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基于PCA降维的气动外形参数化方法

航空学报 2024年第10期45卷 62-81页

作者：余婧蒋安林刘亮吴晓军桂业伟刘深深中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一,简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析(PCA)的特征提取降维,可以在满足几何表征精度的条件下,进一步降低现有参数化方法的维度,更... 详细信息

几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一,简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析(PCA)的特征提取降维,可以在满足几何表征精度的条件下,进一步降低现有参数化方法的维度,更好地服务于气动布局设计。本文介绍了基于PCA的翼型参数建模方法,分析了采样空间设计、样本数量、采样参数、几何重构方式等各个因素对PCA建模过程中降维能力、基模态特性以及几何表征能力的影响。通过CFD仿真分析,进一步探究PCA建模方法在气动性能表征方面的能力。仿真分析指出:基于PCA的翼型参数化方法,可以在满足几何外形表征精度的条件下降低现有方法参数维度,且其设计参数与几何特性有对应关系,利于在布局设计中加入工程经验;基于同一类采样方式的PCA建模,其模态特性、降维能力和几何外形拟合能力受采样空间、样本数量的影响很小,但对采样方法的参数配置较为敏感;本文所研究的建模方法,可在保证几何表征精度的同时满足气动力表征精度,其在气动布局设计优化中,具有一定的指导意义。

关键词：气动外形优化翼型参数化主成分分析几何参数化本征正交分解

长时间气动力/热作用下累积热变形演化规律研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：刘深深蒋波韩青华余婧杨肖峰魏东朱言旦桂业伟空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

长时间气动力/热作用下产生的累积热变形及其在整个飞行历程中引发的不利影响是未来高超声速巡航飞行器设计不可忽视的问题。针对高超声速典型翼面结构，以自研热环境-热响应耦合计算分析平台为基础，结合自适应时间步的双向耦合计算策... 详细信息

长时间气动力/热作用下产生的累积热变形及其在整个飞行历程中引发的不利影响是未来高超声速巡航飞行器设计不可忽视的问题。针对高超声速典型翼面结构，以自研热环境-热响应耦合计算分析平台为基础，结合自适应时间步的双向耦合计算策略建立了全数值的气动力/热/结构多场耦合累积热变形预测方法；在此基础上开展了翼面结构在长时间气动力/热耦合作用下的累积热变形演化规律及形成机理研究，并分析了其在时间变化历程中对气动特性的影响。研究结果表明，由于翼面结构所受气动力、气动加热、结构传热、变形响应等物理过程的时空尺度差异，累积热变形呈现第一发展、第二发展、充分发展等非线性特征突出的三个演化阶段，并且需要经过较长的时间各种因素才能充分发展并实现累积变形的稳定。上述累积热变形演化行为引发了伴随整个飞行历程中的气动特性的非线性变化，进一步带来升力下降、升阻比下降以及俯仰力矩偏差等不利影响。相关不利影响亟需在未来长航时高超声速飞行器设计问题中加以考虑和主动应对。

关键词：长航时机翼结构累积热变形气动力/热耦合作用热变形影响

基于多Agent的锂电池主动均衡策略控制仿真研究

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华东交通大学学报 2024年第1期41卷 96-104页

作者：傅军栋陈浩杰孙翔华天亮刘深深刘珺华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013

【目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。【方法】首先,将多智能体控制策略引入电池管理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数... 详细信息

【目的】针对锂电池的荷电状态均衡管理问题,提出一种基于多智能体的电池组荷电状态一致性均衡方案。【方法】首先,将多智能体控制策略引入电池管理的下垂控制中,实现了主动均衡电路拓扑下的自主均衡;其次,建立领航跟随者模型,利用参数已知的虚拟智能体使各个荷电状态不一致的电池的状态向其靠近,实现充放电模式下的荷电状态均衡;最后,对二阶多智能体荷电状态均衡控制策略进行仿真验证。【结果】实验结果表明,相比一阶均衡控制策略,自主均衡时间减少了43.02%,充电模式中均衡时间减少了16.13%,放电模式中均衡时间降低了32.90%。【结论】多智能体系统在电池的均衡管理中能够实现荷电状态的均衡,有效地降低了锂电池荷电状态到达一致性的收敛时间。

关键词：荷电状态电池管理系统主动均衡均衡控制策略多智能体

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动量增升高升阻比飞行器横航向稳定性研究

北京航空航天大学学报 2023年第11期49卷 3010-3021页

作者：刘深深罗磊韩青华唐伟桂业伟贾洪印空气动力学国家重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000 西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室绵阳621000

