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2014年  第40卷  第5期

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论文
基于能量的高超声速飞行器再入混合制导方法
王青, 莫华东, 吴振东, 董朝阳
2014, 40(5): 579-584. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0383
摘要:
针对大升阻比高超声速飞行器滑翔再入制导问题,提出一种基于能量的混合制导方法.建立以能量为自变量的三自由度运动学方程,利用拟平衡滑翔特性将过程约束转换成倾侧角约束.纵向制导在初始下降段采用固定数值倾侧角飞行,在拟平衡滑翔段基于剩余航程随能量单调变化的特性将标准轨迹进行分段,然后分段进行在线预测校正制导.侧向制导基于横程与能量的近似线性关系,设计了由分段漏斗形横程走廊控制的倾侧角反转逻辑,以保证侧向制导精度.分析研究和仿真结果表明该方法易于实现,有效减小了制导指令的解算时间,制导和落点精度高,且对再入初始偏差及过程扰动不敏感.
基于距离测量的机器人误差标定及参数选定
张铁, 戴孝亮, 杜亮
2014, 40(5): 585-590. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0372
摘要:
为消除机器人运动学标定中的模型奇异问题,研究距离平方差模型的可辨识参数.采用修正DH(Denavit-Hartenberg)模型描述机器人连杆结构,六参数描述末端关节到工具坐标系的变换,推导了连杆参数误差到机器人末端距离平方差的线性模型,从冗余关系式和物理解释角度讨论冗余参数,确定可辨识参数,使用迭代的最小二乘法辨识参数完整且非奇异的模型.结合某6旋转关节机器人,以激光跟踪仪为测量仪器进行标定实验,在设计末端执行器时目标测量点偏离末端关节轴线以保证倒数第二关节参数的辨识.结果显示,距离平方差模型避免了测量坐标系到基坐标系的转换,检验点的距离误差均方根降低93.1%,完整性和非奇异性提高了参数辨识的有效性.
单旋翼直升机气动布局对飞行性能的影响
苏媛, 吕少杰, 曹义华, 李国知
2014, 40(5): 591-595. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0386
摘要:
为研究单旋翼直升机气动布局对直升机飞行性能的影响,以直升机飞行动力学模型为基础,在原始气动布局下分别对平飞、爬升与下滑和稳定协调转弯情况下的旋翼需用功率进行了配平,并计算了飞行性能指标,计算结果与参考数据吻合较好,证明模型可用.以UH-60A直升机为例,研究了不同气动布局参数下的直升机飞行性能,结果表明, 在变化范围内,旋翼位置参数对前飞和垂直飞行性能影响都很大,减小旋翼纵向距离有利于提高飞行性能,尾桨倾斜角在悬停和小速度情况下对飞行性能影响较大,平尾水平位置的后移有助于提升最大飞行速度.
基于热电类比法的光纤陀螺环模块热分析
刘海霞, 蒋鹞飞, 宋凝芳, 贾明
2014, 40(5): 596-601. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0350
摘要:
为分析光纤陀螺(FOG,Fiber-Optic Gyroscope)受外界环境变化温度影响导致产生Shupe误差,采用热电类比法对不同结构形式的光纤环(FOR,Fiber Optical Ring)模块进行热分析,比较对应的电路模型,提出并联的热容和串联的电阻是影响FOG温度性能的关键因素.采用有限元热仿真定性分析了并联的热容和串联的电阻对FOG温度的影响,验证了电路模型的正确性;在与热仿真相同条件下,通过温箱实验,将FOR温度变化与FOG输出性能建立关联.结果表明,通过加大FOR模块连接处的串联热阻和并联热容,可有效降低FOR的瞬时温差,尤其是较大的热容能有效减小FOR温变速率,从而减小Shupe误差,改善FOG的温度性能.
基于状态条件概率的设备剩余寿命预测
张继军, 邓力, 马登武, 曹文静
2014, 40(5): 602-607. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0361
摘要:
针对机载设备剩余使用寿命预测中存在的不确定性因素,建立了基于状态条件概率分布的机载设备剩余寿命模型.首先,引入状态条件概率矢量对隐马尔科夫模型(HMM,Hidden Markov Model)进行不确定性改进,并推导了其计算形式.其次,给出了近似确定状态退化转移时间的方法,由此得到了以状态条件概率矢量为协变量的条件可靠度函数及剩余寿命模型.最后,以飞机发动机温控放大器为应用对象进行仿真计算.仿真结果表明该模型预测精度高,能够较大程度地降低不确定性因素的影响.
