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2021年  第47卷  第6期

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2021年, 第47卷, 第6期
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论文
基于区间电流的SRM功率变换器短路故障诊断
王熔基, 刘勇智, 管振水
2021, 47(6): 1085-1094. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0134
摘要:

功率变换器是开关磁阻电机(SRM)调速系统的核心部件之一,也是系统可靠性最弱的环节。针对传统功率变换器短路故障诊断需增加额外硬件、控制器负担大、诊断范围有限等问题,以非对称半桥式功率变换器为研究对象,在深入分析短路故障模式的基础上,为提取明显的故障特征,对电流传感器进行了重新排布,提出了基于特定转子位置区间内电流的功率变换器故障诊断方法。在某相单独励磁区间内,通过另外两相电流传感器输出值之差与前一相输出值的比值,即可快速定位故障器件。所提方法不受电机相数和控制方式限制,控制器负担小,且无需增加额外硬件。仿真和实验验证了方法的有效性。

过站航班地面保障过程动态预测
王立文, 李彪, 邢志伟, 刘洪恩, 罗谦
2021, 47(6): 1095-1104. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0165
摘要:

过站航班地面保障过程预测是机场协同决策系统的重要功能。针对目前无法实现过程精细化动态预测且精度较低的问题,提出了一种基于贝叶斯网络的过站航班地面保障过程动态预测方法。建立了地面保障过程贝叶斯网络模型,设计了基于航班属性的初始样本空间生成算法,结合高斯核概率密度估计构建了地面保障过程动态预测方法。某枢纽机场实际数据的仿真结果表明:所提方法在充分考虑航班运行属性的基础上实现了各保障节点的动态预测,其平均绝对误差仅为2.224 1 min,均方根误差相比其他方法低近2 min,能够为机场运行短时战术组织提供客观的决策依据。

基于DLatLRR与VGG Net的红外与可见光图像融合
沈瑜, 陈小朋
2021, 47(6): 1105-1114. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0178
摘要:

针对红外与可见光图像融合中特征损失严重、显著目标不突出的问题,提出了一种低秩表示分解与深度神经网络相结合的图像融合算法。首先,对源图像进行潜在低秩表示分解(DLatLRR),得到相应的低秩部分、显著部分及稀疏噪声。然后,分别采用16层的VGG Net模型和联合特征加权算法对低秩部分与显著部分进行融合,舍弃二者的稀疏噪声。最后,对融合得到的低秩部分和显著部分进行图像重建,得到最终的融合图像。实验结果表明:与其他算法进行比较,所提算法能够对图像的深层次细节特征进行融合,突出场景中的感兴趣区域,且融合图像的相关差异和、结构相似性、线性相关度等多种客观指标均有所提升,提升最大值分别为0.73、0.15、0.11,噪声产生率的最大缩减值为0.041 2。

全向移动机器人动态避障方法
张大志, 刘万辉, 缪存孝, 余远金
2021, 47(6): 1115-1123. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0155
摘要:

动态避障是全向移动机器人在复杂工作环境下不可或缺的能力。针对在复杂动态环境下传统人工势场法容易陷入局部极小点、目标点不可达和振荡等问题,提出了利用水流场的思想重新定义人工势场的斥力势场函数及其方向,改进方法在不增加计算量的情况下能够使机器人平滑且安全无碰撞到达目标点,实现避障过程。为了实现三维动态仿真,提出了一种基于V-REP与MATLAB的联合仿真方法,并结合改进人工势场法实现全向移动机器人的动态避障模拟,验证了方法的平滑性和可行性。将所提方法应用于实验室内真实场景,全向移动机器人成功实现了动态规避动作,验证了方法的实用性。

倾转旋翼机巡航状态旋翼滑流影响
马铁林, 张子伦, 刘振臣, 王祥胜, 郝帅
2021, 47(6): 1124-1137. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0177
摘要:

倾转旋翼机由于需要兼顾垂直起降和高速平飞2种典型工况下的动力需求,采用大直径旋翼作为推进装置会使机翼大部分处于旋翼滑流区内,这与常规螺旋桨飞机存在较大差异。为评估不同数值计算方法并研究旋翼滑流对倾转旋翼机气动特性的影响,针对选取两叶旋翼的某倾转旋翼机方案,利用激励盘模型、多参考系(MRF)模型、滑移网格模型分别进行了巡航状态下旋翼滑流对全机气动特性影响的数值模拟研究。结果表明:相对于无滑流状态,滑流定常影响使全机阻力增大,最大升阻比降低了7.5%,尾翼产生的升力增大,纵向静稳定度增加了17.1%,全机低头力矩增大;当迎角较小时,滑流虽然改变了机翼表面的升力分布,但是全机升力变化不大;滑流非定常影响会使全机气动特性产生周期性波动,升力系数波动幅度为9.0%,阻力系数波动幅度为10.8%,并且随着迎角的增大,波动幅度也越大。

