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2021年  第47卷  第5期

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2021年, 第47卷, 第5期
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论文
复合材料飞机接地回流网络建模与阻抗分析
刘建英, 隋政, 张起浩, 杨占刚
2021, 47(5): 885-893. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0083
摘要:

为保证飞行安全,复合材料飞机需增设金属电流回流网络来满足机上电气系统的接地需求。针对复合材料与金属电流回流网络搭接的阻抗计算问题,采用一种基于导体和电介质的部分元等效电路(PEEC)法,对包括金属导轨和复合材料蒙皮的接地回流网络进行了建模,计算接地回流网络在不同参数、结构下的阻抗,实现任意节点之间的阻抗计算,并分析了不同频率下接地回流网络中构件部分参数对阻抗值的影响及不同类别接地点间阻抗值的差异。仿真计算实例验证了所提方法的适用性及计算结果的正确性,可为复合材料飞机接地回流网络在故障管理及电气保护系统设计等方面提供参考。

改进自适应人工免疫算法求解函数优化问题
孟亚峰, 王涛, 李泽西, 蔡金燕, 朱赛, 韩春辉
2021, 47(5): 894-903. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0058
摘要:

为克服经典人工免疫算法(AIA)在函数优化过程中存在的计算量大、收敛精度不高和收敛速度较慢等不足,引入多个自适应免疫算子,提出了一种改进自适应人工免疫算法(IAAIA)。在经典人工免疫算法中,引入迭代次数对抗体激励度计算算子进行自适应设计,引入种群抗体平均激励度与抗体激励度对免疫选择算子、克隆算子、变异算子与克隆抑制算子进行自适应设计,提升人工免疫算法的收敛速度、收敛精度和稳定性。选择9个典型测试函数作为实验对象,同时选择4种典型人工免疫算法作为对比算法优化实验函数,对比实验结果表明了改进的自适应人工免疫算法在求解函数优化问题的有效性和优越性。

空域扇区网络结构特性分析及韧性评估
王兴隆, 苗尚飞
2021, 47(5): 904-911. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0084
摘要:

为保障扇区内航空器运行安全,提高扇区网络在外界干扰下的韧性,从而有效减轻航班延误和空域拥堵。首先,依据中国空域扇区划分规则,运用复杂网络理论构建中国空域扇区网络模型;然后,定义网络基本特征参数,对中国空域扇区网络结构特性进行分析,提出扇区网络韧性的概念,并采用一种定量评估方法对其进行度量;最后,对比分析不同恢复策略下的韧性指标,以此制定空域扇区网络在外界干扰下的最佳恢复策略,提高网络韧性。结果表明:中国空域扇区网络具有较大的平均最短路径长度和较小的聚类系数,度分布服从双段幂律分布,介数和强度服从指数分布。介数是影响空域扇区网络韧性最大的指标,采用介数恢复策略可显著提高外界干扰下空域扇区网络的韧性。

基于热失控风险指数的锂电池安全评价方法
张宇, 白伟, 史砚磊, 张青松, 罗星娜
2021, 47(5): 912-918. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0077
摘要:

针对当前锂电池安全性研究侧重于特征参数实验测量及反应机理分析,基于风险评估理论提出锂电池热失控风险指数并应用于锂电池安全定量评价,以点燃参数乘以环境因子表征锂电池热失控风险发生概率,以热释放参数和火势增长参数表征风险造成后果。选取陆空联运的冷链货物温度监测装置中常用的锂锰电池(CR)和锂亚硫酰氯电池(ER),利用自主设计搭建的锂电池热失控实验平台获取上述参数并计算热失控风险指数。实例分析表明:适合于陆空联运的冷链货物ER14250型锂电池热失控风险指数为0.84,其安全性相对最高。所提方法可直接指导陆空联运冷链货物温度监测装置的锂电池选择,保证运输安全。

基于结构分区与应变电桥解耦的支柱式主起落架载荷测量
蒋启登
2021, 47(5): 919-927. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0115
摘要:

为解决应变法测量支柱式主起落架载荷中的低灵敏度、高耦合度和强非线性等问题,提出了结构分区解耦和应变电桥解耦设计方法。在集中传力的轮轴和活塞杆上优选出不同等效分量载荷作用下的结构变形有效部位,并在对应部位优化布置了弯矩-剪力-扭矩应变电桥阵列,通过某型飞机起落架综合加载校准,得到了简洁可靠的支柱式主起落架载荷测量模型。载荷校准试验表明:轮轴上剪力电桥对垂向载荷的响应灵敏度相比支柱上拉压电桥对垂向载荷的响应灵敏度提高约60%,并与压缩行程变化无关。在该型机着陆试验中,利用所提载荷测量模型和飞行数据计算得到了满足工程精度要求的主起落架着陆载荷和缓冲器功量吸收结果。

基于角色切换策略的多无人机协同区域搜索
朱黔, 许诺, 黄蓓, 李强, 周锐
2021, 47(5): 928-938. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0070
摘要:

针对存在随机分布目标的区域快速搜索问题开展研究,考虑无人机有限通信能力和探测信息的实时回传需求,提出了一种基于角色切换策略的多无人机协同区域搜索方法。首先,考虑各无人机平台的历史搜索信息和协同搜索收益,基于概率传感器模型构建了多无人机协同区域搜索求解框架;其次,基于4项无人机节点重要性的评价指标,采用改进逼近理想解排序法(TOPSIS)完成无人机节点重要性评估,通过无人机角色动态切换实现了区域搜索过程中协同搜索收益与网络连通性的平衡;最后,考虑机间防撞、通信保持、无人机运动学等约束条件,利用分布式滚动时域优化方法完成各无人机在线运动规划,实现多无人机协同区域搜索。仿真结果表明了所提方法的可行性和有效性。

一种基于自动特征学习的陨石坑区域检测算法
陆婷婷, 张尧, 阎岩, 杨利民, 杨卫东
2021, 47(5): 939-952. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0109
摘要:

基于陨石坑的视觉导航技术成为一种新颖的高精度空间探测自主导航方式,如何从导航图像中精确地提取陨石坑区域是实现基于陨石坑视觉导航的首要条件。针对这一问题,根据陨石坑导航图像特点,提出了一种基于自动特征学习的陨石坑区域检测算法。首先,基于最大稳定极值区域检测算法提取陨石坑候选区域;其次,利用卷积神经网络(CNN)自动学习提取候选区域的特征;最后,通过支持向量机(SVM)实现候选区域的精确分类,得到真实的陨石坑区域。大量的仿真实验表明:与传统的基于人工特征的陨石坑区域检测算法相比,提出的基于自动特征学习的陨石坑区域检测算法具有更高的检测精度和更好的鲁棒性,在通用火星表面陨石坑数据集上,所提算法的F1度量指标较于传统算法高出8%,可以广泛地应用于基于陨石坑的视觉导航算法中的陨石坑区域提取,为基于陨石坑视觉导航算法提供精确的导航路标输入。

超声速栅格舵/弹身干扰特性数值模拟与试验研究
李永红, 杨晓娟, 陈建中, 贾巍
2021, 47(5): 953-960. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0086
摘要:

对于呈十字型布局的栅格舵与弹身组合体来说,在有迎角存在时,位于弹身垂直平面的栅格舵会处于弹体头部分离涡的干扰区,而位于弹身水平面的栅格舵主要受弹体上洗流的影响,2种安装形式的栅格舵的气动特性会有较大差异。为研究弹身对栅格舵气动特性的干扰影响,基于典型栅格舵及栅格舵与弹身组合体布局,利用数值模拟方法对比分析了有无弹身干扰情况下栅格舵的超声速气动特性,分析了弹身对不同安装位置栅格舵的扰流特性、载荷分布,研究了由单独栅格舵气动特性转换到存在弹身干扰时栅格舵气动特性的修正方法。通过风洞验证试验,获取了2种不同安装方式栅格舵试验数据差异,验证了洗流修正方法的可行性,为建立面向工程应用的栅格舵高速风洞试验与数据修正技术提供了数据支撑。