考虑高超声速飞行器装填、防热及操稳等多约束条件下的实用化设计需求,提出一种新型下反式高升阻比滑翔飞行器气动布局。借鉴乘波体飞行器的高升力设计方法及动量增升原理,该新型飞行器采用下反式后掠翼构型,上表面为光滑倒圆“Λ”形设... 详细信息

考虑高超声速飞行器装填、防热及操稳等多约束条件下的实用化设计需求,提出一种新型下反式高升阻比滑翔飞行器气动布局。借鉴乘波体飞行器的高升力设计方法及动量增升原理,该新型飞行器采用下反式后掠翼构型,上表面为光滑倒圆“Λ”形设计,下表面为内凹的装填空间,为尽可能避免长时间超远距离高超声速飞行带来的防热负担,采用后缘体襟翼及体侧扩张方向舵面设计。采用数值计算方法对所提布局思路进行验证分析,计算结果表明:在飞行高度为40 km,Ma=10的条件下升阻比可以达到4.48左右,在一定迎角范围内均具备很高的气动效率,验证了所提布局的有效性。同时重点针对所提布局共性的横航向稳定性问题基于数值模拟方法探讨了3种不同优化改进方案的效果及可行性,并采用风洞试验对两侧翼梢V尾的控制方案进行横航向稳定性控制效果的试验验证,结果表明:采用两侧翼梢V尾的控制方案是实现横航向稳定性控制的较优方案。

关键词：高超声速飞行器高升阻比下反气动布局概念设计横航向稳定性

基于EKF-Markov的UPS荷电状态预测与健康管理系统

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电源学报 2022年

作者：傅军栋陈浩杰孙翔刘深深华东交通大学电气与自动化工程学院

随着通信技术的发展，人类生活已经进入了互联网+的时代。作为智能化系统中的重要负荷供电设备的不间断电源，提高其维修效率是保障供电可靠性的主要措施。根据生产不间断电源企业的需求，设计了基于EKF-Markov的不间断电源状态维修管...

随着通信技术的发展，人类生活已经进入了互联网+的时代。作为智能化系统中的重要负荷供电设备的不间断电源，提高其维修效率是保障供电可靠性的主要措施。根据生产不间断电源企业的需求，设计了基于EKF-Markov的不间断电源状态维修管理系统，在使用方许可的情况下，使用地理信息系统可视化显示设备在线位置及实时运行的状态数据。与传统事后维修方案相比，在数据预处理运用加权方法，对数据驱动采集的信息进行状态维修建模，减少不同类型数据导致的差异；采用扩展卡尔曼滤波消除噪声对采样结果的影响，该算法下的荷电状态预测的误差平均值为0.4343%，结合马尔可夫决策过程对UPS电池状态进行分析，实行充-换电模式下的健康管理状态维修策略，平均减少57.12%的维修时间。研究结果表明，相比传统维修，状态预测与健康管理系统的使用，可提高维修效率，加速实现从传统的计划性维修到状态维修模式的转化。

关键词：

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基于PCA降维的气动外形参数化方法研究

航空学报 2023年

作者：余婧蒋安林刘亮吴晓军桂业伟刘深深中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一，简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）的特征提取降维，可以在满足几何表征精度的条件下，... 详细信息

几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一，简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）的特征提取降维，可以在满足几何表征精度的条件下，进一步降低现有参数化方法的维度，更好的服务于气动布局设计。本文首先介绍了基于PCA的翼型参数建模方法，随后分析了采样空间设计、样本数量、采样参数、几何重构方式等各个因素对PCA建模过程中降维能力、基模态特性以及几何表征能力的影响。最后通过CFD仿真分析，进一步探究PCA建模方法在气动性能表征方面的能力。仿真分析指出：（1）基于PCA的翼型参数化方法，可以在满足几何外形表征精度的条件下降低现有方法参数维度，且其设计参数与几何特性有对应关系，利于在布局设计中加入工程经验；（2）基于同一类采样方式的PCA建模，其模态特性、降维能力和几何外形拟合能力受采样空间、样本数量的影响很小，但对采样方法的参数配置较为敏感；（3）本文所研究的建模方法，可在保证几何表征精度的同时满足气动力表征精度，其在气动布局设计优化中，具有一定的指导意义。

关键词：气动布局翼型参数化主成分分析几何参数化本征正交分解

一种下反式动量增升高升阻比飞行器及其横航向稳定性问题研究

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北京航空航天大学学报 2022年

作者：刘深深罗磊韩青华唐伟桂业伟贾洪印空气动力学国家重点实验室中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室

考虑高超声速飞行器装填、防热及操稳等多约束条件下的实用化设计需求，提出了一种新型下反式高升阻比滑翔飞行器布局。借鉴乘波体飞行器的高升力设计方法及动量增升原理，该新型飞行器采用下反式后掠翼构型，上表面为光滑倒圆“Λ”形...