喷丸对18%Ni型超高强度钢低周疲劳性能影响
王欣, 江志华, 曾候祥, 汤智慧
2014, 40(5): 608-612. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0388
摘要:
对C250型18%Ni超高强度钢(C250钢)进行铸钢丸一次喷丸(单喷)和铸钢丸+玻璃丸二次喷丸(双喷),研究喷丸前后的表面形貌、显微组织和低周疲劳性能的变化.结果表明,单喷后C250钢低周疲劳寿命提高了接近2.5倍,而双喷后试样疲劳寿命提高3倍.喷丸表面的亚晶粒细化是提高低周疲劳性能的主要因素,二次喷丸带来的平滑化效果进一步提高了低周疲劳性能.平滑化效果减小了表面应力集中程度,使经过双喷后试样疲劳断口为单源疲劳断口,而未喷丸试样和单喷试样的低周疲劳断口呈现多源疲劳状态.
基于RoeM格式思想的激波稳定格式构造
屈峰, 阎超, 于剑, 仲崇岩
2014, 40(5): 613-617. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0341
摘要:
Roe格式有着较高的黏性分辨率以及间断分辨率,但它在实际流动模拟时很容易出现激波不稳定现象.此外,它在无黏定常计算时无法保证总焓守恒.为了在保留Roe格式分辨率高的优点基础上改善其上述缺陷,将RoeM格式与高阶激波判别方法相结合,提出了RoeMW1,RoeMW2格式.计算结果表明,在流动较为简单的情况下提出的RoeMW1, RoeMW2 格式可以有效避免激波不稳定现象的出现且保持总焓守恒.而在一些较为复杂的流动结构计算中,虽然比之于RoeM格式均有所改善,但在RoeMW1基础上改进的RoeMW2格式在间断模拟时鲁棒性更强.
位标器陀螺转轴静平衡测试系统设计
杨辉, 赵剡, 李敏
2014, 40(5): 618-623. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0367
摘要:
为了对位标器陀螺转轴的静不平衡量及其分布的角位置进行测试,研制了一种位标器陀螺转轴静平衡测试系统.该系统通过调整夹具的方向使得位标器的被测轴与转台水平轴平行安装,测控系统驱动转台依次转至预先设定的36个锁定角位置处,在每个锁定角位置处,由伺服控制信号锁定位标器的两个轴后,驱动另外一个被测轴进行正弦小角度转动,通过对被测轴驱动电流测量量的多周期积分就可以得出被测轴此时的静不平衡力矩.转台顺次转过一周后,通过对被测轴所测36个静不平衡力矩及转台锁定角度的最小二乘拟合,可以确定出被测轴的静不平衡量大小及其分布的角位置.最后进行了加载实验及其重复性测试实验,结果表明该测试系统重复测量的静不平衡量测试精度能达到±0.25 mN·m,角位置测试精度能达到±2°,具有较高的测试精度.
悬浮月尘的遮挡模型
陈阔, 李娜, 冯华君, 徐之海
2014, 40(5): 624-628. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0369
摘要:
探月活动中,月表的尘埃会对太阳翼等光电器件的工作效率造成严重影响.基于附着月尘的遮挡模型,从立体空间的角度分析了悬浮月尘对工作器件的遮挡,提出了悬浮月尘的单粒度遮挡模型,利用月尘的平均粒度可计算在指定立体空间内,定量月尘造成的遮挡量;引入月尘的粒度分布函数,提出了悬浮月尘的多粒度遮挡模型,能够计算已知粒度分布函数的月尘在指定立体空间内造成的遮挡量;通过设计悬浮月尘遮挡的仿真实验,分别利用3种不同粒度大小的月尘进行实验,实验数据与悬浮月尘的单粒度、多粒度遮挡模型的理论计算值都较好吻合,实验结果证实了悬浮月尘遮挡模型的正确性与可靠性.
基于合作进化算法的月面返回再入轨迹优化设计
王峰波, 董长虹
2014, 40(5): 629-634. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0376
摘要:
在考虑热流、过载、动压以及开伞点参数等多种约束条件下,针对低升阻比返回舱月面返回再入轨迹优化设计问题,基于分段线性倾侧角参数化策略,提出了采用合作进化算法进行参数优化的策略来实现再入轨迹的快速高精度优化设计.首先采用以能量为自变量的分段线性倾侧角控制参数化策略,将连续最优控制问题转化为有限维参数寻优问题,然后基于逃逸粒子群算法和自适应差分进化算法的合作进化算法求解该问题.数值仿真验证了倾侧角参数化策略的正确性,对比试验分析表明合作进化算法较传统进化算法有更快的收敛速度和更高的优化精度的综合性能,更加适合月面返回再入轨迹优化设计问题的求解.
