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2024年  第50卷  第4期

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2024年, 第50卷, 第4期
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飞行器旋转翼折展过程动稳定性研究进展
甘文彪, 左振杰, 向锦武, 赵忠良, 蔡军, 马上
2024, 50(4): 1053-1064. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0469
摘要:

旋转翼是一种可绕固定轴旋转变体的机翼,广泛应用于新型无人机、巡飞弹、航空炸弹等飞行器,其折展过程中的动稳定特性是决定旋转翼飞行器设计成败的关键基础问题。基于此,梳理了近年来飞行器旋转翼折展过程动稳定机理的研究进展。介绍了旋转翼发展历程及其面临的折展动稳定关键问题;从非定常气动数值模拟、非定常动态特性数值模拟、CFD/RBD一体化耦合数值模拟3个层次阐述了折展过程动稳定数值模拟进展;介绍了旋转翼折展扰动下的非线性动力学建模及动稳定性分析的现状;分析了旋转翼折展动稳定性机理的风洞试验验证情况;总结了旋转翼折展过程动稳定研究面临的科学问题,并提出了可行的研究方向。

机场航班时刻资源管理研究进展
王艳军, 水笑雨, 王梦尹
2024, 50(4): 1065-1076. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0425
摘要:

繁忙机场都会面临严重的交通拥堵和航班延误问题。解决该问题的一个有效手段是对机场航班时刻资源进行优化管理。全面介绍了航班时刻资源管理相关的研究进展,系统回顾了机场公布容量设置、机场航班时刻配置的主要方法和手段。从公布容量确定、单机场、机场网络层面和机场群航班时刻配置及航班时刻配置技术复杂性等方面,得出机场航班时刻资源优化配置的关键技术问题。展望了机场航班时刻资源管理的主要方向,并对下一步研究提出建议。

超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝实验
韩凤起, 张德远
2024, 50(4): 1077-1084. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0453
摘要:

针对钛合金低频扭转振动攻丝效率偏低的问题,提出了超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝方法。进行了超声纵扭振动攻丝实验、不同切削液的复合振功攻丝实验和变参数复合振动攻丝实验,研究复合振动攻丝的工艺效果及参数变化的影响规律。实验结果表明:超声纵扭振动增强了切削液的润滑效果,降低了攻丝扭矩,与普通连续攻丝相比,M3螺纹孔的超声纵扭振动攻丝可降低攻丝扭矩约18%;在所选参数范围内,与低频扭转振动攻丝相比,复合振动攻丝最大可降低攻丝扭矩约30%;复合振动攻丝降低攻丝扭矩的效果,随净切削量、主轴转速的增大和回退量的减小而降低。

引入ESO的永磁超环面电机无模型预测电流控制
刘欣, 王正阳, 王晓远
2024, 50(4): 1085-1096. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0495
摘要:

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐标系下建立该电机的时变数学模型;利用永磁超环面电机系统的输入与输出,建立该电机具有时变比例因子的超局部模型,同时引入ESO对超局部模型的干扰部分进行实时估计,并利用朱利稳定判据证明了ESO的稳定性;结合延时补偿的DPCC预测得到参考电压矢量,从而实现永磁超环面电机的MFPCC-ESO策略。对参数匹配和失配下永磁超环面电机MFPCC-ESO策略与DPCC策略进行对比分析,仿真结果表明:MFPCC-ESO策略下的永磁超环面电机具有优越的动态和稳态性能及强鲁棒性,同时该控制策略还能有效降低永磁超环面电机的输出波动。

跨级融合门控自适应网络用于视网膜血管分割
梁礼明, 余洁, 陈鑫, 雷坤, 周珑颂
2024, 50(4): 1097-1109. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0410
摘要:

针对现有多数算法对浅层特征提取不足,导致分割结果中血管边界模糊、毛细血管欠分割且包含噪声等问题,提出一种跨级融合门控自适应网络。该网络中的密集门控通道变换模块,通过促进通道之间的竞争或协同关系充分提取浅层特征信息,避免浅层粗粒度特征信息丢失;通过跨层次融合模块捕获各层跨维度交互信息,有效聚合多尺度上下文特征;采用双自适应特征融合方法有效引导相邻层次特征融合,抑制噪声。在公共数据集DRIVE、CHASEDB1和STARE上进行验证,结果表明:所提网络准确率分别为0.9652、0.9668和0.9695,F1值分别为0.8544、0.8152和0.8412,在多个指标上均处于较高水平,优于现有先进算法。

