有限元模型,其中考虑了胶层物理非线性以及非线性接触等问题,连接结构拉伸强度及损伤破坏过程的计算结果与试验结果基本吻合,证明了所建模型的有效性.在此基础上,研究了复合材料层合板端头翻边、胶层厚度、胶层韧性以及接触面摩擦系数等因素的影响.结果表明:复合材料层合板端头翻边对混合连接结构具有增强作用,能够提高结构的拉伸强度;韧性胶层能够提高结构的拉伸强度,但胶层厚度对结构的强度基本没有影响;螺钉杆与连接孔接触面间摩擦系数越大,连接结构的拉伸强度越高.

基于高增益观测器的航迹角自适应反步控制

陈伟, 卢京潮, 袁燎原, 章卫国

2013, 39(10): 1414-1420.

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摘要:
针对飞行控制系统中状态向量不完全可测量的问题,设计了一种高增益神经网络自适应观测器.在常规高增益观测器的基础上引入径向基(RBF, Radial Basis Function)网络自适应项,对建模误差和外界干扰进行在线估计.将高增益观测器与基于动态面的反步控制相结合,提出了一种神经网络自适应反步控制方法.引入一阶滤波器,避免了传统反步控制中的"计算膨胀"问题.基于Lyapunov稳定性理论,给出自适应输出反馈控制器和RBF网络权值向量的自适应律,并证明了闭环系统是半全局一致有界.从航迹角控制系统仿真结果可以看出,航迹角能够较好地跟踪指令信号,不受建模误差和外界干扰的影响,所设计的观测器具有良好的收敛性,控制系统具有较高的鲁棒性.