北京航空航天大学学报

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吕明云, 巫资春

2011, 37(5): 505-509.

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摘要:
基于对高空气球热力学环境的分析,建立了热力学与动力学耦合的高空气球动力学模型;并采用该模型对某高空气球的上升与驻留过程进行仿真分析.结果表明:高空气球上升过程中内部氦气存在"超冷"现象,其中平流层区域"超冷"明显,氦气平均温差为-19 K;由于"超冷",其上升速度曲线呈双"V"形变化;强太阳辐射与弱对流环境使驻留过程中氦气呈现"超热"现象,平衡时氦气平均温度比环境温度高39 K,球内氦气超压648.8 Pa.数值仿真的速度、平均温度变化规律与相关飞行试验数据相吻合,说明该仿真模型是有效的.

基于FDDPB方法的卫星姿态控制系统故障诊断

王新升, 马磊, 梁斌

2011, 37(5): 510-514.

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摘要:
针对卫星姿态控制系统故障诊断问题,将执行机构及输出传感器的阶跃型和缓变型输出偏差统归于一种"参数偏差"型故障,介绍了改进的参数偏差型故障的实时检测与诊断 (FDDPB,Fault Detection and Diagnostics of Parameter Bias)算法,说明了此算法在卫星姿态控制系统执行机构和传感器故障诊断中的应用.引入卫星姿态动力学模型和飞轮模型,建立了算法仿真模型,选取执行机构阶跃型和缓变型故障作为故障注入条件,将该算法用于实验验证.仿真结果表明:该算法能够检测出系统发生的故障,且能够准确估计出故障幅值.

基于流行病模型的车路协同预警信息交互方法

王云鹏, 易振国, 夏海英, 田大新

2011, 37(5): 515-518.

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摘要:
针对车辆移动速度快、行驶路径受道路约束、网络拓扑结构易改变的特点,提出了一种基于流行病模型的车路协同安全预警信息交互方法,并采用马尔可夫链对传播延迟进行了理论分析.实验采用NS2网络仿真平台,构建了2 000 m长、20 m宽的双向车道测试场景,移动节点间采用802.11协议,实验测得的延迟结果与理论分析基本一致.

飞行员视觉信息流强度模拟及适人性分析

张慧姝, 庄达民, 马丁, 孙建

2011, 37(5): 519-523,527.

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为了合理地确定飞行员在执行飞行任务时的视觉信息流强度,开发了飞机座舱显示界面仿真模型,以被试的正确反应率和反应时间来评价作业绩效.通过实验和数据分析得到以下结果:所建立的视觉信息流模型中视觉信息流强度曲线符合正态分布.不同的视觉信息量完成任务差异显著,信息量增加到一定程度时辨识变慢,出现错误的几率升高;在相同视觉信息量情况下,夜晚与白天、动态与静态执行任务辨识和绩效差异显著,白天要比夜晚、静态要比动态辨识效率和绩效更好.

轴对称羽流流场数值模拟和实验验证

张建华, 贺碧蛟, 蔡国飙

2011, 37(5): 524-527.

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针对在轨航天器羽流效应对航天器整体寿命的影响,在"DFH"系列卫星姿控发动机喷管羽流实验研究的基础上,建立喷管的轴对称模型,选取矩形计算区域,设定一定的边界条件和计算条件,采用轴对称单组分直接模拟蒙特卡罗(DSMC,Direct Simulation Monte Carlo)方法对相应实验状态的羽流流场进行数值模拟研究.通过对比数值模拟结果和实验测量结果,表明DSMC数值模拟羽流流场的计算结果符合实际流动规律,实验验证了所编制的轴对称DSMC数值模拟程序的正确性和有效性.

无线通信非线性失真仿真器的设计与实现

路程, 张晓林, 李铀

2011, 37(5): 528-533.

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航空航天领域应用的通信系统由于发射功率和频谱利用率较高,需要考虑功率放大器非线性失真的干扰.已进行的大量研究,主要围绕功放非线性失真的模型描述和线性化方法.从测试角度出发,设计一种用于测试无线通信中抗失真干扰的能力的功放非线性失真仿真器,测试自适应预失真系统的工作性能,以及在指定功放条件下开发通信系统.此仿真器基于现有功放非线性失真模型,在数字信号处理器件中采用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)流水线和LUT(Look-Up-Table)方式实现了失真模型的AM-AM和AM-PM变换.软件仿真及硬件输出结果显示,此仿真器实现了非线性模型描述的失真效果,验证了设计的可行性.