Flash芯片电流“尖峰”现象的脉冲激光试验
上官士鹏, 朱翔, 陈睿, 马英起, 李赛, 韩建伟
2021, 47(5): 961-966. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0082
摘要:

利用皮秒脉冲激光单粒子效应试验装置研究了一款宇航级Flash芯片的电流“尖峰”(HCS)现象。利用激光准确定位的特点,确定电流“尖峰”是由芯片的电荷泵单元充放电引起的,不同的激光能量、入射位置会触发不同频率、相同幅值的电流“尖峰”现象,虽然电流“尖峰”发生的瞬间电流增大的现象与单粒子锁定效应表现一致,但机理完全不同。当激光能量足够高(对应于重离子LET值99.8 MeV·cm2/mg)时,在电荷泵的同一个敏感位置累积多次辐照不断触发芯片发生电流“尖峰”,芯片会因多次充放电而损坏。

北斗三号系统广域差分服务精度评估
田秋凝, 曹月玲, 胡小工, 唐成盼, 郭睿, 杨宇飞
2021, 47(5): 967-976. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0108
摘要:

为了保证北斗系统广域差分服务的平稳过渡,北斗三号系统(BDS-3)通过GEO卫星B1I/B3I信号播发北斗二号协议广域差分改正信息,包括等效钟差改正数与格网点电离层信息。分析了增加BDS-3卫星后,等效钟差改正数和格网点电离层信息的特征,并对BDS-2和BDS-3的用户差分距离误差(UDRE)进行了对比。联合BDS-2和BDS-3实测数据,对BDS-3广域差分服务定位精度进行了评估。分析结果表明:BDS-2卫星广播星历空间信号用户等效距离误差(UERE)约为1 m,经过等效钟差改正数后,用户差分距离误差约为0.3 m;BDS-3卫星广播星历空间信号用户等效距离误差约为0.4 m,经过等效钟差改正数后,用户差分距离误差约为0.2 m。等效钟差改正数可以修正广播电文更新带来的空间信号阶跃误差,显著提升卫星空间信号精度。与基本导航系统播发的Klobuchar 8模型,广域差分系统所播发的格网点电离层信息可将电离层误差修正精度提高约18%。与单独BDS-2卫星相比,BDS-2/BDS-3卫星联合条件下,基本导航的单频用户和双频用户定位精度可分别提升26%和41%;广域差分服务的单频用户定位精度为2.4 m,双频用户定位精度为1.7 m,单频用户和双频用户定位精度分别提升13%和41%。

基于乙炔基封端酰亚胺和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物
梁垠, 兰天, 郭世峰, 王献伟, 刁训刚
2021, 47(5): 977-982. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0060
摘要:

以2,3,3',4'-联苯四甲酸二酐和2,2'-双三氟甲基-4,4'-联苯二胺为单体、4-乙炔基邻苯二甲酸酐为封端剂合成了不同聚合度的聚酰亚胺低聚物(BETI),将其溶于双氛A型氰酸酯单体制备了改性氰酸酯树脂,对改性氰酸酯树脂的固化行为进行了详细探究,并对其固化物的热学性能、力学性能和介电性能等进行了表征与分析。结果表明:BETI对氰酸酯树脂的聚合有明显的催化作用,可以降低固化温度,缩短凝胶时间。基于BETI和氰酸酯树脂的互穿网络聚合物(IPN)的热性能和力学性能与纯氰酸酯树脂相比都有一定的提高。当加入质量分数30%、聚合度为19的BETI树脂时,固化物的玻璃化转变温度从297 ℃提高到309 ℃,热失重5%时温度从425 ℃提高到了431 ℃;拉伸强度从76 MPa提高到了94 MPa,冲击强度从24 kJ/m2℃提高到了31 kJ/m2。加入BETI后,聚合物的介电常数稍稍高于纯氰酸酯树脂。由于具有良好工艺性和材料性能,BETI改性氰酸酯树脂可作为基体树脂应用于航空航天等领域。