考虑高超声速飞行器装填、防热及操稳等多约束条件下的实用化设计需求，提出了一种新型下反式高升阻比滑翔飞行器布局。借鉴乘波体飞行器的高升力设计方法及动量增升原理，该新型飞行器采用下反式后掠翼构型，上表面为光滑倒圆“Λ”形设计，下表面为内凹的装填空间，为尽可能避免长时间超远距离高超声速飞行带来的防热负担，采用了后缘体襟翼及体侧扩张方向舵面设计。采用数值计算方法对该布局思路进行了验证分析，计算结果表明在飞行高度40km，Ma=10条件下升阻比可以达到4.48左右，在一定攻角范围内均具备很高的气动效率，验证了该设计方法的有效性。同时重点针对该类扁平化布局共性的横航向稳定性问题基于数值模拟方法探讨了三种不同优化改进方案的效果及可行性，结果表明采用两侧翼梢V尾的控制方案是实现横航向稳定性控制的较优方案，最后采用风洞试验对相关结论进行了试验验证。

关键词：

高速飞机机翼的高低速气动力/热匹配快速设计优化研究

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空天技术 2023年第5期2023卷 11-21页

作者：余婧罗磊陈兵刘深深王安龄吴晓军蒋安林中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

宽速域飞行器是下一代飞行器的重点发展方向。不同速域下气动特性的协调兼顾、长时间严酷加热环境下的热安全问题，是该类飞行器设计需解决的瓶颈问题。以高速飞机作为宽域飞行器的典型代表，选取其关键部件——机翼开展了考虑力/热特... 详细信息

宽速域飞行器是下一代飞行器的重点发展方向。不同速域下气动特性的协调兼顾、长时间严酷加热环境下的热安全问题，是该类飞行器设计需解决的瓶颈问题。以高速飞机作为宽域飞行器的典型代表，选取其关键部件——机翼开展了考虑力/热特性综合匹配的快速设计优化探索研究。对高速飞机机翼的高低速力/热匹配设计需求及特点进行了分析，在此基础上完成了机翼构型的参数化，明确了关键的优化设计变量及优化设计目标，建立了多点气动力及气动热设计目标下的优化模型，提出了可快速完成匹配设计的优化流程；对优化过程中涉及的快速气动力/热评估工具进行了介绍。通过仿真，对比分析了机翼优化前后的气动力/热性能，验证了所提出优化模型和优化方法的有效性。从仿真结果可以看出，快速评估工具的采用可以在保证优化效果的基础上快速获取匹配设计结果；设计目标中，高速升阻比与低速升力、高速升阻比和高速气动热间都是矛盾的需求，最终优化构型在低速升力系数上的提升空间较小，但高速升阻比的提升较明显，优化后机翼的平均热流密度有所改善，但驻点热流密度升高，由于前缘半径约束的限制，优化后的构型满足工程需求。

关键词：机翼设计宽速域气动特性优化设计高速飞机匹配设计

基于VFFRLS参数辨识的蓄电池三维电热耦合模型

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电源技术 2023年第4期47卷 453-457页

作者：傅军栋刘深深孙翔陈浩杰华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013

随着锂离子电池在现代生产中广泛应用,为了精确分析锂电池放电过程中三维温度场分布与电压特性,基于二阶RC等效电路模型,利用可变遗忘因子递推最小二乘法(VFFRLS)对锂离子蓄电池参数进行在线辨识和实时修正,结果表明仿真电压数据与实测... 详细信息

随着锂离子电池在现代生产中广泛应用,为了精确分析锂电池放电过程中三维温度场分布与电压特性,基于二阶RC等效电路模型,利用可变遗忘因子递推最小二乘法(VFFRLS)对锂离子蓄电池参数进行在线辨识和实时修正,结果表明仿真电压数据与实测电压数据最大误差为0.0862 V,最大相对误差为2.53%,具有较高辨识精度。并将参数辨识结果传递到COMSOL中进行三维电热耦合模型仿真实验,实验表明不同放电倍率下圆柱形锂离子电池内部中心温度高于外部温度,外表面及上下底面温度略低,正负极柱温度最低。

关键词：锂电池二阶RC模型参数辨识三维电热耦合模型