八水氢氧化钡相变材料储热性能实验
盛强, 邢玉明, 罗恒
2014, 40(5): 635-638. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0385
摘要:
采用八水氢氧化钡(Ba(OH)2·8H2O)作为相变储热材料,经过150次熔化-凝固热循环实验,发现随着热循环次数的增加,Ba(OH)2·8H2O的相变点温度变化很小,但是该相变材料结晶时存在严重的过冷现象.通过扫描电子显微镜获得50次热循环后Ba(OH)2·8H2O与铝合金和紫铜金属材料之间的腐蚀情况图像,图像分析表明,Ba(OH)2·8H2O与紫铜有良好的相容性.搭建了含/未含泡沫铜的相变储能装置的实验台,对比实验结果表明,泡沫铜填充不仅可以提高相变材料的传热效率,而且能够有效地降低Ba(OH)2·8H2O的过冷度.
大温升速率加热器的全补偿复合控制
李万国, 付永领, 祁晓野
2014, 40(5): 639-643. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0573
摘要:
开发了接触式电加热器,用于对高温材料同时加热和加压的性能实验,重点研究大温升速率加热工况下的温度控制问题.分析了该工况下加热器数学模型的特殊性,据此开发了基于给定值的近似全补偿顺馈-反馈复合控制方法(简称全补偿复合控制).通过相应的实验验证了数学模型的正确性,进而对这种全补偿复合控制与经典PID方法进行了温控性能对比实验,结果表明全补偿复合控制具有更好的温度曲线跟踪性能和加热平稳性,并且能有效地抑制加热电源的死区效应.由于所推导的数学模型适用于一般加热器,因而这种全补偿复合控制方法对一般加热器的大温升速率工况具有通用性.
基于有向无圈图的敏捷卫星姿态机动策略
唐忠兴, 韩潮
2014, 40(5): 644-650. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0347
摘要:
针对敏捷卫星一次过境时间内的同轨拼幅观测和同轨多点连续观测模式的姿态机动策略问题,提出一种基于时间序有向无圈图的敏捷卫星姿态机动策略算法.该算法首先将区域目标和点目标转化为若干条带目标,然后通过将各个条带的观测时间窗口离散成一系列带有条带信息的时刻点,构造时间序有向无圈图,将敏捷卫星对地观测姿态机动策略问题转换为图论的寻找最优路径问题.仿真算例表明,该算法能够有效解决敏捷卫星同轨拼幅观测和多点连续观测的姿态机动策略问题,获得最大化观测覆盖收益同时机动时间消耗最小的姿态机动方案.
基于随机模型近似的再入目标自适应跟踪算法
周政, 刘进忙, 郭相科
2014, 40(5): 651-657. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0359
摘要:
针对再入目标跟踪问题,基于加速度动力学模型和随机模型近似思想,提出了分段匀Jerk自适应模型及跟踪算法.该算法引入Jerk动力学模型和Jerk分段均匀假设,给出了机动加速度的递推模型;根据随机模型近似思想提出了新的过程噪声定义方法并给出了分段匀Jerk模型和过程噪声的自适应方法;结合状态扩展方法和分离差分滤波算法实现了再入目标的实时自适应跟踪.仿真实验表明,相比基于分段匀加速模型的跟踪算法,该算法在保证了再入目标稳态跟踪精度的同时,对目标突变状态具有较强的跟踪能力.
飞机结构MSD失效概率的敏感性分析
杜永恩, 王生楠
2014, 40(5): 658-661. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0374
摘要:
考虑到飞机结构的多部位损伤(MSD,Multiple Site Damage)结构裂纹萌生位置的不同可能对结构的安全性能存在影响,分析结构失效概率对各应力集中部位裂纹萌生寿命和应力的敏感性,量化其对结构安全性能的影响.裂纹萌生寿命采用对数正态模型,通过定义核函数建立MSD结构失效的敏感性分析模型, 采用Monte-Carlo模拟计算概率敏感度.该方法利用Monte-Carlo概率分析的结果,只需增加少许计算量即可得到失效概率对参数的敏感度.将该方法应用于共线多孔板分析,得到了给定寿命下失效概率对各关键位置应力和裂纹萌生寿命对数均值的敏感度,从而确定了对结构安全影响最大的位置.