只测视线角速度的目标可观性判据

田宏亮, 梁晓庚, 贾晓洪, 郭晓楠

2011, 37(5): 534-537.

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在二维平面内,把已有的只测视线角的目标可观判据扩展到只测视线角速度的情况.针对N阶机动目标,在直角坐标系中,通过分析导弹与目标相对运动方程,给出了只有视线角速度量测值情况下目标不可观的充分必要条件(目标不可观判据).目标不可观判据分为两种简单的表达形式:一种是对弹目相对距离的约束;另一种是对视线角的约束.在修正极坐标系中,通过分析系统的Fisher信息阵,得到了在只有视线角速度量测值情况下常加速度目标可观的充分必要条件.结果表明:目标不可观判据与在修正极坐标系中得到的充分必要条件是一致的,与只测视线角的目标可观判据不冲突;推理简单,不要求分析可观性矩阵和非线性微分方程,因此简单易用.

小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的数值模拟

范文宏, 凌宗余, 富庆飞, 杨杰

2011, 37(5): 538-544.

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针对最大流量原理法在设计小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴方面的不足,采用Fluent软件中的多相流混合模型,模拟了包含蒸气和水两相的喷嘴内部流动,得到了流量、喷雾锥角等宏观参数,并和实验测量数据以及理论计算值进行了对比,分析了不同结果产生的原因;同时,还对喷嘴内的气液两相体积分数、轴向与切向速度、压力分布等流场特性参数进行了分析,着重论述了与理论模型之间的差异以及相应的机理.数值模拟方法考虑了液体的粘性和壁面摩擦力等因素,较好地反映了喷嘴内部的流场特性,为小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的设计提供了借鉴.

三种虚拟阵元内插超分辨测向算法的性能对比

陈文晟, 许小剑

2011, 37(5): 545-550,555.

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摘要:
对比研究了基于虚拟阵元内插的三种超分辨测向算法.在对多个小孔径雷达阵列的观测数据进行相干处理的基础上,分别应用非线性最小二乘迭代(NLS,Nonlinear Least Squares)、基于最小熵的反卷积迭代(IDMEC,Iterative Deconvolution algorithm based on Minimum Entropy Criterion)和最小加权范数(MWN,Minimum Weighted Norm)等算法构造雷达阵列间的各个虚拟阵元,合成大的孔径阵列以提高测向分辨率.通过仿真,验证了三种虚拟阵元内插算法的有效性,分析和比较了它们的超分辨性能和运算量.结果表明MWN法不仅具有最小的虚拟阵元构造误差和运算量,且有最好的测向性能.因此,总体上MWN法优于NLS法和IDMEC法.

脉冲射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

朱希娟, 额日其太, 李家军, 王强

2011, 37(5): 551-555.

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计算了脉冲射流强化混合喷流在3~5 μm波段的红外辐射特性,并与无脉冲激励喷流的红外辐射特性进行了比较,分析了脉冲射流强化混合对喷流红外隐身的效果.流场及温度场采用有限体积法和重整化群(RNG,Renormalization Group)k-ε湍流模型求解N-S方程得到.喷流的红外辐射强度采用有限体积法结合窄带模型求解吸收发射性介质辐射传输方程得到.计算结果显示,在亚音速条件下,少量的射流流量(占3%的主流流量)就可以使核心区长度缩减一半以上,在天顶角90°方向探测喷流的红外辐射强度,各个方位角上都有较大衰减,与激励源垂直的平面上的衰减效果相比,与之平行的平面上的更为强烈.

低掺量石墨水泥基材料的压敏特性

甘伟民, 黄新, 陈鹏飞

2011, 37(5): 556-559,578.