基于NACA0030的波纹状翼型气动特性探索
张庆, 叶正寅
2021, 47(6): 1138-1144. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0135
摘要:

相对于光滑翼型,波纹状翼型的气动特性呈现出一些独特现象。为了深入探索这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,以NACA0030翼型为基础,设计了一组具有不同外形特征的波纹状翼型,开展了非定常数值模拟工作,详细研究了低雷诺数(Re=12×104)流动情况下波纹状外形对流场涡流结构和总体气动特性的影响规律。计算结果表明:相对于光滑翼型,波纹状翼型流动的分离流现象更明显,升力和升力线斜率有明显下降,但推迟了失速现象。波纹状翼型表面越光顺,气动特性越接近于光滑翼型。虽然波纹状翼型的压差阻力大于光滑翼型,但是波纹状外形产生的回流可以减小摩擦阻力。

连续变迎角试验数据自适应分段拟合滤波方法
王南天, 王雄, 孙鹏, 许晓斌, 邹琼芬
2021, 47(6): 1145-1151. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0145
摘要:

针对常用的阶梯变迎角数据处理方法处理连续变迎角试验数据时,不能去除低频振动分量的问题,基于试验数据中的近似对称、局部线性等特点,提出一种将数据进行分段二项式拟合的处理方法,并详细论述其基本原理,重点介绍基于方差极小值动态确定数据分段长度的方法。基于测试信号的实验结果表明所提方法可将低频分量信号滤除近70%,有效提高数据处理精度。经标模试验测试验证,所提方法可成功应用于某些试验。

微重力下两相控温型储液器内气液界面仿真分析
周振华, 孟庆亮, 赵振明
2021, 47(6): 1152-1160. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0153
摘要:

两相控温型储液器对机械泵驱动两相流体回路的稳定运行起到关键作用,而储液器内部气液分布状态是其控温性能的决定性因素之一。在轨微重力条件下,储液器内两相流动特性与地面状态差别巨大,这将给储液器的设计带来较大难度。针对两相控温型储液器在轨微重力下的两相工质分布特性,通过计算流体力学(CFD)方法对其内两相流动行为进行数值模拟。通过使用连续表面张力模型计算表面张力,使用多相流计算的流体体积分数方法对两相控温型储液器内气液界面形态的发展进行了追踪预测,并与理论解进行对比,结果吻合一致。通过对两相控温型储液器在不同Bond数、接触角、工质充灌量等参数下的仿真分析,得到了不同条件下储液器内气液运动及分布情况,结果表明:两相控温型储液器内气液界面状态与储液器尺寸、壁面浸润性、工质充灌量相关。研究结果可以为微重力下两相控温型储液器内气液界面的控制提供理论依据,并能指导储液器研制及在轨应用。

系留无人机平台搭载的蜂窝通信基站吞吐量优化
罗祎喆, 丁文锐, 雷耀麟, 刘春辉
2021, 47(6): 1161-1172. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0136
摘要:

考虑多架系留无人机(UAV)空中基站为多小区提供空地双向通信服务时,针对地面用户数目分布不均匀和多机协同服务同频干扰严重的问题,提出了一种联合优化空中基站高度和链路传输方向的吞吐量优化算法。该方法通过使用最大同频链路准则和就近服务准则确定了同频链路配对和无人机/用户配对,通过优化空中基站高度和链路传输方向提升了系统平均吞吐量,并减少了用户间的同频干扰。多种场景下验证结果均显示,所提方法显著优于其他非联合优化的对比方法,当拥塞小区用户数目是非拥塞小区用户数目的1~36倍时,相比于不联合优化链路传输方向和空中基站高度的对比方法,所提方法可提升系统平均吞吐量8倍左右。

高速高压宽温域动压密封动环端面微变形及其改善方法
李世聪, 钱才富, 李双喜, 钟建锋, 刘兴华
2021, 47(6): 1173-1185. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0167
摘要:

针对高速高压高温/低温工况下动压密封变形问题,以动压密封的典型结构为研究对象,考虑动环的支撑和约束,建立热固耦合分析模型,研究热载荷、力载荷和约束对动环端面微变形的影响,并提出动环端面微变形改善方法。结果表明:多载荷共同作用时,温差对动环端面微变形影响最大,其次是转速和压力;在2种情况下,动环端面微变形受温度值的影响很小,主要与温差有关;相比低温,动环端面微变形更易受高温的影响,单位温差的变形变化量为3~4倍;动环形心距旋转中心越远,动环端面微变形受转速影响越大,且呈抛物线关系;动环端面微变形与压差呈线性关系。对高速高压宽温域的动压密封,控制动环端面微变形,首先,应降低动环的温差;其次,若转速够高,应适当增加动环厚度,通过扩大形心变化区域能增加86%的动环端面微变形范围,若转速不够高,通过合理的结构设计约束动环内表面以控制动环翻转,最大能降低65.2%的动环端面微变形;最后,合理设计的轴向压紧力能进一步确保动环端面微变形维持在极小范围内。

基于增益调度与光滑切换的倾转旋翼机最优控制
余新, 陈仁良
2021, 47(6): 1186-1198. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0176
摘要:

针对倾转旋翼机转换机动中变动力学特性导致的复杂控制问题,提出基于增益调度(GS)的线性二次最优控制与光滑切换控制结合的综合体系结构,用以实现转换机动过程中的全局最优控制。该控制综合方法,在保证性能指标要求最小的同时,对操纵机构的负荷较低。首先,建立了倾转旋翼机高置信度飞行动力学模型,并应用混合操纵克服操纵冗余问题。其次,设计了基于增益调度的线性二次最优多环控制器,并采用光滑切换控制策略综合2套控制器,实现动态倾转过程的姿态平滑过渡。最后,进行以倾转走廊中间路径为期望轨迹的全模式自主飞行仿真。仿真结果表明:控制系统在转换机动过程中体现出强鲁棒性和较优的系统性能。

基于加权全变差最小化的中子外部CT重建算法
林强, 杨民, 张晓敏, 唐彬, 刘斌
2021, 47(6): 1199-1209. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0126
摘要:

针对中子外部CT检测需求,提出了基于加权方向全变差(WDTV)最小化的中子外部CT重建算法。首先,利用平行束数据对称性原理将正弦图中旋转中心另一侧缺失的投影数据进行补充;其次,采用传统FBP算法进行了外部CT扫描模式下的CT重建。为了抑制传统FBP、SART算法重建图像中径向边缘伪影,采用WDTV算法计算沿径向和周向方向的局部方向差分并作加权和。另外,在重建模型的WDTV项中引入2个权重参数以控制径向边缘和切向边缘的不同响应强度。最后,采用所提算法研究了重建图像质量与投影数据量的关系。计算机仿真和真实冷中子实验表明:基于WDTV最小化的中子外部CT重建算法能够有效抑制径向边缘伪影,获得高质量重建图像。

基于起爆概率的无线电引信抗箔条干扰能力的量化表征方法
李冉, 郝新红, 栗苹
2021, 47(6): 1210-1219. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0128
摘要:

针对现有量化无线电引信抗箔条干扰方法的缺少,以防空导弹引信为例,结合箔条云运动轨迹模型和概率统计手段,提出基于起爆概率的无线电引信抗箔条干扰能力的量化表征方法。首先,在对单根箔条丝的螺旋下降运动进行分析的基础上,结合6-DOF非线性差分方程迭代计算得到箔条云的运动轨迹。其次,通过拟蒙特卡罗算法推导出箔条云的动态体密度函数,以箔条云的运动模型和动态体密度函数分别计算引信在箔条云近区干扰和远区干扰2种干扰作用下的不起爆概率。基于MATLAB构建箔条云轨迹模型,详细分析后得到箔条云动态的点分布模型,在此基础上利用拟蒙特卡罗方法得到箔条云的动态体密度函数,利用八叉树算法及最小二乘曲面法得到箔条云体积。最后,根据概率定义公式计算出箔条云干扰引信起爆概率。结果表明:所提方法客观、合理,为今后设计无线电引信抗箔条云干扰算法的启动条件提供了理论依据。

复合材料层压板低速冲击行为及剩余拉伸强度
管清宇, 冯剑飞, 夏品奇, 吴光辉
2021, 47(6): 1220-1232. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0132
摘要:

通过实验研究了复合材料层压板的低速冲击行为和剩余拉伸强度。首先,通过冲击实验研究了冲头类型和铺层形式对层压板冲击响应的影响,并通过凹坑深度、损伤投影面积、冲击力和冲击能量转化等对冲击损伤特性进行评估。其次,通过准静态拉伸实验调查了层压板的冲击后拉伸响应和剩余拉伸强度。最后,分析了冲头类型和铺层形式对层压板冲击行为和剩余拉伸强度的影响机理。结果表明:冲头类型对层压板冲击损伤的影响与冲击接触面投影面积和凹坑深度的函数关系密切相关;在较高的冲击能量下,条刃形冲头是造成损伤的关键冲击威胁,而立方角形冲头造成的损伤相对不严重;铺层形式对层压板的冲击损伤阻抗性能和拉伸断裂形貌有明显的影响。

静态随机存储器在轨自检算法
吴洋, 王羿, 于新宇, 许智龙, 任放, 黄缙
2021, 47(6): 1233-1240. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0140
摘要:

静态随机存储器(SRAM)在轨自检应用于星载电子设备上电初始化过程中,能够在电子设备开始工作前发现存储器的故障单元,为评估电子设备健康状态提供依据。分析了SRAM的结构和常见的故障原理,针对在轨应用这一特殊背景开展研究,提出了对典型测试算法的改进方案。在完成对改进方案的分析和评价后,以8 K×8 bit存储器为例开展算法的实现,并验证了改进方案的可行性。与典型测试算法相比,所提改进方案具有资源开销少、故障覆盖率高等优点。

连续变弯度翼型动态气动特性数值模拟
吴优, 戴玉婷, 张仁嘉, 宋晨, 杨超
2021, 47(6): 1241-1253. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0141
摘要:

针对翼型后缘连续变弯度运动中后缘边界精确数值模拟的问题,提出了基于二维多项式的时空曲面拟合方法,实现了对后缘边界时空位置的精确模拟。在此基础上,基于OpenFOAM发展了翼型后缘连续变弯度与大幅度俯仰运动耦合的运动边界数值模拟,并计算了翼型耦合运动的气动力,讨论了后缘线性/非线性变形对翼型大迎角动态气动特性的影响规律。结果表明:后缘运动对翼型俯仰运动的升阻特性影响显著,特别在翼型大幅度俯仰时后缘非线性变形对升阻特性改善效果比线性变形大6%~10%。同时还研究了翼型俯仰与后缘变形运动相位差对气动特性的影响。特别地,当相位差为180°时,后缘运动使动态失速时的最大升力提高50.3%,平均升力提高34.6%;当2种运动相位差为0°时,后缘运动使动态失速时的最大阻力降低39.7%,平均阻力降低30.2%,最大升阻比提高22.3%,平均升阻比提高16.8%;同时,翼型在动态俯仰过程中出现负阻力现象,对产生负阻力的原因进行了分析。这些结果可用于指导连续变弯度后缘控制律的设计。

基于SA&M-Relax的外辐射源雷达目标DOA估计方法
陈赓, 田波, 宫健, 冯存前
2021, 47(6): 1254-1260. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0137
摘要:

外辐射源雷达回波信噪比极低,通常在距离-多普勒二维相关后进行目标角度估计。在这种单快拍情况下,经典的超分辨算法由于协方差矩阵的非正定性导致算法性能较差。针对这一问题,在A&M插值迭代算法的基础上,提出了一种适用于稀疏阵列的SA&M-Relax外辐射源雷达目标DOA估计方法。在相同阵元数目的情况下,与原有算法相比提高了目标角度估计的分辨率与精度,同时减少了运算量。通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

高压高剪切率下密封环缝隙流体动态润滑特性
张乐涛, 刘志奇, 李占龙, 徐彦, 高宇
2021, 47(6): 1261-1270. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0144
摘要:

为减少高压高剪切率下热效应对密封环缝隙流体润滑性能的影响,以密封环缝隙流体剪切速度梯度、壁面剪切应力和油膜温升表征摩擦副润滑性能,采用RNG k-ε湍流模型,通过Workbench建立流-固-热多场模型,计算得到不同主轴转角下缝隙流动形态变化规律和温升前后油膜厚度变化量、不同L型槽内外径比及长径比下流速流型分布规律、壁面剪切应力、温度分布和热变形量。研究结果表明:密封环L型槽黏性底层随剪切速度增大而增厚,油膜厚度随运动周期增加而变薄;当L型槽内外径比小于1.07时,随比值减小密封环壁面剪切应力不断增大,最大变化率为7%;密封环L型槽长径比在0.19时平均壁面剪切应力达到最大,当长径比继续增大时,油膜区剪切速度梯度逐渐减小,油膜温升和热变形亦随之减小。研究结果可为马达优化以减少能量损失和改善密封环润滑条件提供理论指导和依据。

