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2024年  第50卷  第10期

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2024年, 第50卷, 第10期
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掠海导弹触水滑跳运动特性数值模拟研究
雷娟棉, 吴志翔, 解文洋
2024, 50(10): 2975-2983. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0813
摘要:

水面滑跳运动是一种飞行体在近水面运动时底部反复触水并被弹起的运动过程,该运动方式可以提高远程对海打击导弹在末端近水面无动力运动时的航程和机动能力。为研究导弹的水面滑跳运动特性,通过求解非定常Navier-Stokes方程和Realizable k-ε湍流模型,结合重叠网格技术,采用VOF方法捕捉空气和水之间的自由液面变化,通过六自由度方程模拟刚体运动,对典型导弹外形水面滑跳运动过程进行模拟研究,给出并分析了导弹一次水面滑跳过程的运动参数和表面压力变化。结果表明:根据水面滑跳过程中导弹姿态和相对水面位置的变化特点,可将导弹水面滑跳运动过程分为入水前空中飞行段、第1次触水弹起段、近水面滑行段、第2次触水滑行段、滑跳出水飞行段5个阶段;第1次触水过程中,船尾段受到水面冲击被迅速弹离水面,同时使弹体低头,导弹整体仍向下朝水面运动;第2次触水过程中,导弹下表面大面积拍击水面,不仅产生较大的水面冲击力,且产生使弹体抬头的力矩,在向上冲击力和抬头力矩作用下,导弹被抬升滑跳出水面。船尾收缩段产生的抬头力矩及导弹前端触水处产生的冲击载荷共同作用使得导弹完成水面滑跳过程。

融合双注意力机制和动态图卷积的点云语义分割
杨军, 张琛
2024, 50(10): 2984-2994. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0775
摘要:

针对现有基于深度学习的三维点云语义分割算法通常在提取局部特征时忽略邻域点间深层次语义信息,聚合局部邻域特征时忽略其他邻域特征中有用信息的问题,提出融合双注意力机制和动态图卷积神经网络(DGCNN)的三维点云语义分割算法。通过动态图卷积操作构造边缘特征,并将中心点与邻域点的相对距离输入到核点卷积操作得到增强后的边缘特征,进一步加强中心点与邻域点之间的联系;引入空间注意力模块以建立邻域点之间的依赖关系,将特征相似点相互关联,从而在局部邻域内提取到更深层次的上下文信息,丰富邻域点的几何特征;在聚合局部邻域特征时引入通道注意力模块,通过给不同通道赋予不同的权值以达到增强有用通道同时抑制无用通道的目的,从而提高语义分割的准确率。在S3DIS数据集和SemanticKITTI数据集上的实验结果表明:所提算法的语义分割精度分别达到了66.0%和59.4%,与其他经典的网络模型相比,取得了更好的点云分割效果。

液压破碎锤活塞横裂机理分析与工艺优化
童桂英, 万怡男, 张磊, 石岩, 张业明
2024, 50(10): 2995-3004. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0130
摘要:

针对破碎锤中的活塞横裂现象,分析了活塞产生横裂的机理,并提出了一种新的活塞热处理制造工艺。采用硬度计和金相组织显微镜对活塞材料进行分析,得出发生活塞横裂故障部位的材料成分和金相组织符合设计要求,而硬度和硬化层深度低于设计要求。利用ANSYS求解活塞 “卡死”情况下的最大应力为1 229.8 MPa,超出材料的屈服极限850 MPa,最大应力的位置在活塞横裂处;利用Fluent求解活塞所受的径向不平衡力,在活塞的回油槽中受到的最大径向力为3 408 N,最小径向力为10 N,在活塞的进油槽中,最大径向力为15 675 N,最小径向力为73 N。结果表明,活塞在径向不平衡力作用下形成的“卡死”现象是活塞发生横裂的主要原因。提出延长活塞的渗碳时间、增加活塞在热处理过程中的校直次数等热处理新工艺,经耐久实验验证,所提工艺可以有效解决活塞横裂问题。

区间划分改进相似性的发动机剩余寿命预测
赵洪利, 白令德
2024, 50(10): 3005-3012. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0762
摘要:

针对传统相似性匹配方法易引入伪相似发动机导致预测精度不高的问题,提出一种结合发动机性能退化特点与相似性匹配特点的区间划分改进相似性剩余寿命(RUL)预测方法。利用堆栈自编码器基于选择的参数构建健康指数;根据测试发动机的已知运行循环进行区间划分,利用传统相似性匹配方法进行初步筛选;对于不同区间下的测试发动机,分别使用不确定性修正和退化一致性检验去除初选参考发动机中的异常发动机,得到最终的剩余寿命预测结果。利用NASA的C-MAPSS数据集进行验证,结果表明:所提方法的预测精度比当前相似性匹配方法提升了34%,证明了方法的有效性。

施工工艺对复合材料蒙皮电气性能影响分析
杨占刚, 柯中澍, 杨旭伟, 包兴旺
2024, 50(10): 3013-3020. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0763
摘要:

新型商用飞机蒙皮中复合材料的占比越来越高,然而较差的导电性使其需要额外的导电结构实现电流在蒙皮内的流通。为提高蒙皮导电能力,降低复合材料与导电结构的搭接对电流通路的影响,基于各组成结构的电气特性对蒙皮结构进行建模,并利用解析方法分析搭接时可能产生影响的施工工艺。针对蒙皮不同部位各自处理工艺带来的接触面间的电流与整体结构阻抗的变化,分析各结构在装配过程中的施工工艺对飞机蒙皮搭接结构电气特性的影响情况。理论分析与仿真计算结果表明:正确的施工工艺处理方法,尤其是对蒙皮表面树脂与金属连接件氧化膜恰当的处理程度,能够有效减小整体结构阻抗对蒙皮电气性能的影响,并能够为面向现场的施工提供一定的操作建议。

基于可能性理论的红外与可见光视频自适应分层融合算法
吉琳娜, 郭小铭, 杨风暴
2024, 50(10): 3021-3031. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0765
摘要:

针对目前红外与可见光视频融合模型无法根据视频间差异特征动态调整融合策略,造成融合效果差甚至失效等问题,提出了一种基于可能性理论的红外与可见光视频的自适应分层融合算法。计算视频序列每帧中感兴趣区域的各类差异特征的幅值大小,得到每帧对应的主要差异特征;搭建分层融合框架,并确定各层变元,基于余弦相似性计算不同变元对各差异特征的融合有效度,利用可能性理论构造相应的融合有效度分布;逐层分析不同变元对各类差异特征的融合效果,选择出每层的最优变元;通过变元间的优化组合实现红外与可见光视频的自适应分层融合。实验结果表明:所提算法在保留红外典型目标和可见光结构细节等方面取得了显著的融合效果,并且在定量分析和定性评价上明显优于单一融合算法。

边防哨所风光耦合制氢系统的配置优化
齐海涛, 刘咄, 赵东澳, 刘旭
2024, 50(10): 3032-3041. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0770
摘要:

为解决边防哨所地处偏远、环境复杂、对能源需求大且上网成本高的问题,利用风光资源的互补性及氢能的能量密度高、绿色清洁等特点,提出了建立以风能和太阳能作为主要发电能源的风光耦合制氢系统,并选择氢能单元作为系统的储能单元,以满足边防哨所对能源多样性的需求,提高哨所从周边环境获取能量的能力。建立风光耦合制氢系统各子系统数学模型,以减小系统成本、提高可再生能源利用率、增大氢能产量为目标进行系统建设配置优化,选择系统各组件的额定功率作为设计变量,具体地区气象数据作为输入,利用第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解,对优化得到的帕累托解集进行决策。通过层次图的绘制实现多维帕累托前沿可视化,得到了最优配置方案,并与未优化配置方案等进行对比,保障供电可靠性的同时可大幅度提高能源利用率、降低配置成本。

基于IFC标准的机场道面结构信息模型存储与传递方法
蔡靖, 王瀚雪, 戴轩, 李岳, 马磊
2024, 50(10): 3042-3053. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0815
摘要:

为解决机场跑道系统在全生命周期建筑信息模型(BIM)应用中的信息传递和数据交互问题,将工业基础类(IFC)标准在机场跑道系统进行扩展,建立机场道面结构的IFC实体架构,在此基础上创建面向运维应用的刚性道面板实体,并进行几何信息与属性信息的扩展;提出基于IFC的属性信息添加与传递方法,对信息传递过程中的属性信息丢失率进行分析。研究表明:通过建立IFC标准模型,可以实现机场跑道系统的信息传递和数据交互;采用基础模型族扩展法进行机场道面模型传递的属性信息丢失率高达84.21%;采用IFC解析扩展法首次传递可保证信息不丢失,但二次传递信息存在丢失问题;族模型IFC解析扩展法可实现信息首次传递不丢失,二次传递属性信息丢失率低至16.7%,并且采用不同IFC标准版本对模型传递过程中的属性信息丢失率产生较大影响。应用IFC标准进行机场领域扩展具有较高的可行性,所提的信息传递方法可实现机场道面全生命周期信息传递。研究成果可为机场飞行区新IFC实体的扩展提供支持,为机场工程数字化提供技术参考。

停留时间与飞行方向对飞行员警觉性的影响
李敬强, 胡超, 张希凝, 张璐, 刘安南
2024, 50(10): 3054-3061. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0777
摘要:

基于疲劳风险管理系统的应用正在全球航空业中迅速展开,在防疫豁免期间,收集实际运行模式下64名国际豁免航班飞行员在不同中转停留时间下的主观自评、客观测试和睡眠信息等数据。运用SPSS27.0统计学软件,利用相关性分析和重复测量方差分析的方法,深入地分析不同中转停留时间及飞行方向对国际豁免航班飞行员警觉性的影响,并用Origin软件绘制相关性系数图和半小提琴图。结果表明:停留时间为1~2 h时,国际豁免航班飞行员的警觉性水平明显较低,向东飞行的飞行员要比向西飞行的警觉性水平更低。这些发现有助于航空公司在防疫豁免运行环境中监测和分析国际豁免航班飞行员的警觉性,为加强中转航班过站保障措施提供借鉴。

星基增强系统单频服务性能评估方法
金彪, 李锐, 王盾, 刘磊, 原晋栩, 李子潇
2024, 50(10): 3062-3073. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0785
摘要:

针对星基增强系统(SBAS)用户差分距离误差(UDRE)完好性参数评估时双频无电离层组合放大观测噪声的问题,提出伪距域完好性评估方法,该方法反映了SBAS电离层改正数和星历时钟改正数的综合影响。利用240天共100个国际全球导航卫星系统(GNSS)服务组织(IGS)测站的数据对美国广域增强系统(WAAS)和欧洲地球静止轨道导航重叠服务(EGNOS)的性能进行评估。结果表明:WAAS和EGNOS格网电离层垂直误差(GIVE)参数的完好性分别为99.96%和99.91%,电离层延迟改正精度达到0.56 m。WAAS和EGNOS伪距域完好性优于99.999%,经改正后的GPS用户测距误差(URE)精度达到0.34 m。WAAS 95%的水平和垂直定位误差为1.19 m和1.72 m,EGNOS的则为1.18 m和1.68 m。评估时段内均未发生完好性风险事件,验证了测地型接收机用于SBAS服务性能评估的可行性。WAAS在一类垂直引导进近(APV-I)阶段的定位精度平均可用性为99.9%,二类垂直引导进近(APV-II)阶段在服务中心区域的定位精度可用性为80%~95%;EGNOS APV-I阶段平均定位精度可用性为99.9%,APV-II阶段平均定位精度可用性为94.2%,可用性较高,主要是由于EGNOS评估测站多处于服务区中心。SBAS定位精度可用性在服务区边缘部分下降较明显。

非均匀热流影响超临界二氧化碳流动换热数值研究
代威, 石申舟, 付衍琛, 左洋
2024, 50(10): 3074-3083. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0769
摘要:

针对部分极端工况下表面热流密度高、分布不均匀的特点,采用数值计算分析方法研究非均匀热流对超临界二氧化碳流动与换热特性的影响。针对内径为4 mm水平圆管内超临界压力二氧化碳的流动传热,依次在相同总热流不同变化斜率、不同总热流相同变化斜率的2组线性非均匀热流工况下进行数值模拟,得到线性非均匀热流工况下热物性分布、浮升力影响对流换热特性规律。仿真结果表明:相较于均匀热流,非均匀热流工况下加热段入口处附近上壁面传热恶化更严重,线性非均匀热流分布下该处管壁温度可达均匀热流工况下的1.85倍;对给定的实际表面热流边界条件下的超临界二氧化碳流动换热进行数值仿真,加热段入口处上壁面最大温度达出口温度的3.41倍,改变流动方向后这一比值降低到1.50,据此对采取超临界二氧化碳为工质的相关冷却方案给出了建议。

基于本体的软件安全漏洞模式
胡璇, 陈俊名, 李海峰
2024, 50(10): 3084-3099. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0783
摘要:

针对软件缺陷与软件安全漏洞研究中存在的概念混淆问题,对DevSecOps框架下的软件安全漏洞生存期进行研究。基于软件安全漏洞生存期引入漏洞的4种情况,结合漏洞的特点提出软件安全漏洞模式定义,并采用本体方法进行表示。本体是概念化明确的规范说明,能够解决软件安全漏洞研究领域存在的二义性、不一致性、难以共享,以及由分析知识分散所导致的对人员知识和经验过度依赖的问题。以软件安全漏洞模式的分析为基础,兼顾宏观事件表现,构造漏洞分析的3层模型,即事件表示层、行为动作层和漏洞技术层。实例应用所构模型的层次结构实施渗透测试,包括安全风险分析、威胁建模、漏洞分析及渗透攻击等。实验结果表明:基于所提软件安全漏洞模式本体库的改进渗透测试具有科学性和有效性。

基于视觉Transformer飞行员姿态估计
吴红兰, 刘豪, 孙有朝
2024, 50(10): 3100-3110. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0811
摘要:

人体姿态估计是行为感知领域中的一个重要环节,也是民用飞机驾驶舱智能交互方式的一项关键技术。为建立民用飞机驾驶舱复杂光照环境与飞行员姿态估计模型性能的可解释联系,提出基于视觉Transformer飞行员姿态(ViTPPose)估计模型,该模型在卷积神经网络(CNN)主干网络末端使用包含多层编码层的双支路 Transformer 模块,编码层联合 Transformer 和空洞卷积,在增大感受野的同时捕捉后期高阶特征的全局相关性。基于飞行机组标准操作程序,建立飞行模拟场景下的飞行员操纵行为关键点检测数据集,ViTPPose估计模型在此数据集上完成飞行员坐姿估计,并通过与基准模型对比,验证了其有效性。在驾驶舱复杂光照的背景下,构建坐姿估计热图,分析ViTPPose估计模型对光照强度的偏好,测试其在不同光照等级下的性能,揭示其对不同光照强度的依赖关系。

侧风对直升机沙盲特性的影响
谭剑锋, 杨宇霄, 张卫国, 王世雄, 吕琳
2024, 50(10): 3111-3122. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0794
摘要:

直升机旋翼与地面复杂干扰流场诱导沙床沙粒运动,形成沙盲现象,然而侧风改变旋翼与地面干扰流场,改变沙云形态和沙盲现象。因此,将侧风作用项嵌入基于黏性涡粒子的旋翼/地面气动干扰模型,体现侧风对旋翼与地面干扰流场的作用,并基于离散单元法的沙粒动力学模型,增加侧风引起的气动力,体现侧风对沙粒运动的作用。研究侧风对直升机前飞沙盲特性的影响,并分析侧风速度、风向对直升机沙盲特性的影响规律。结果表明:侧风对直升机沙盲沙云形态影响显著,且左侧风显著增强沙尘浓度,而迎风状态减小沙尘浓度;随着侧风速度的增加,左侧风状态下的沙尘浓度先增加后减小。

采用温度梯度的干燥反应器H2O穿透深度评估方法
张勇平, 卞强, 杨润泽, 张震, 白攀峰
2024, 50(10): 3123-3130. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0764
摘要:

针对空间站CO2去除系统中干燥反应器对H2O穿透深度缺乏直接评估手段的问题,提出利用干燥反应器内部温度传感器的温度梯度特性来间接评估的方法;根据硅胶材料吸附H2O放热、脱附H2O吸热的物理特性,结合温度传感器在干燥反应器中的深度位置,分析了不同边界条件下温度传感器数据曲线在吸附及解吸周期内的变化特性,提出反映干燥反应器H2O穿透深度的指标集和评估方法;并对所提方法在系统的密闭舱试验中进行了验证,验证结果表明了指标集的合理性和所提方法的有效性。

基于时序知识图谱的电力设备缺陷预测
纪鑫, 武同心, 杨智伟, 余婷, 李君婷, 何禹德
2024, 50(10): 3131-3138. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0801
摘要:

随着电力设施规模的日渐增长,对于电力设备的运行监测成为电力系统管理的一个重要内容。电力设备的缺陷预测是电力系统运行监测的关键步骤。为解决对大规模电力系统中的电力设备进行缺陷预测的问题,结合人工智能技术,提出一种基于时序知识图谱的电力设备缺陷预测模型。通过注意力机制对多模态信息进行融合,利用关系感知的图神经网络和循环神经网络得到实体和关系的时序表示,基于时序表示对电力设备进行缺陷预测。提出基于图神经网络的时序知识图谱推理方法能够充分利用多模态信息,提升电力设备缺陷预测的准确率。实验表明:所提模型性能优于基线模型。

基于自适应参数优化RSSD-CYCBD的行星齿轮箱复合故障诊断
孙环宇, 杨志鹏, 王艺玮, 郭琦
2024, 50(10): 3139-3150. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0773
摘要:

针对行星齿轮箱多振源耦合导致故障源辨识困难、较弱故障特征容易被噪声和较强故障特征掩盖,以及由传播路径引起的信号衰减导致的故障特征微弱等问题,提出一种自适应参数优化的共振稀疏分解(RSSD)和最大二阶循环平稳盲解卷积(CYCBD)的行星齿轮箱多故障耦合信号分离及诊断算法。根据轴承和齿轮故障的不同共振属性,用RSSD算法将多故障耦合信号分解为包含齿轮故障特征的高共振分量和主要包含轴承故障特征的低共振分量后,通过CYCBD算法分别对高、低分量进行解卷积,消除传播路径影响和噪声干扰,实现微弱故障特征的增强和提取。特别地,针对RSSD和CYCBD中参数优化困难、依赖人工经验和自适应差等问题,使用基于松鼠算法(SSA)对参数进行自适应优化选取,设计了融合包络谱峭度、自相关函数最大值均方根和特征频率比在内的复合指标作为优化目标。对解卷积后的信号进行包络解调提取故障特征频率,识别不同故障源。通过行星齿轮箱多故障模拟信号和实测信号验证了所提算法的有效性和可行性,进一步地,将所提算法集成在边缘计算设备中,为行星齿轮箱等旋转机械的状态检测诊断及远程运维提供解决方案。

面向突防的滑翔制导炮弹弹道规划方法
尹秋霖, 陈琦, 王中原, 王庆海
2024, 50(10): 3151-3161. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0049
摘要:

针对滑翔制导炮弹在不可避免的威胁区域内选择突防方案的问题,从量化威胁值的角度建立了敌方防御手段的数学模型,基于模型设计了全程综合威胁值最低的规划指标,提出考虑目标防御威胁的弹道规划方法。为实现滑翔制导炮弹全程飞行过程中初始弹道倾角、偏角、火箭点火时刻、滑翔启控时刻等各参数的最佳匹配,建立了多阶段全弹道规划模型,并采用hp自适应伪谱法将最优控制问题转换为非线性规划问题求解。通过仿真验证了在该指标下滑翔制导炮弹对目标防御的规避效果,分析了影响有效性的因素。与传统弹道规划方法进行对比,证明了所提方法的优越性。

基于SINS/OD/高度计的车载重力异常测量方法
李新宇, 张志利, 周召发, 常振军, 赵芝谦
2024, 50(10): 3162-3171. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0766
摘要:

车载重力测量沿地球表面实施,其较慢的速度和机动灵活的特点为高精度地面重力测量提供有利条件。传统动基座重力测量严重依赖全球定位系统(GPS)而无法实现完全自主性,基于捷联惯导(SINS)/里程计(OD)/高度计组合导航提出一种新的自主无源车载重力异常测量方法。组合导航系统提供了高精度的比力、姿态和载体加速度信息,气压高度计用于抑制高度通道的发散,通过直接差分法即可实现重力信息的获取;对比了以航位推算位置(SINS/DR) 、里程计速度(SINS/OD) 、位置速度(SINS/DR/OD)为量测和传统SINS/GPS 这4种方法的测量精度,分析量测选择对所提方法测量效果的影响。重复测线仿真及单测线跑车试验结果表明:所提方法可以实现完全自主的车载重力异常测量,相比传统SINS/GPS方法具有普遍的精度优势, SINS/OD与SINS/ DR/OD测量精度相差不大,且优于SINS/DR测量方法。

连续变弯度后缘飞机的滚转机动载荷减缓
雷朝辉, 杨超, 宋晨, 金天燚, 吴志刚
2024, 50(10): 3172-3182. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0772
摘要:

变弯度后缘机翼具有变形连续、阻力较小、气动噪声较低等优势,越来越多地应用于新概念飞行器的设计之中。基于此,提出一种基于变弯度后缘的飞行器刚弹耦合动力学建模方法,并针对变弯度后缘飞机缩比模型开展了滚转机动仿真分析与风洞试验。结果表明:变弯度后缘可以操纵飞机在2 s内进行180°滚转机动。相较于外侧后缘单独变形,通过内外后缘协同变形可以降低30%以上的滚转机动附加载荷。另外,对比表明滚转角仿真结果与风洞试验数据误差小于6%,验证了所提方法的准确性。

点接触共轭渐开线蜗杆副啮合理论及性能分析
任雯, 李杰, 王天羽, 李海涛
2024, 50(10): 3183-3195. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0778
摘要:

点接触共轭渐开线蜗杆传动可以降低蜗杆副对制造、装配等误差的敏感性,并能保证传动精度。基于微分几何和齿轮啮合原理,构建了含有制造和安装误差的点接触共轭渐开线蜗杆传动数学模型,研究了螺旋角、模数、压力角等主要设计参数对啮合性能的影响规律,并进行了传动副对制造和安装误差敏感性的研究。通过仿真实验验证了接触区的分布情况。研究结果表明,含有制造和安装误差时,传动副的瞬时传动比恒定;选取适中的螺旋角、较小的模数及较小的压力角会增大接触区的面积,提高传动副的重合度;传动副对制造和安装误差均不敏感,但应尽量减小或避免制造和安装轴交角造成的误差。通过仿真分析得到接触区和重合度与理论计算结果一致,验证了所提理论的正确性。

基于行为特征的雷达辐射源威胁评估
王俊迪, 王星, 田元荣, 陈游
2024, 50(10): 3196-3207. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0848
摘要:

针对当前雷达辐射源威胁评估对精确侦察数据依赖性较大的问题,提出一种基于行为特征的雷达辐射源威胁评估算法。从辐射源目标行为特征和数据融合理论出发,建立基于行为特征的辐射源威胁评估体系,并采用模糊理论和Vague数据集对各子行为进行表示;考虑到指标间的耦合性和空战的高动态性,利用改进的区间灰色关联度修正初始权重,建立以距离为自变量的态势状态函数,为各子行为动态赋权;采用改进的雷达图法计算威胁目标的威胁程度。仿真结果表明:所提算法具有较好的准确性和适应性。

振镜电机系统高性能数模混合驱动控制方法
赵家康, 郭宏, 徐金全
2024, 50(10): 3208-3218. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0790
摘要:

为满足振镜电机系统高精度和高动态性能的控制需求,提出数模混合架构和扩张状态观测器(ESO)-滑模控制(SMC)复合的高性能驱动控制方法。采用基于数字式控制器和模拟式驱动器的数模混合架构设计,一方面便于实现高性能的非线性控制算法,另一方面能够消除数字式驱动器中脉冲宽度调制(PWM)技术导致的高频电流纹波。基于ESO和SMC复合的振镜电机位置环控制方法,通过ESO估计系统的各种扰动,利用SMC实时消除扰动影响,显著地提升了振镜电机系统的动态性能和鲁棒性。仿真和实验结果表明:相较于比例-积分-微分(PID)控制器,所提方法能够有效地提升系统的鲁棒性和动态响应性能,其中动态响应性能提升了29.4%。