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通过减水剂将少量石墨加入水泥基材料中制成石墨水泥基材料试样,采用交流分压电路测量其电阻率,研究其在一次性加载破坏试验中的压敏特性.试验结果表明,低掺量石墨粉作为导电组份加入水泥基材料后会导致其强度降低,但可以使水泥基材料具有一定程度的压敏特性.随着石墨掺量的增加,各组试样电阻率的离散性变小,材料的压敏特性提高,在加载过程电阻率的波动变小.在本试验的测量方法下得到的石墨水泥基材料的压敏特性曲线与混凝土材料的应力应变曲线有相关性,试样的电阻率随着应力的增大而产生变化的过程大体可分为3个阶段,即波动阶段、稳定下降阶段和急剧下降阶段,分别对应混凝土材料应力应变关系的弹性变化、非弹性变化和应变迅速增大阶段.

基于动态逆的高超声速飞行器鲁棒自适应控制

黄喜元, 王青, 董朝阳

2011, 37(5): 560-563.

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针对高超声速飞行器运动学模型具有高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,提出了一种基于非线性动态逆的控制系统鲁棒自适应控制器设计方法.该方法将飞行器的运动方程分成速度子系统和高度子系统,利用控制输入的功能分配,并结合虚拟控制指令设计与非线性动态逆技术,实现速度和高度的稳定跟踪.为消除系统中模型不确定性和外界干扰的影响,采用鲁棒自适应滑模控制策略进行补偿.仿真结果表明:所提出的控制器设计方法不仅满足飞行器速度与高度跟踪性能的要求,且对模型不确定性和外干扰具有一定的鲁棒性.

基于前缀树的数据流容错概要结构构造

由育阳, 张健沛, 杨志宏, 由勇

2011, 37(5): 564-568.

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应用于数据流环境的数据挖掘算法应首要考虑算法的时空复杂性,而要实现消耗巨大计算资源的容错模式挖掘则更要专注于算法的效率.容错模式挖掘是为了从被噪声干扰的真实世界数据中获取允许一定程度错配的、更加泛化的有用知识.提出一种新的单遍历、高压缩的容错前缀树形概要结构DSFT-tree(Data Stream Fault-Tolerant Frequent Pattern Tree),用来捕捉最近到达的数据流中的数据元素,并且能够高效移除过期数据,实现最大限度地降低计算资源消耗.利用滑动窗指针和位向量表达法实现容错树形概要结构的高效重构,并进一步基于滑动窗口技术实现了数据流环境下的容错频繁项挖掘.实验采用IBM数据发生器产生事务数据,在合理时间内最终挖掘频繁项的数量为FP-stream算法的1.5倍.

光纤陀螺光纤环Shupe误差的多参数影响仿真分析

宋凝芳, 关月明, 贾明

2011, 37(5): 569-573.

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摘要:
在光纤陀螺Shupe误差数学离散公式的基础上,建立四极对称法绕制光纤环的有限元模型,分析多材料组成下的光纤环在仿真时所需的综合物性参数.结合光纤陀螺工作环境的载荷和边界条件,对某型光纤环进行数值仿真,定量分析了光纤陀螺在工作温度下光纤环的Shupe误差,验证了模型建立的正确性.在此条件下,分析光纤环的结构参数、热学参数和热扰动参数对Shupe误差的影响.结果表明:通过增加绕制层数,提高导热系数,合理布置热源,可以明显抑制光纤环的Shupe误差,从而提高光纤陀螺的温度性能.

一种无人机飞行控制管理软件回归测试方法

田峰, 丁文锐, 李红光, 李新军

2011, 37(5): 574-578.

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摘要:
针对大型嵌入式软件测试的难题,提出了基于系统快照的自动化回归测试方法,并以无人机飞行控制管理软件为研究案例进行了关键技术解析、测试系统设计及分析.利用系统快照技术实现了彼此之间关系繁杂的测试用例的解耦,将复杂的系统测试转化为灵活的单元测试.结合CPPUnit的测试框架,建立了自动化回归测试的系统结构,并深入分析了各部分的功能和执行过程.进而设计出基于系统快照的自动化回归测试执行流程和测试用例的编制流程.给出了某型无人机飞行控制管理软件在不同方法下的测试结果,通过数据对比验证了测试系统的高有效性.

航空供电系统交流负载的半实物仿真技术

吴诗宇, 周元钧

2011, 37(5): 579-583.