新型直线振荡电机建模与动态特性实验
梁惠升, 王天乙, 焦宗夏, 严亮, 王旭田, 何平
2014, 40(5): 662-667. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0659
摘要:
针对提出的直接驱动液压伺服泵新原理,设计了一种短行程永磁直流直线振荡电机,阐述了基于最小磁阻理论的电机工作原理,采用一种哈尔巴赫磁极阵列空心动子设计结构,用于提高电机动态响应能力,并利于谐振弹簧的安装.利用Matlab/Simulink建立了电机的集中参数数学模型并给出传递函数,通过正弦电压扫频激励,获取了电机空载下的电流频率特性以及恒定负载下的效率频率特性.基于电机模型设计了电流环与位置环双闭环控制结构,用于提高电流的频响与位置跟踪能力.最后对设计的电机进行了空载谐振与闭环动态实验研究,实验与分析仿真结果基本吻合,验证了电机模型与闭环控制结构的有效性.
飞机制造工装中典型配套结构自动建模技术
曹巍, 郑国磊, 邱益
2014, 40(5): 668-674. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0668
摘要:
飞机制造工装中存在大量配套结构,其中各元件在空间方位和结构尺寸等方面具有严格的关联关系,但这些元件并不总是构成一个完整的组合件,而是独立隶属于工装总体结构.现有的配套结构建模技术需要繁琐的人工操作,为了实现这类结构的自动建模,提出了基于结构关联关系的虚配件技术.首先,根据配套结构的构成元件间的依赖关系引入虚配件的概念,并以此为基础对配套结构进行了形式化定义和表示;其次,研究和建立了配套结构自动建模原理,并对其中涉及的语义模型解释、文档创建及子件安装等关键算法进行了详细说明;最后,通过V形块组件结构实例测试,验证了所提方法的正确性和有效性.
有限振幅扰动下高超声速钝楔绕流感受性
唐小军, 王振清, 孟祥男, 吕红庆
2014, 40(5): 675-684. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0330
摘要:
为了研究自由流脉冲波作用下高超音速流动感受性特征,采用高阶有限差分方法模拟钝楔超高音速绕流中来流慢声脉冲波作用下的非定常流场,并应用傅里叶频谱分析了边界层扰动模态的演化.结果显示,自由流脉冲扰动下,边界层不同模态波沿流线呈现不同变化规律.球头区边界层感受到的主要是基频波,在球头向非球头区过渡段,主导模态迅速向高频迁移;在非球头区,主导模态频率缓慢向高频迁移.总的来说,沿流向总扰动模态中的低频模态成分变小,高频,特别是二阶谐频附近模态成分显著地增大.沿流线发展,边界层不同扰动模态之间存在伴随能量迁移的模态竞争物理现象,主导模态的发展对其他模态有很强的抑制作用.
基于支撑描述的SIFT匹配方法
郑红, 刘振强, 温天骁
2014, 40(5): 685-689. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0382
摘要:
为减少局部结构相似等因素导致的图像匹配错误,提出一种基于支持描述的匹配判定方法.利用尺度不变特征变换(SIFT,Scale Invariant Feature Transform)算法获得初始匹配集,选取其中稳定性较高的特征点对建立支撑特征集;根据支撑特征点的分布,对初始匹配集的剩余特征点对进行支撑描述,并根据所生成支撑描述符的相似程度,判定剩余特征点对是否为正确匹配.经判定正确的匹配特征点对被加入支撑特征集,使支撑特征集动态扩展,保证了支撑特征点的分布密度及支撑描述的准确性.实验结果表明,该方法能够在保留正确匹配的同时,消除90%以上的错误匹配,有效提高正确匹配率.
基于遗传算法的航空发动机部件特性修正
潘鹏飞, 李秋红, 任冰涛, 姜殿文
2014, 40(5): 690-694. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0333
摘要:
研究了航空发动机部件特性修正技术,提出了一种基于变适应度函数的模型优化算法,以达到减小总体建模误差,提高模型精度的目的.在稳态模型的基础上,对引气系数、总压恢复系数和各部件的特性进行了修正,使修正后的模型输出与实验数据相一致.采用改进遗传算法,对交叉率和变异率进行了非线性自适应调整,并根据误差大小调整适应度加权系数,避免算法陷入局部最优,同时减小最大建模误差.仿真结果表明,修正后各实验参数平均误差从2.420 8%减小到0.321 7%,模型满足稳态误差小于2%的要求.