BP神经网络预测复合材料热压罐成型均匀性
林源, 关志东
2021, 47(6): 1271-1276. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0158
摘要:

复合材料热压罐成型过程中的固化度差值是复合材料固化度均匀性的主要表征参数之一。基于3层BP神经网络,以复合材料双平台固化工艺曲线的加热速率、保温时间和保温温度为输入参数,建立了成型过程任一时刻最大固化度差值的快速估算模型。仿真复合材料热压罐成型过程,得到最大固化度差值作为试验样本数据,对BP神经网络进行训练,训练结束后对该模型的准确性进行验证。结果表明:该BP神经网络估算模型准确性和效率较高,为复合材料热压罐成型最大固化度差值的估算提供了一种快速有效的新方法。

三维重建的飞机机动动作库设计与可视化
苏光旭, 张登成, 魏金鹏, 李海泉, 张艳华, 雷玉昌
2021, 47(6): 1277-1287. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0160
摘要:

机动动作库是飞机空战仿真的重要基础,可靠的、具有针对性的机动动作库能够提高空战仿真的真实性和应用价值。为了建立具有针对性的机动动作库,提出了一种通过三维逆向建模进行气动特性计算再建立飞机机动动作库的技术途径,对气动参数未知飞机的空战仿真问题提供了技术支撑。首先,对飞机的几何外形进行了三维重建,计算分析了其纵向气动特性;然后,将气动数据加入飞行仿真的限制环节,设计了针对该型飞机典型战术动作的机动动作库;最后,基于MATLAB函数进行了机动动作的可视化研究。研究结果表明:机动动作库体现了对于飞机类型的针对性和可靠性,可视化实现了飞行轨迹和飞机姿态的三维显示及参数游标,为空战决策、空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定了基础。

高超声速伸缩式变形飞行器再入制导方法
岳彩红, 唐胜景, 王肖, 郭杰
2021, 47(6): 1288-1298. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0183
摘要:

针对高超声速变形飞行器再入制导问题,提出了一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器外形方案,建立了含有展长变形量的气动模型和动力学模型。将该变形飞行器的展长变形量扩展为控制变量,分析了倾侧角、展长变形量和终端航程、高度之间的关系。在此基础上,利用倾侧角和展长变形量在线预测剩余航程和终端高度,通过数值方法校正2个控制量以满足航程约束和高度约束,通过航向角走廊确定倾侧角符号。仿真结果表明:该变形飞行器再入制导方法制导精度高,相比于传统固定外形飞行器终端约束能力更强、轨迹更加平滑,且在扰动条件下具有一定鲁棒性。

鱼骨柔性翼段线性/非线性静气动弹性对比分析
冒森, 杨超, 谢长川, 陈智盈
2021, 47(6): 1299-1310. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0307
摘要:

鱼骨柔性翼作为一种性能优越的主动变弯度机翼机构形式,具有弦向抗弯刚度低、翼型厚度方向刚度高的特点,其在进行大弯度主动变形时结构存在较强的几何非线性且气动弹性效应显著。针对传统线性静气动弹性分析方法并不适用于鱼骨柔性翼段的气动弹性分析问题,以Bristol大学的公开鱼骨柔性翼段模型为研究对象,采用曲面涡格法(VLM)和非线性有限元耦合的非线性静气动弹性方法,以及传统气动弹性分析中常用的平面涡格法和线性有限元耦合的线性静气动弹性方法,分别对鱼骨柔性翼段进行大变形下的静气动弹性分析,并进行结果对比。对比验证了所用曲面涡格法与XFOIL软件气动计算结果。算例结果表明:鱼骨柔性翼段大变形下气动弹性效应显著,相比传统线性静气动弹性分析方法,非线性静气动弹性分析方法得到的鱼骨柔性翼段在大变形状态下升力系数最多减少8.28%,力矩系数最多减少6.86%,且能准确快速得到真实变形结果,更具有实际工程应用价值。

常见问答