超高速飞行器平尾大迎角气动弹性特性研究
郝帅, 马铁林, 王一, 张子伦, 罗文莉, 向锦武
2021, 47(5): 983-993. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0089
摘要:

临近空间超高速飞行器在飞行过程中受到外部干扰作用时会出现大迎角飞行姿态,此时需大角度偏转全动平尾进行配平,带来平尾大迎角下的气动弹性问题。采用计算流体力学/计算固体力学/计算热力学(CFD/CSD/CTD)耦合方法分析了一种超高速飞行器全动平尾的气动弹性特性,重点研究了大迎角下平尾的气动响应及结构变形特点。结果表明:各迎角时的气动力曲线均出现波动,随时间变化逐渐衰减至平衡位置。迎角越大,初始振幅越大,气动力系数减小的比例越大,但随时间衰减得越快。平尾存在弯曲/扭转耦合现象,结构变形导致表面压力分布发生变化,使得整体压力减小、升力系数降低,迎角越大现象越明显。平尾最大应力在迎角30°时达1.2 GPa,已达到所用镍合金材料的屈服强度极限。应在结构设计时在翼轴与平尾接触部位附近加强,或在控制方案设计时限制全动平尾的工作角度。结构发生轴向与法向变形,轴向变形主要由气动热引起,法向变形由气动力和气动热共同引起。

脉冲射流强化喷流混合流动显示实验
孔博, 王昌盛, 丁文豪, 额日其太
2021, 47(5): 994-1003. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0105
摘要:

采用激光诱导荧光的流动显示方法研究了在一对反对称模式工作的脉冲射流激励下,雷诺数约为33 000的圆形湍流射流的流场。捕捉了剪切层中大尺度展向涡结构的演化发展过程,研究了激励频率和振幅对涡结构以及强化混合效果的影响。结果表明:受激励后的主喷流剪切层中产生了交错的展向涡结构,引起了喷流的振荡,增强了卷吸能力。激励频率主要影响相邻涡环间的距离。存在最佳激励频率使喷流在受激励平面远场分叉、剪切层扩展最宽。激励振幅对涡结构也存在较大影响,振幅较大时产生的涡结构尺度更大、相干性更强、强化混合效果更好。

软件定义时间触发网络的调度算法优化
鲁俊, 何锋, 熊华钢, 郑重
2021, 47(5): 1004-1014. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0106
摘要:

软件定义时间触发以太网(TTE)作为优化航空电子系统中消息调度的一种新模式,其动态在线调度算法必须尽力保证任何情况下所有消息的传输确定性。针对时间触发(TT)消息调度间隔小于消息帧长(小时隙)时,速率约束RC消息延迟增大、传输确定性降低的问题,对TT消息调度算法进行改进。首先,构建了TTE的系统模型,阐明了最小延迟(MID)调度算法和背靠背(B2B)调度算法的机制;然后在其基础上提出了大孔隙(MAV)调度算法,以减少(RC)消息的等待延迟;最后,利用OMNeT++实验分析这3种调度算法的性能。实验结果表明:当无小时隙TT消息时,B2B算法的消息延迟最大、MAV调度算法和MID调度算法的消息延迟接近。当有小时隙TT消息时,MAV调度算法的消息传输确定性更好,相比于MID调度算法,MAV调度算法下RC消息的传输确定性提高了87.3%。

表面介质阻挡放电对扩散火焰燃烧特性的影响
陈庆亚, 车学科, 仝毅恒, 陈川, 朱杨柱, 聂万胜
2021, 47(5): 1015-1024. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0113
摘要:

针对表面介质阻挡放电(SDBD)在激发等离子体时具有显著的气动效应和化学活化效应,为分析表面介质阻挡放电对空气/甲烷同轴剪切扩散燃烧的助燃效果,实验使用高频交流电源,基于等离子体诱导射流逆向激励对火焰施加控制。根据获取的射流流场纹影图像、火焰图像和CH*自发辐射,研究了等离子体对不同燃烧条件下火焰燃烧特性的影响。结果表明:受等离子体气动激励作用,火焰上游细长剪切层的空气/甲烷掺混得到增强,从而扩大了剪切层燃烧宽度,同时燃烧释热速率会明显提高,这主要与等离子体活化效应有关,并且该效应显著增强了位于喷嘴出口火焰基的燃烧强度。在空气流量较低时,等离子体气动激励可有效增大火焰下游湍流度和射流角,使火焰高度降低、宽度增大,且作用效果随放电电压提高逐渐增强。

飞机波浪水面迫降过程中极限冲击载荷数值研究
赵芸可, 刘沛清
2021, 47(5): 1025-1037. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0556
摘要:

针对飞机在波浪水面迫降过程中机身所受的极限冲击载荷大小及其物理成因问题,采用数值模拟方法展开研究,结合有限体积法和流体体积(VOF)法捕捉自由面,采用六自由度(6DOF)模型和整体运动网格(GMM)处理水面与飞机之间的相对运动,模拟飞机的迫降过程。通过选择飞机相对水面下沉速度最大的波面相位作为迫降触水位置,预报机身所受的极限冲击载荷大小。结果表明:在波浪水面迫降的触水阶段中,机身遭遇了平静水面未预见的冲击峰,同时冲击峰值大小与飞机相对水面的下沉速度有关。此外,对比了在5种不同波高海况下飞机迫降的运动姿态和过载变化历程,给出了波高对极限冲击载荷和其余各参数峰值的影响规律,为飞机载荷分布设计提供参考依据。

基于WDPR-8支撑与弯刀尾支撑的风洞对比试验研究
潘家鑫, 林麒, 吴惠松, 周凡桂, 王晓光
2021, 47(5): 1038-1048. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0124
摘要:

对国内近年设计的具有典型先进战斗机布局的动态试验标模,采用8绳牵引的绳牵引并联机器人(WDPR-8)支撑和传统弯刀尾支撑在FL-5风洞中进行对比吹风试验。根据风洞试验环境及仿真计算系统的刚度与工作空间,设计了满足要求的WDPR-8绳系结构和支撑机构,并建造了样机;在阻塞比及两心距足够小的前提下,保证了模型在两支撑系统中的通用性,以此设计内置六分量杆式天平的试验模型;利用绳拉力信号并联WDPR-8视觉采集系统与风洞VSS采集系统,实现气动力、机器视觉和绳拉力3个采集系统同步工作;在除支撑系统以外其他试验条件保持一致的条件下,进行重复性试验、纵向试验和横向试验。数据处理时,弯刀尾支撑进行了尾支架修正,WDPR-8支撑未修正。比较对照试验结果可得:两者在纵向试验的重复性试验所得升力系数最大均方差差别很小,2种支撑得到的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数的最大均方差不超过3.6%;横向试验在试验攻角范围内,2种支撑得到的侧向力系数对侧滑角的导数变化规律基本相同。用WDPR-8支撑进行的单自由度俯仰振荡试验得到的升力系数迟滞环曲线各环首尾连续,与静态升力系数曲线走势一致,且非定常迟滞环面积随减缩频率增大而增大,符合物理意义。试验研究结果反映出WDPR-8支撑的可行性及结果的有效性。

基于方位多假设的单基线干涉仪定位方法
邢怀玺, 吴华, 陈游, 张景轩
2021, 47(5): 1049-1057. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0074
摘要:

为了解决机载单站无源定位系统中一维单基线干涉仪测量相位差信息的模糊问题,改进仅利用相位差变化率定位方法,将模糊相位差作为有效的定位参数,提出一种基于方位多假设的单基线干涉仪定位方法。利用模糊相位差和相位差变化率初始化辐射源目标的可能距离方位信息,并通过高斯-扩展卡尔曼滤波(GS-EKF)算法解算辐射源目标位置。所提方法克服了仅利用相位差变化率定位受观测平台机动影响的缺陷,有效缩短了定位时间,同时不必考虑解相位模糊,定位性能均优于仅利用相位差或相位差变化率的定位方法,在实际工程运用中可以降低设备复杂度和成本。

拒止环境下基于"忠诚僚机"的护航策略
田磊, 赵启伦, 董希旺, 李清东, 吕金虎, 任章
2021, 47(5): 1058-1067. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0090
摘要:

护航策略一直是各军事大国的重点研究内容之一,拒止环境具有强电磁干扰、强对抗博弈等特点,进而对护航策略提出了更高的要求。提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的护航策略,该策略中由高成本长机探测到敌方来袭导弹,在进行规避的同时,释放多个低成本僚机担任“忠诚僚机”。采用时变编队跟踪的控制方法,使僚机始终处于长机与敌方来袭导弹的视线轴上,必要时牺牲僚机以保全长机。针对敌方来袭导弹的方位角是全局信息,设计了分布式观测器对其进行估计。在拒止环境下,复杂电磁干扰带来通信时断时续,导致长机与僚机及僚机与僚机之间的通信拓扑存在切换。为应对电磁干扰对通信拓扑的破坏,提高抗电磁干扰能力,考虑僚机外部扰动和长机规避机动动作同时存在的情况,基于观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论,构造了具体通信拓扑切换机制的分布式控制协议,并利用Lyapunov理论证明了僚机采用该协议能够实现拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略。通过仿真模拟导弹来袭场景,验证了所提策略的有效性。

基于时空图卷积网络的无人机网络入侵检测方法
陈卓, 吕娜, 陈坤, 张彦晖, 高维廷
2021, 47(5): 1068-1076. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0095
摘要:

无人机网络相比地面网络具有节点快速移动、拓扑结构变换频繁和通信链路不可靠的特点,传统的针对地面网络的入侵检测方法难以适用。针对无人机网络的时空动态特性进行建模,提出了一种无人机网络的入侵检测方法——基于注意力机制的时空图卷积网络(ATGCN)。将图卷积网络和门控递归单元组合为时空图卷积网络,从复杂多变的数据中提取网络的时空演变特征,通过注意力机制提取和入侵检测最相关的特征,输入支持向量机进行分类预测。多个数据集的实验分析表明:所提方法能够适应无人机网络的动态性和不稳定性,相比传统检测方法准确率高且误报率低,具有良好的鲁棒性和适应性。

基于异构网络表示学习的评分预测模型
詹娜娜, 刘伟, 陈新波, 蒲菊华
2021, 47(5): 1077-1084. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0100
摘要:

深入分析电商行业的用户个性化数据并提供推荐服务近年来已成为业界的热点。推荐服务的基础是对用户的潜在兴趣进行挖掘,并对商品的感兴趣程度进行预测。因此,以此为背景,研究用户对商品的评分预测。对电商业的关系型数据在推荐系统中的应用进行了研究,提出了通过使用网络表示学习进行评分预测的方法。首先,将关系型数据构建成异构网络,用户和商品为网络中的节点。然后,设计了兼顾网络结构信息和节点之间相似性的个性化异构网络采样方法,并对节点进行表示学习。最后,将学习到的用户、商品表示向量输入到神经网络中进行训练,利用优化后的神经网络模型进行评分预测。实验结果表明:所提方法在YELP 13、Movielens 100k、Movielens 1m数据集上都有较高的准确率,对比常用方法,准确率提升6.5%以上。

常见问答