飞翼布局阻力类偏航操纵装置操纵特性分析
李忠剑, 马东立
2014, 40(5): 695-700. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0340
摘要:
飞翼布局取消了常规的垂尾和方向舵,存在较严重的航向操纵与控制问题,需要重点掌握偏航操纵舵面的配置特点与操纵特性.针对飞翼布局最常采用的两种阻力类偏航操纵装置:开裂式方向舵和嵌入面,介绍了研究现状、受力特点,利用数值仿真方法,详细分析了偏航操纵特性、三轴操纵耦合特性以及对气动特性和稳定特性的影响规律,对比了这两种舵面在操纵特性方面的共同点和差异性,并揭示了内在的影响机理.可为解决飞翼布局偏航操纵问题以及阻力类偏航操纵装置的工程化应用提供基础.
高旋转数下光滑回转通道的换热特性
邓宏武, 程俊华, 陈豪, 田淑青
2014, 40(5): 701-706. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0354
摘要:
通过提高回转通道内气体压力到500 kPa以上,显著扩展了实验参数范围.实验雷诺数Re和旋转数Ro范围分别为10 000~70 000和0~2.08,完全匹配了真实发动机的ReRo.在此基础上实验研究了高旋转数下方截面光滑U型通道的换热特性.结果表明,在高旋转数下,旋转效应对通道进口和转弯段局部换热的影响比进口效应和弯道效应显著;第1通道后缘面换热随旋转数的增大而增强,而中下游前缘面在超过临界旋转数后换热增强;高旋转数下第2通道下游后缘面的换热强于前缘面.
基于响应面法的月球着陆器软着陆性能优化
王家俊, 王春洁, 宋顺广
2014, 40(5): 707-711. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0364
摘要:
为了提高月球着陆器软着陆性能,建立了月球着陆器的多体动力学参数化模型.对某典型恶劣工况进行了优化拉丁超立方实验设计,辨识关键实验因子.利用参数化模型和实验设计获取样本点构造了响应面模型,并检验了响应面的拟合精度.以多个动力学性能作为优化目标,用响应面计算结果构造目标函数和约束条件,对响应面参数做多目标优化.将优化所得参数代入动力学模型中进行仿真,优化效果明显,验证了基于响应面法的软着陆性能优化方法的可行性,为今后的仿真实验提供参考.
2219-T87高强铝合金HPVP-GTAW焊缝成形参数
李玉龙, 从保强, 杨明轩, 齐铂金
2014, 40(5): 712-716. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0380
摘要:
采用复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊技术(HPVP-GTAW,Hybrid ultrahigh frequency Pulse Variable Polarity Gas Tungsten Arc Welding)完成了2219-T87高强铝合金平板堆焊试验,研究了HPVP-GTAW工艺脉冲电流参数对焊缝成形参数的影响规律.结果表明,与常规变极性钨极氩弧焊(VP-GTAW)工艺相比,HPVP-GTAW工艺有利于增加焊缝熔深,提高焊缝深宽比;调节脉冲电流参数,将对焊缝成形行为产生显著影响.在正极性期间平均电流恒定的条件下,随着脉冲电流频率的增加,焊缝熔深、深宽比整体提高,60 kHz条件下深宽比增加了60%;适当增大脉冲峰值电流与基值电流的比值,焊缝深宽比有所增大;与占空比50%和80%条件相比,20%条件下焊缝深宽比最高,且随着峰值电流与基值电流比值的提高,其焊缝深宽比增幅最为明显.
AgCu28钎料钎焊无氧铜晶界渗透行为分析
连欣, 曲文卿, 李海涛, 王国建
2014, 40(5): 717-720. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2013.0379
摘要:
使用AgCu28钎料多次钎焊无氧铜和其他材料时,极易造成无氧铜母材性能下降.为解决此问题,针对采用AgCu28钎料焊接的无氧铜-无氧铜、无氧铜-镀镍不锈钢和无氧铜-蒙乃尔3种钎焊接头的微观组织进行观察,发现无氧铜-无氧铜的钎焊接头中钎料与焊缝结合紧密,接头组织良好;而无氧铜-镀镍不锈钢和无氧铜-蒙乃尔的钎焊接头中AgCu28钎料沿着无氧铜晶界进行扩散,即出现明显的晶界渗透现象.成分检测表明,含Ni母材中的Ni元素在钎焊过程中快速溶解进钎料,经分析认为Ni元素在钎料中的溶解是导致钎料对无氧铜产生晶界渗透的主要原因.
常见问答