基于时频分析的机场跑道平整度评价方法
齐麟, 杨帅, 解镇州, 金天昱, 黄信
2024, 50(4): 1110-1116. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0459
摘要:

机场跑道平整度是道面评价的重要内容,目前常用的平整度评价方法无法确定不平整在跑道上的分布情况,也无法针对不同机型飞机的滑跑安全性进行分类评价。基于此,提出了一种基于时频分析的跑道平整度评价方法。基于飞机三自由度动力模型,采用参数化分析方法对飞机以不同速度在具有不同振幅、不同波长的不平整跑道上滑跑时飞机重心处竖向加速度均方根分布特征进行统计分析;反算飞机重心处竖向加速度均方根为0.25g和0.4g时对应的跑道不平整信号的振幅、波长与滑跑速度,建立基于跑道不平整信号频域信息与飞机滑跑速度的飞机滑跑安全振动判断曲面;采用S变换方法对机场跑道高程进行时频分析,得到跑道不同位置处不平整信号的波长与振幅分布曲面;分析飞机在跑道上不同位置的滑跑速度,以坐标位置代替滑跑速度,形成基于跑道不平整信号频域信息与跑道位置的飞机滑跑安全振动判断曲面;与S变换获得的曲面叠加,得到基于时频分析的跑道平整度评价曲面。与现有评价方法相比,所提方法可以对跑道具体位置的平整度情况进行评价,并能够根据不同的机型对跑道平整度分级评价。

基于ECSDNN的航空安全事件风险等级预测
冯霞, 桑潇, 左海超
2024, 50(4): 1117-1128. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0473
摘要:

航空安全事件风险等级预测是主动风险管理的重要手段。考虑海量航空安全事件数据呈现的高维复杂、类不平衡等特性,提出一种基于集成代价敏感深度神经网络(ECSDNN)的航空安全事件风险等级预测方法。采用分类型属性嵌入特征编码和数值型属性拼接的方法实现航空安全事件数据的特征表示;综合考虑错分比例和固定代价设计代价敏感矩阵和代价敏感损失函数,构建基于代价敏感深度神经网络(CSDNN)的基分类器模型;采用硬投票方法,集成多个参数不同、性能各异的基分类器,构建航空安全事件风险等级预测模型。在航空安全事件报告系统(ASRS)数据集上的实验结果表明:相比基准算法,所提ECSDNN模型的预测准确率提升了4.51%;相比单个CSDNN基分类器,所提ECSDNN模型的预测准确率提升了3.17%。验证了基于ECSDNN的航空安全事件风险等级预测方法的有效性。

30% HNO3对2195铝锂合金预腐蚀疲劳特性研究
刘德俊, 田干, 李玉龙, 张炜, 张有宏
2024, 50(4): 1129-1137. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0445
摘要:

模拟液体导弹贮箱材料和使用特点,进行2195-T8 铝锂合金在30% 硝酸溶液中预腐蚀不同时间后的疲劳试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)及透射电子显微镜(TEM)等显微表征方法,研究了预腐蚀对疲劳性能的影响。结果表明:预腐蚀表面形貌以晶间腐蚀和点蚀为主,在轧制方向上形成条带状腐蚀链,其产生与长条形晶界和金属间粒子连续腐蚀作用相关; 经预腐蚀后,铝锂合金试样在210 ,280,330 MPa中等应力幅下的预腐蚀疲劳寿命较无腐蚀试样有所增加,16 h腐蚀试样寿命提高最为明显,其原因是腐蚀通过将合金表面微裂纹、孔洞等缺陷消除、增加表面粗糙度等方式,降低了应力集中程度,进而延缓了疲劳裂纹萌生。

基于AESL-GA的BN球磨机滚动轴承故障诊断方法
王进花, 汤国栋, 曹洁, 李亚洁
2024, 50(4): 1138-1146. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0428
摘要:

针对基于知识的贝叶斯网络(BN)构建方法存在不完全和不精确的缺点,提出一种基于知识引导和数据挖掘的BN结构构建方法。针对单一信号故障诊断结果不精确的问题和故障信息中存在的不确定性问题,将电流信号与振动信号融合建立BN的特征节点,分别提取2种信号的故障特征参数,利用区分度指标法进行特征筛选,将其作为BN结构特征层的节点。将专家知识构建的初始BN结构结合自适应精英结构遗传算法(AESL-GA)进行结构优化,通过自适应限制进化过程中的搜索空间,减少自由参数的数量,提高其全局搜索能力,得到最优BN结构。通过MQY5585溢流型球磨机滚动轴承实测数据和Paderborn University轴承数据集对所提方法进行验证,结果证明了所提方法的有效性。