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摘要:
为方便航空供电系统交流负载用电性能的研究,提出了交流负载的半实物仿真技术.以电压型脉冲宽度调制整流拓扑结构和三相电流的解耦控制为基础,采用复合补偿结构保证快速性;增加一组桥臂为中线电流提供通路;在电网端加入滤波器滤除开关谐波以得到更真实的负载特性.交流负载的半实物仿真技术在115 V,400 Hz的航空电源系统中实现了网侧电流跟踪上位机数字仿真后的给定电流的功能,模拟了交流负载的功率因数、电流谐波和不平衡性的动态变化过程.通过仿真实验结果表明了提出的半实物仿真技术的精度和快速性都达到了要求,为航空供电系统交流负载用电性能的研究提供了工具.

仿真可信度评估中的AHP超越权重

方可, 马萍, 杨明

2011, 37(5): 584-588.

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摘要:
AHP(Analytic Hierarchy Process)法在仿真可信度评估中经常使用,但传统的AHP法不能解决可信度评估结果的阶跃问题.为了解决这一问题,在明确了阶跃问题的主因是AHP相对权重的缺陷后,参考Petri网的相关定义,建立了AHP网的概念和数学基础;针对传统AHP相对权重的缺陷,进一步提出了增强型AHP网及相关定义、图例等;在网络定义的基础上,提出了AHP超越权重的概念及其数学表达式;确定了含有超越权重的AHP网节点取值算法和评估节点优先级算法;提供了一个应用AHP超越权重的仿真可信度评估实例,并获取了量化的评估结果.计算结果表明:含有超越权重的AHP体系能够解决可信度评估结果的阶跃问题.

均匀各向同性湍流的脱体涡数值模拟

吴晶峰, 宁方飞

2011, 37(5): 589-594.

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摘要:
采用脱体涡模拟方法对均匀各向同性湍流进行了数值模拟,并与Comte-Bellot实验测量结果进行了对比,验证了该文的脱体涡模拟方法对均匀各向同性湍流模拟的可靠性.初始速度场的生成采用Rogallo所提出的构造方法,初始湍能谱满足Von Karman波谱分布;在对流输运项的选择方面,分别采用二阶中心型格式、四阶偏斜对称型中心格式和迎风型低耗散通量分裂格式,考察它们在均匀各向同性湍流模拟中的计算精度和适用性.同时,通过改变计算域大小以及脱体涡模拟方法中的模型常数,达到能谱截断波数的改变,考察它对各向同性湍流计算的能谱以及能谱截断处小尺度涡能量积累问题的影响.

"人在回路"无人飞艇半实物仿真系统设计与实现

宋静婧, 祝明, 武哲, 章磊

2011, 37(5): 595-599,609.

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摘要:
为开展某型无人飞艇系统的地面集成及飞行仿真试验,基于VxWorks实时操作系统、Matlab/Simulink和RTW(Real Time Workshop)快速原型建模仿真软件、FUTABA数据采集系统和三维视景系统,开发了具有高精度、高实时性的半实物仿真平台以及仿真软件.该系统的最大创新点是加入了FUTABA遥控设备以及PWM(Pulse Width Modulation)/RS-422的信号转换模块,从而将飞行员的视觉感受及操纵输出接入到仿真回路中,实现了在全遥控、半自主和自主3种模式下的"人在回路"仿真.仿真试验结果表明:"人在回路"的飞行仿真试验可验证控制律的3种模式切换功能以及姿态、航迹控制效果,提高了飞行员对该型飞行器的操纵熟练程度,可以实现在应急情况下直接控制无人飞艇平稳着陆.

气动管道中压力波的传播特性分析

林惟锓, 黄亮, 蔡茂林

2011, 37(5): 600-604.

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摘要:
利用一维非定常气流理论,建立了管道中气体传播的分布式参数模型,采用迎风差分的方法进行数值计算,并通过实验结果与模型仿真结果的比较,验证了该模型的正确性.通过改变管道直径、气源速度、入口压强和仿真空间步长等初始条件,模拟不同特性的管道,对仿真结果进行比较分析,得到不同波形的压力波在不同管道中传播的特性.结果表明:利用压力波测流量时,应采用下弦波或矩形波.