基于MDk-DPC的空中目标自动分群方法
马钰棠, 孙鹏, 张杰勇, 闫云飞, 赵亮
2024, 50(10): 3219-3229. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0797
摘要:

空中目标分群本质上是一个类数未知的聚类问题,也是战场态势估计领域中的研究热点。针对未知的空战场环境,从聚类角度提出一种基于流形距离和k近邻采样密度的MDk-DPC算法。引入流形距离代替欧氏距离,以增加同一流形中目标的相似性;利用k近邻计算目标的局部密度,使其能更真实地反映目标周围分布;通过自适应选取聚类中心方法确定聚类中心,并运用密度峰值算法指定剩余点类别完成分群。仿真实验表明,所提方法在人工合成数据集和UCI真实数据集上均有更好的聚类性能,同时通过对空战场仿真数据进行分群验证了所提方法的可行性和有效性。

机载导航设备辅助的LEO卫星定位方法与仿真验证
徐鉴名, 黄智刚, 李锐
2024, 50(10): 3230-3238. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0759
摘要:

复杂电磁环境下全球导航卫星系统(GNSS)容易被欺骗和干扰导致不可使用,而近地轨道(LEO)通导一体化卫星系统具有落地功率高和星座几何形状变化快的优势,是一种很好的应急备份导航源。但大多数LEO卫星系统在中低纬度地区可见卫星的数量仅有1~2颗,无法实现实时动态定位。因此,提出一种基于机载惯性导航系统(INS)、气压计辅助的组合定位算法,将INS、气压计当作伪卫星使用,通过配置原子钟联合来解决可观性不足的问题。所提算法利用LEO卫星观测数据修正INS的误差,同时针对可观性不能定量分析的问题提出一种衡量滤波器稳定的可估计性指标。仿真验证表明:所提算法利用LEO观测数据在9 min内将INS误差降低了60%左右,定位误差达到50 m以下,能够实现实时、稳定定位,提出的可估计性指标也能够衡量系统的稳定性。

变弯度柔性后缘机翼动响应减缓试验
张育鸣, 戴玉婷, 尉濡恺, 胡雅婷, 杨超
2024, 50(10): 3239-3249. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0761
摘要:

变体飞行器能显著提升飞行器的气动性能,而变弯度柔性后缘是实现变体飞行器的重要方式之一。为探究柔性后缘动态偏转下机翼动响应特性及减缓效率 ,设计了一个变弯度柔性后缘机翼模型并开展了风洞试验。该机翼模型由承弯翼梁和6个3D打印的翼段组成。其中,2个翼段后缘分别设计2个变弯度柔性后缘舵面,这2个舵面分别用于动响应激励和动响应减缓控制。变弯度柔性后缘舵面由数字舵机、柔性索、波纹板结构和聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性蒙皮组成。对变弯度柔性后缘进行地面静态偏转试验和地面动态偏转试验测试,以研究后缘弯度变形规律及舵机动态时滞特性。在此基础上,在低速风洞试验中研究变弯度柔性后缘机翼动响应规律和基于变弯度柔性和闭环反馈控制的动响应减缓效率。风洞试验结果表明:机翼的翼尖加速度响应及翼根弯矩在频率为1.5~4 Hz时先增大后减小,并在接近机翼一弯频率时达到峰值。采用PID控制律和变弯度后缘进行闭环反馈控制后,在风速20 m/s、扰动频率2.2 Hz时翼尖加速度最大减缓效率达到70.18%,翼根弯矩的最大减缓效率为68.14%。此外,还提出了动响应减缓效率为正值的理论公式并分析了动响应减缓效率的影响机制和因素。

进口拐角波系对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响
陈冲, 葛建辉, 徐惊雷, 苏鹏, 俞凯凯
2024, 50(10): 3250-3261. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0768
摘要:

为了探究进口拐角波系对超燃冲压发动机喷管的壁面压力分布作用机制,考虑进口拐角波系对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响,开展不同拐角波及其强度对喷管气动参数影响的数值模拟分析。进行数值方法有效性和网格无关性验证,利用不同的前后台阶来形成进口拐角波系,研究了不同波系和波系强度对喷管气动性能的影响。结果表明,进口拐角波系造成的进口非均匀对喷管气动性能造成显著影响,其中推力系数在上下壁面存在后台阶时最大增加13.98%,升力在下壁面前台阶时提高94.32%,而俯仰力矩则在上壁面前台阶、下壁面后台阶时最多降低35.47%。当喷管进口存在单侧前台阶时,随台阶高度增加,升力与俯仰力矩的变化趋势一致;而喷管进口存在单侧后台阶时,结论相反。此外,壁面台阶对喷管性能的影响是相互独立的,且基本符合线性叠加原理。

链上、链下协同的智能合约即服务问题
刘浩宇, 马泽祁, 叶亚飞, 胡凯
2024, 50(10): 3262-3273. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0784
摘要:

智能合约是区块链上的一种软件服务,具有价值传导、契约性和可信性等特点,当前各区块链系统上的智能合约数量越来越多,应用范围越来越广泛,传统智能合约的局限性也日益增大。隔离沙箱环境执行使智能合约与外界交互困难、资源受限、从而限制了智能合约的使用场景和性能。同时,传统的云服务等链下服务存在中心化风险,缺乏信任机制保障。提出智能合约即服务方案,提供链上合约与链下服务协同的方法,通过链下服务的链上认证,将服务生命周期纳入区块链管理,使之具有合约服务的可信化特点,以支持服务的注册、定制和组合;提出基于交易触发与事件驱动的通信与协同方法,在面对复杂业务场景或高资源需求任务时智能合约可与扩展服务组合构建工作流。经实验验证表明,智能合约即服务可以极大地拓展合约应用场景,通过将合约内执行的高资源耗费任务卸载到计算型扩展服务可提供更高的性能,性能优势与链下加速比正相关,如在执行1 200维矩阵乘法运算的任务时,性能可提升64%。

相变储能拓扑翅片的性能研究
殷健宝, 邢玉明, 王仕淞, 叶梦岩, 王子贤, 侯煦
2024, 50(10): 3274-3282. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0803
摘要:

为强化翅片管式储能系统的传热速率和相变材料域的温度均匀性,基于带惩罚的固体各向同性材料方法,以两种分形结构和对应翅片体积分数为参数,采用月桂酸为相变材料,进行了拓扑优化设计,并对比研究了拓扑优化的强化导热效果和温度均匀性。研究表明:壁面温度20 ℃时,拓扑优化有更好的导热效果,比分形优化分别减少21.18%和12.68%的总凝固时间,相变材料温度最高降低了7.33 ℃和4.30 ℃,平均降低了0.98 ℃和3.85 ℃;拓扑优化也具备更好的温度均匀性,相变材料平均方差分别为对应分形的33.38%和72.13%;壁温偏离拓扑的设计参数时,其热性能也基本未发生改变。以上结果传导为翅片设计提供了一定参考。

一种基于多链协同的联盟链改进模型
赵鲜鲜, 谭海波, 赵赫, 周桐, 程昊天, 李金泽
2024, 50(10): 3283-3296. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0814
摘要:

监管友好、性能优异的联盟链是我国政务和商用区块链的首选。然而联盟链通常因为有效节点少、节点独立性低和发展能力弱的原因,降低系统的可靠性。因此提出了同盟链:一种通过协同多个联盟链来提升系统可靠性的模型。同盟链通过联盟链间相互层叠存储链上数据降低联盟链历史数据被篡改的可能性,通过协同存储区块链加密数据保障账本数据恢复能力;使用聚合签名、数据完整性验证等方法解决数据传输完整性、来源真实性问题;设计双向数据存在性验证方法检验传输数据的连续性,确保协同数据相互背书的真实性;通过与现有方案进行通信、存储和计算消耗上的对比来验证本方案的有效性。

常见问答