基于装卸顺序的中型机多航段协同配载优化
赵向领, 李云飞, 王治宇, 徐吉辉, 李鹏飞
2024, 50(4): 1147-1161. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0439
摘要:

多航段、多经停的航空货运航班,飞行过程中需要合理控制飞机的重心(CG)位置,保持平衡状态,中转站装卸操作过程中需要避免额外装卸操作,减少时间和劳力浪费,因此,研究多航段航班的协同配载问题具有重要现实意义。根据航空器自身特点与集装器(ULD)装卸顺序,结合各航段飞机装载平衡与过站机场ULD装卸操作要求,通过协调分配各航段ULD和散货位置,建立了中型机联程航班多目标整数线性规划模型。模型考虑了ULD和散货的质量、体积及与舱位的匹配限制,航空器限重、舱位限重、舱位及区域累积限重、上下舱联合限重和CG位置的平衡限制,以及前后航段ULD和散货的连接性约束。根据造成中间机场额外装卸操作的2种原因,基于装卸顺序,提出装卸优化模型,通过ULD的舱内平移,优化了CG,减少了装卸次数。以B757-200F机型为例,在两装一卸、一装两卸和两装两卸3种场景下,采用商用求解器Gurobi,分别针对3种不同目标函数组合进行求解和分析对比。实验表明:所提模型可以有效协调过站货物的额外装卸次数,优化前后两航段的CG位置。

北斗三号仅用作追踪的机载设备适航要求分析
马振洋, 周中华, 张帆, 王鹏, 柯炳清
2024, 50(4): 1162-1175. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0452
摘要:

随着北斗三号卫星导航系统服务正式开通,北斗二号相关适航标准已无法满足当前机载设备应用场景需求,严重制约了北斗在民航领域的应用进程,急需开展北斗三号相应标准的研究与制定。针对北斗在民用航空器中应用第1阶段“仅用作航空器追踪”,对北斗二号与北斗三号开展差异性分析,提出标准修订总体方案,综合考虑适航安全性、机载设备应用场景,结合工业实践,根据设备构型提出指标修订方案,形成审定要素及符合性方法建议,为设备研发与适航取证提供标准支持。仿真分析了设备天线增益、卫星可见性等关键参数,验证了所修订技术指标的正确性。

基于数值延拓的日月综合借力DRO入轨策略
张晨
2024, 50(4): 1176-1186. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0494
摘要:

远距离逆行轨道(DRO)是地月空间中的一类周期轨道,这类轨道具有长期稳定、入轨能量低的特点,可作为未来载人月球和载人火星任务的中转站。对于地球至DRO的两脉冲入轨任务,采用日月综合借力(即同时使用弱稳定边界(WSB)和月球借力(LGA))可以最大化入轨质量,但是这类轨道对初值非常敏感。使用日月综合借力拓展DRO入轨脉冲包络,改进构造方法和提供解析梯度大幅提高多步打靶收敛率,提出2层伪弧长延拓方法进一步降低任务总脉冲。数值仿真采用共振比为2∶1的DRO,脉冲最低解采用“LGA+WSB+2LGA”的飞行模式,飞行时间为123天,近地轨道发射脉冲为3.125 km/s,DRO入轨脉冲仅为19.7 m/s。

空中交通CPS结构特性及韧性评估
王兴隆, 魏奕雯, 贺敏
2024, 50(4): 1187-1196. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0313
摘要:

针对空中交通体系结构复杂、耦合性强、脆弱性高的特点,为缓解因受扰导致的级联失效现象,对其结构韧性进行研究。建立了空中交通信息物理系统(CPS)模型,提出同层度与层间度、同层介数与层间介数等指标,分析级联失效过程;提出空中交通CPS韧性的概念,并采用定量评估方法对受损能力和恢复能力进行度量;对比不同扰动-恢复策略下的空中交通CPS表现,制定最佳恢复策略,提高受扰时的韧性。以华东地区空中交通CPS为例进行分析,结果表明:空中交通CPS网络度分布服从幂率分布,介数服从指数分布;在基于介数度值扰动下,采用介数恢复策略可以有效提高受扰时空中交通CPS的韧性。

基于模型预测控制算法的精确着舰控制方法
万兵, 苏析超, 汪节, 韩维, 李常久
2024, 50(4): 1197-1207. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0383
摘要:

针对舰载机着舰过程中的航母运动、舰尾流扰动等影响,提出一种基于模型预测控制-线性二次型高斯(MPC-LQG)算法的精确着舰控制方法,开展飞机纵向通道的精确着舰控制研究。对飞机纵向动力学、舰尾流、航母运动、轨迹跟踪等,进行建模和分析。对MPC-LQG算法进行融合,以实现轨迹跟踪控制,核心思想是:模型预测控制进行航母运动补偿;设计全维状态观测,实现全状态反馈,以实现最优着舰控制。对不同的着舰情况和初始条件进行算法仿真,并与其他算法进行仿真比较。仿真结果表明,所提方法的轨迹跟踪效果很好,高度偏差0.1~0.2 m;相比传统着舰控制,所提方法动态响应快、着舰精度高。

双余度机电作动系统动态力均衡控制方法
孙晓哲, 吴江, 石林轩, 杨建忠
2024, 50(4): 1208-1218. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0466
摘要:

飞机多电/全电化技术的发展使得余度机电作动系统广泛应用于飞控舵面作动系统中,但其在主动/主动工作模式下由于作动器输出不同步而造成的力纷争问题仍需解决。针对该问题,建立了系统完整的线性数学模型,分析了动态力纷争的来源和机理,研究并提出了基于速度和加速度前馈补偿控制、基于力差值反馈的PID控制联合作用的动态力均衡控制方法,并对其均衡能力及鲁棒性进行验证,结论得出所提方法不仅可以有效地减弱摩擦、间隙和指令延迟这3个因素造成的动态力纷争,还对系统中各种参数的扰动有一定的鲁棒性。

变速条件下流体动压效应稳健性分析
张泽斌, 景世钊, 袁少朋, 石明辉
2024, 50(4): 1219-1228. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0480
摘要:

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设计目标。以高速动压油膜为研究对象,为掌握几何参数和转速对油膜承载性能波动的影响,进行稳健优化和分析,提取油膜性能稳健优化结果的特征区域。针对传动系统的不同需求,采用计算流体力学方法求解不同转速下的动压滑动轴承油膜压力场,进而求解其主要性能指标:承载力和摩擦功耗。建立研究目标的Kriging近似模型,并在样本点临近区域选择稳健目标计算的子空间,计算目标均值和方差。利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解不同目标组合的Pareto最优解集。结合自组织映射图(SOM)方法进行相关性分析,提取设计目标与几何参数、转速之间的相关性特征,分析最优特征区域中偏心率对目标稳健性的影响,最终确定稳健性好的特征区域,并选择个别结果进行仿真计算验证。结果表明:所提出的最优性分析方法能够清晰展现出稳健最优性区域在设计空间中的分布情况,便于降低几何参数和转速的波动对油膜性能的影响;所提方法能提升优化设计结果的可实现性,有效促进理论设计与工程实际的衔接。

改进反激拓扑模式下远端稳压电源控制方案
张帅, 韩小文, 李儒鹏, 程鹏, 李正天, 王玉姣
2024, 50(4): 1229-1239. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0458
摘要:

为提高远端稳压电源的供电质量,最大限度的在高可靠性前提下保证发射设备输出电压快速、平稳地达到设定值,提出一种改进反激拓扑模式下远端稳压电源设计方式,并建立相应数学模型。设计了前置论域整定的模糊比例积分微分(PID)控制算法,通过论域整定模型将模糊PID参数直接映射到模糊规则下,消除试凑法偶然性的同时消除了量化因子对误差的放大作用,有效地避免了过度调整的现象;引用模糊逻辑来实时处理远端稳压电源的动态参量值,并根据反模糊映射函数将生成的量化值映射到控制元件。仿真环境模拟结果表明:与模糊PID控制相比,前置论域整定的模糊PID控制算法具有优良稳态性能,调节时间缩短48.1%,响应时间缩短了28.6%并降低到1.4 ms;与此同时,该控制方案能够有效地抵抗突发性干扰,稳压输出时间缩短了45.5%,响应时间缩短到37.5%。实验结果表明:前置整定模糊PID控制算法可以运用到实际工业环境中,与工业环境下传统控制算法比,前置整定模糊PID控制算法可以大幅提高远端稳压电源的供电质量,具备优良的鲁棒性。

典型立式轻工业建筑结构抗震性能实例研究
吴斌, 杨悦, 姚仰平, 王凇晗, 姜雪薇, 许立言
2024, 50(4): 1240-1250. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0405
摘要:

立式轻工业建筑结构存在大跨度、高空重载及竖向质量分布不均匀等特点,为研究该结构形式的振动响应特征,以某典型立式轻工业生产车间为背景,建立了精细化三维非线性计算模型,通过有限元仿真技术对该结构形式开展抗震性能研究。结果表明:通过合理设计,立式轻工业建筑结构能满足结构抗震设计要求,结构损伤呈由外及里的发展过程,塑性铰分布规律表现为高层多,低层少,重载层多,非重载层少的特点,在抗震设计过程中,应将重载楼层视为薄弱层予以加固,对外侧抗风柱应设置水平及垂直支撑,以延缓内部承载构件的损伤破坏,提高结构的整体抗震性能。此外,当结构存在大质量比可变荷载时,应该考虑其质量变化对结构动力特性的影响;当设备质量占比较小时,可忽略设备与结构之间的相互作用,抗震分析时可采用设备-结构固结模型进行简化计算。

嫦娥五号发动机降落羽流扬尘特性研究
张海燕, 李思新, 王鹢, 李存惠, 张小平, 王卫东
2024, 50(4): 1251-1261. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0447
摘要:

在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD) 两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管 1∶1 模型和真空羽流扩散侵蚀模型,研究了喷管在不同降落高度下的侵蚀速率,并计算了发动机距离月面高度为 0.5~2.0 m 范围时月尘颗粒的运动轨迹、扬尘角和速度特性。结果表明,基于剪切应力得到的最大侵蚀速率为8.83 kg/m2s,随着高度增加,侵蚀速率降低,与嫦娥五号降落相机相同高度下的分析结果一致。粒径为1、70 ìm 的月尘颗粒最大扬尘高度分别为 0.72、0.36 m,最大速度分别为 2520、1010 m/s。不同粒径月尘的扬尘角范围为 1.44°~2.27°,计算的扬尘角与 Apollo 探月任务中的结果相近。

无参数自适应罚函数的高效代理模型优化设计方法
张伟, 高正红, 王超, 夏露
2024, 50(4): 1262-1272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0451
摘要:

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题,罚函数法更加有效,但惩罚因子的设置对于罚函数方法影响很大,不合适的惩罚因子反而会损害优化效率,分析了优化过程中罚函数方法对惩罚因子的要求,提出了一种无参数自适应罚函数的代理模优化设计方法,引入基于样本分析的惩罚项,结合归一化目标值和约束值,在优化过程中动态调整惩罚因子,使优化能够尽可能地聚焦于可行域内,迅速收敛到最优解,实现样本的高效配置。通过带约束的函数算例和翼型优化算例证实,所提方法可以大幅提高飞行器气动外形优化设计效率。

RP-3航油火焰三维温度场和碳烟浓度场测量
左冰娴, 周宾, 戴明露
2024, 50(4): 1273-1281. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0415
摘要:

RP-3航空煤油是航空发动机的常用燃料之一,火焰温度及碳烟浓度分布作为反映燃烧状态最直接的参数,是燃料优化配比的重要数据支撑。针对三维测量中,重建路径计算的准确性受相机位姿影响的问题,提出了一种将三维辐射成像法与相机立体标定技术相结合的测量方法。数值模拟结果表明,所提方法可以在提供较高的空间分辨率的同时保证测量结果的可靠性。利用标定后的六相机测量系统,对RP-3、空气预混火焰进行了实验测量,获得了其三维温度及碳烟浓度分布。测量的空间分辨率为$1 \;{\mathrm{mm}}\times1 \;{\mathrm{mm}}\times1 \;{\mathrm{mm}} $,重建与热电偶测量温差的标准不确定度为0.58 K,证明了测量方法的精确性。

基于马蹄涡前缘吸气控制的压气机叶栅流动机理
唐耀璇, 刘艳明, 安宇飞, 孙运政
2024, 50(4): 1282-1291. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0461
摘要:

为探究从源头抑制角区分离的流动控制方法,采用数值模拟方法,以NACA65叶栅为研究对象,利用叶栅前缘端壁吸气技术控制马蹄涡,结合拓扑分析对叶栅通道内的三维流动结构进行精确重构,以研究前缘端壁吸气控制马蹄涡进而改善叶栅通道流场结构的机理。结果表明:叶栅前缘端壁吸气技术可以有效推迟马蹄涡形成并削弱其强度,同时在吸气狭缝末端形成一对反旋流向涡对,在向下游发展过程中与通道涡相互作用;前缘端壁吸气通过控制马蹄涡,降低端壁边界层厚度,叶栅前缘通道涡发展受限,由回流组成的叶表分离被抑制;前缘及压力面侧吸气(EPS)直接作用于马蹄涡压力面分支,通道涡强度进一步被削弱,角区分离模式由闭式分离转为不完全闭式分离。最后,对比最优吸气系数下不同方案出口总压损失,发现当吸气量为进口质量流量的0.2%时,EPS方案出口截面总压损失降低5.8%;并且通过调整吸气系数,可以获得较好的变工况控制性能。