流向磁场作用下二维磁流体槽道湍流直接模拟

陈智, 张劲柏, 李椿萱

2011, 37(5): 605-609.

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摘要:
对低磁雷诺数近似下流向磁场作用的二维磁流体槽道湍流进行了直接数值模拟(DNS,Direct Numerical Simulation),给出了 Re=10 000时不同磁相互作用数下二维磁流体槽道湍流的近壁速度分布、湍流脉动速度均方根、雷诺应力等统计量的变化,并与中性流体二维槽道湍流进行了比较.结果表明:流向磁场作用会导致对数区上移;雷诺应力最大值随磁相互作用数呈线性变化;随着磁相互作用数的增大,下壁面平均涡量的时间演化由拟周期性向周期性转变,且脉动周期逐渐增大并当流动层流化后下壁面平均涡量成为常值.

航行体出水过程头部流场载荷特性分析

尤天庆, 张嘉钟, 王聪, 曹伟

2011, 37(5): 610-614.

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摘要:
航行体高速出水过程中流场变化剧烈且复杂,为研究其水动力载荷变化,采用均质多相流模型及空化模型,开展了出水过程的数值模拟研究.通过数值模拟分析了不同头部形状及出水攻角对航行体出水过程流场的影响.分析结果表明:空化性能较强的头形能产生头部空泡,并在穿越水面时溃灭,引起较为强烈的流场变化并产生较高压强作用于航行体壁面.而空泡溃灭过程也会因头形的不同而略有差别.有攻角出水时空泡溃灭呈现非对称性,因此形成了较大的力矩.而力矩的变化情况也受攻角影响较大.

无人直升机地面监控电子地图的设计与实现

何江艳, 赵琦

2011, 37(5): 615-618.

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摘要:
为满足共轴式无人直升机飞行实时监测的要求,在Windows平台下,设计了地面监控系统中的电子地图导航模块,配合系统的显示模块、任务规划执行模块和通信模块,实现了飞行参数获取、航迹规划、飞行航迹实时显示等功能.介绍了电子导航地图的功能,分析MapInfo组件的功能和特点,阐述在Visual C+ +环境下基于MapInfo组件开发共轴式无人直升机地面监控系统电子导航地图的方法.通过引入MapX控件和应用MFC(Microsoft Foundation Classes),实现系统对共轴式无人直升机的监控和电子导航地图的经纬度范围的自适应调整,在电子导航地图应用上提出了一套简单全面的实践方案,同时给出了方案的实现步骤和部分关键代码.

面向航天型号研制体系的质量成本管控

王美清, 秦海平

2011, 37(5): 619-625.

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摘要:
针对航天型号产品研制过程的质量成本管控方法展开研究,构建了面向航天型号研制过程的多层次、变粒度、闭环控制的质量成本管控总体模型,该模型将集团-院-厂所3级组织体系与型号研制过程和质量成本管理策略融为一体.针对不同管控层次在控制粒度、过程与内容的不同,分别给出了面向集团、院、厂所的质量成本管控方案.方案将管控过程分成事前、事中和事后3个阶段,并将相应的分析方法、工具、信息融入各阶段,从而构成了各层次质量成本管控闭环.设计开发了支持多级协同的分布式质量成本管理系统——QQ-WebCost,并成功应用于某企业信息化建设项目中.

基于静态输出反馈的大型飞机横航向控制综合

聂璐, 向锦武

2011, 37(5): 626-630.

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摘要:
由于广泛采用轻质材料,大型飞机的结构柔性使得控制系统和结构动力学之间存在不可避免的耦合现象,控制器设计必须同时考虑结构柔性对系统反馈的贡献,并满足飞行品质、鲁棒性等目标.提出了一种利用刚体飞行动力学模型和包含弹性模态的高阶模型设计满足多种目标的控制器综合方法,首先由刚体模型设计静态输出反馈参数,满足动态响应、飞行品质和抑制阵风扰动等要求,在此基础上利用已获得的静态反馈参数针对高阶模型设计H_∞回路成形控制器,实现对结构模态的抑制,并满足系统的鲁棒性需求.仿真结果表明:设计方法能够充分利用包含弹性模态的大型飞机飞行动力学模型的特点,满足结构模态抑制和鲁棒稳定裕度等多种需求.