可变弯度翼身融合布局气动特性分析与设计
王雨桐, 蓝庆生, 周铸, 杨体浩, 宋超
2024, 50(4): 1292-1307. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0493
摘要:

变弯度机翼在提高常规布局客机气动特性方面有较大的潜力,但也会引起全机俯仰力矩变化,考虑翼身融合布局飞行器力臂短、配平阻力较大的特点,研究变弯度技术在翼身融合布局飞行器上的减阻收益与配平惩罚。从工程实际出发,采用基于舵面偏转的方式实现后缘变弯度并对比分析不同展向位置处舵面的配平能力;然后利用全局优化方法开展变弯度气动减阻优化设计;最后对变弯度设计空间进行探索。结果表明:随着升力系数的改变,产生配平阻力最小的舵面位置也会发生变化。当不考虑俯仰力矩配平约束时,采用变弯度技术至多可以获得4.62%的减阻收益;在考虑俯仰力矩配平约束后,相比于采用中央体后缘舵面配平,采用变弯度技术至少能够减小2.4×10−4的配平损失。不同升力系数下,变弯度的舵面偏转组合方式存在明显差异,小升力系数下,多个舵面负偏的变弯度组合有利于减阻并增加抬头力矩;而大升力系数下则是通过多个舵面正偏的组合实现减阻,但会导致低头力矩增加。基于多舵面组合偏转的变弯度减阻收益与力矩惩罚评估,能为工程上设计可变弯度翼身融合布局飞行器提供参考。

基于图卷积网络的表格隶属关系抽取
张宇童, 李启元, 刘树衎
2024, 50(4): 1308-1315. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0382
摘要:

针对表格识别与分析领域中表内单元格间隶属关系抽取问题,定义表格隶属关系抽取任务,结合表格与图结构的相似性,给出表内单元格的图表示方法,并提出一种基于图卷积网络(GCN)的表格隶属关系抽取模型。所提模型通过GCN对表内单元格及其邻近格进行特征的聚合,预测单元格间是否存在隶属关系,实现关系抽取。为验证所提模型的有效性,标注中文表单Rel-forms及英文表格Rel-SciTSR 这2个数据集。通过实验,在上述2类数据集及联合数据集上F1分数分别达到98.61%、96.55%、97.05%,验证所提模型在此2个数据集上的有效性,并分别分析文本内容、坐标信息、单元格属性及格间相对方向等不同因素对隶属关系抽取实验结果的影响。

基于伪距残差和新息的GNSS/IMU抗差自适应定位算法
刘正午, 孙蕊, 蒋磊
2024, 50(4): 1316-1324. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0389
摘要:

在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量元件(IMU)组合导航系统中,抗差滤波和自适应滤波常被用于提高组合导航的定位精度。但是抗差滤波和自适应滤波所适用的条件不同,使用不当反而可能会降低组合导航的定位精度,针对此问题,提出基于伪距残差和新息的GNSS/IMU抗差自适应定位算法。所提算法基于伪距残差评估GNSS的定位质量,选择合适的滤波算法进行GNSS/IMU组合导航解算。在长时间GNSS定位质量较差时,基于新息和伪距残差判断是否IMU运动学推算误差大于GNSS观测值误差,从而根据判断的结果选择是否采用抗差因子。结果表明:所提算法相对于扩展卡尔曼滤波算法在东、北和天方向上分别提高36.05%、22.71%和56.22%的定位精度。

基于均匀圆阵矢量传感器的DOA和极化参数联合估计
时春鹏, 何华锋, 何耀民, 李震, 闫少强, 张孝宇
2024, 50(4): 1325-1335. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0390
摘要:

针对极化敏感阵列中非完备电磁矢量传感器多参数联合估计问题,提出一种基于三维电磁矢量传感器平面圆阵模型的波达方向(DOA)和极化参数联合估计方法。利用阵列流型矩阵的特性将四维谱函数进行解耦,严格证明DOA搜索与极化参数估计的不相关性,将四维谱搜索优化为仅与DOA相关的二维谱搜索,提出DOA谱峰搜索二级比较策略,可使雷达自动识别谱峰坐标,有效提高信号处理的实时性;提出一种基于精英反向学习和Lévy飞行的改进粒子群算法对极化参数进行估计,提高极化参数的收敛性能。通过与同类算法进行仿真对比,结果表明:所提算法在牺牲少量时间的条件下可提高估计精度。

航空发动机润滑系统故障知识图谱构建及应用
吴闯, 张亮, 唐希浪, 崔利杰, 谢小月
2024, 50(4): 1336-1346. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0434
摘要:

由于航空发动机润滑系统结构功能复杂,基于现有的健康管理系统开展故障诊断存在可解释性不足及高度依赖专家经验的问题,提出一套面向航空发动机润滑系统的故障知识图谱构建方法。在结合专家知识设计润滑系统故障知识图谱本体概念的基础上,采用双向长短期记忆(BiLSTM)神经网络和条件随机场(CRF)等深度学习技术实现知识自主抽取,并基于余弦距离和Jaccard相关系数法进行多源异构故障知识的融合。同时,基于构建的润滑系统故障知识图谱,实现润滑系统故障知识智能问答和故障归因分析应用。结果表明:知识图谱技术能够实现对润滑系统故障先验知识利用及故障原因解释,在智能故障诊断领域具有良好应用前景。

考虑推力意图的航空器连续爬升垂直剖面预测
杜卓铭, 张军峰, 苗洪连, 王斌
2024, 50(4): 1347-1353. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0446
摘要:

航空器连续爬升剖面的准确预测可以提高冲突探测的可靠性和离场排序的精确性。基于推力设置信息,提出航空器推力意图的建模方法。利用航空器的全能量方程,考虑风速向量与温度信息,提出考虑推力意图的航空器连续爬升垂直剖面的预测方法。利用快速存取记录器(QAR)数据,进行多案例的对比分析,以QAR每一数据帧为采样点,重点对预测剖面的真空速、高度和燃油流量等进行误差分析。考察不同预测方法,对比到达爬升顶点(TOC)的时间和距离的误差。结果表明:采用所提预测方法可以将到达TOC时间平均绝对误差控制在1 min内;与不考虑推力意图的预测方法相比,可以降低到达TOC时间平均绝对误差约52%。

基于贝叶斯网络强化学习的复杂装备维修排故策略生成
刘宝鼎, 于劲松, 韩丹阳, 唐荻音, 李鑫
2024, 50(4): 1354-1364. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0449
摘要:

为解决传统启发式维修排故决策方法决策时间长、生成策略总成本高的问题,提出一种基于贝叶斯网络(BN)结合强化学习(RL)进行复杂装备维修排故策略生成方法。为更好地利用复杂装备模型知识,使用BN进行维修排故知识表述,并且为更加贴近复杂装备实际情况,依据故障模式、影响和危害性分析(FMECA)的故障概率,经合理转化后作为BN的先验概率;为使用RL的决策过程生成维修排故策略,提出一种维修排故决策问题转化为RL问题的方法;为更好地求解转化得到的强化学习问题,引入观测-修复动作对(O-A)以减小问题规模,并设置动作掩码处理动态动作空间。仿真结果表明:在统一的性能指标下,所提BN-RL方法较传统方法获得更高的指标值,证明该方法的有效性和优越性。

基于anchor-free的光学遥感舰船关重部位检测算法
张冬冬, 王春平, 付强
2024, 50(4): 1365-1374. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0450
摘要:

针对基于深度学习的遥感舰船检测算法存在精细化程度不足、检测效率低的问题,提出一种基于anchor-free的光学遥感舰船关重部位检测算法。所提算法以全卷积的单阶段目标检测(FCOS)算法为基准,在主干网络中引入全局上下文模块,提高网络的特征表达能力;为更好地描述目标的方向性,在预测阶段构建了具有方向表征能力的回归分支;对中心度函数进行优化,使其具备方向感知和自适应能力。实验结果表明:在自建舰船关重部位数据集和HRSC2016上,所提算法的平均精度(AP)比FCOS算法有显著提升;与其他算法相比,所提算法在检测速度和检测精度上均表现优越,具有较高的检测效率。

面向无人驾驶车辆的行车安全场模型构建方法
谢楚安, 任羿, 杨德真, 冯强, 孙博, 王自力
2024, 50(4): 1375-1383. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0462
摘要:

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动态势能场及安全行为场相结合的无人驾驶车辆行车安全场数学模型,以此表征道路上静止物体、运动物体与AI系统自身等因素造成的行车风险。结合典型行驶场景的行车安全分析验证所提模型的正确性和可用性。

碳化材料的烧蚀性能参数辨识方法
程莫瀚, 李文光, 王志
2024, 50(4): 1384-1391. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0474
摘要:

针对碳化材料烧蚀性能参数测量难度大的问题,对基于优化算法的烧蚀性能参数辨识方法进行了研究。根据一维连续模型描述碳化烧蚀材料的内部热响应情况,与公开试验数据进行对比验证,各测量点计算误差均小于15%。采用基函数表征法对材料碳化前后的比热容和导热率进行表征,基函数选取为切比雪夫多项式。根据PICA材料的温度测试试验数据,对材料的热解动力学参数和基函数的待定系数采用遗传算法进行辨识,将辨识得到的材料烧蚀性能参数代入一维连续模型中进行计算,与验证工况下的试验数据进行比对,计算得到的温度曲线平均相对误差小于10%。

复杂多方向威胁下的导弹预警雷达优化部署方法
刘伟, 刘昌云, 郭相科, 樊良优, 何晟, 兰昊
2024, 50(4): 1392-1404. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0486
摘要:

针对现有导弹预警雷达部署相对独立、协同困难,难以满足大规模对抗场景的现状,从远程预警雷达、跟踪识别雷达、机动式预警雷达不同的任务特点出发,建立应对复杂多方向威胁的多型导弹预警雷达优化部署模型,在满足最优覆盖、协同交接、目标识别等任务约束下,解决雷达协同部署问题。针对所提模型设计了一种基于云自适应的分区优化离散粒子群(CPBPSO)算法,通过设计分区编码策略缩减算法求解空间、加入云自适应变异算子提高算法全局寻优和局部跳出能力,使算法更适用于导弹预警雷达部署问题的处理。实例验证了所提模型在求解单方向、多方向威胁场景部署问题的可行性,对比分析了CPBPSO算法的有效性,基本满足导弹预警雷达最优化协同部署的需求。

含不同直径微脉管层合板拉伸性能研究
冉广陵, 马埸浩, 安子乾, 赵大方, 郭鑫, 程小全
2024, 50(4): 1405-1415. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0490
摘要:

针对微脉管对层合板力学性能的影响,对含不同直径微脉管层合板的拉伸性能进行研究。通过试验测量了含不同直径微脉管层合板的拉伸性能,得到拉伸强度与刚度。建立了含微脉管层合板的精细化有限元模型,综合考虑了微脉管引起的富树脂区、纤维局部弯曲和铺层局部纤维体积分数变化的影响,对含微脉管层合板的拉伸性能进行了分析,并得到了试验结果的验证。在此基础上,分别就微脉管方向和直径对层合板拉伸性能的影响进行了研究。结果表明:当微脉管垂直铺层方向时,使单向层合板纵向拉伸强度降低,但刚度基本不受影响;微脉管直径越大,拉伸强度降低幅度越大;与不含微脉管层合板相比,含直径为0.255 mm和0.4 mm微脉管的层合板拉伸强度分别下降了21.9%和39.9%,但刚度变化不超过1.4%;当微脉管直径变化时,层合板拉伸损伤与破坏过程也发生变化。

多策略融合改进的自适应蜉蝣算法
蒋宇飞, 许贤泽, 徐逢秋, 高波
2024, 50(4): 1416-1426. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0492
摘要:

为改进蜉蝣算法全局搜索能力较差、种群多样性较小和自适应能力弱等问题,提出一种多策略融合改进的自适应蜉蝣算法 (MIMA)。采用Sin混沌映射初始化蜉蝣种群,使种群能够均匀分布在解空间中,提高初始种群质量,增强全局搜索能力;引入Tent混沌映射和高斯变异对种群个体进行调节,增加种群多样性的同时调控种群密度,增强局部最优逃逸能力;引入不完全伽马函数,重构自适应动态调节的重力系数,建立全局搜索和局部开发能力之间更好的平衡,进而提升算法收敛精度,有利于提高全局搜索能力;采用随机反向学习 (ROBL) 策略,增强全局搜索能力,提高收敛速度并增强稳定性。利用经典测试函数集进行算法对比,并利用Wilcoxon秩和检验分析算法的优化效果,证明改进的有效性和可靠性。实验结果表明:所提算法与其他算法相比,寻优精度、收敛速度、稳定性都取得了较大提升。

常见问答