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空冷型质子交换膜燃料电池多场耦合仿真建模与分析

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空冷型质子交换膜燃料电池多场耦合仿真建模与分析

作者：唐嘉钰上海交通大学

学位级别：硕士

空气冷却型质子交换膜燃料电池（PEMFC）不需要额外增湿,系统简单,重量轻,在备用电源、小型无人机等中、小功率需求方面具有广泛的运用前景。空冷型燃料电池的运行过程受到运行温度、湿度、氧气浓度等因素耦合作用的影响,阴极流场构型... 详细信息

空气冷却型质子交换膜燃料电池（PEMFC）不需要额外增湿,系统简单,重量轻,在备用电源、小型无人机等中、小功率需求方面具有广泛的运用前景。空冷型燃料电池的运行过程受到运行温度、湿度、氧气浓度等因素耦合作用的影响,阴极流场构型决定了电池内部温湿度分布和传热传质,直接影响电堆的输出性能。开展PEMFC仿真建模,揭示电池内部多场分布规律,探索设计参数对电堆输出性能的影响规律,对深入理解电池内复杂的耦合关系、优化空冷型燃料电池设计有重要意义。为此,本文开展了空冷型PEMFC三维多场耦合仿真建模研究,分析阴极流场构型对电堆传质、传导特性的影响规律,通过实验探究了操作条件对电池输出性能影响,为空冷型电池结构优化设计提供了参考。主要的研究工作包括:1)建立了空冷型燃料电池的多场耦合分析模型,并与实验对比,验证了模型的有效性。通过仿真发现膜湿度对电池性能有重要影响,电堆温度升高会使膜内湿度快速下降,进而导致输出电压降低。增加空气入口湿度,对膜内湿度影响较小;通过合理设置通道构型,以使电池具有更好的保水、散热、促进传质的能力,提升空冷型电池性能。2)分析了不同阴极极板构型设计对电堆传热传质、输出性能的影响。研究表明,针对本文研究的空冷型电池,流道深度对电压影响较小;极板脊槽比增加将提升电池保水、散热性能,使电池输出电压升高,脊槽比为3时电池输出性能较好;单通道电池宽度增加影响散热、气体传质,均会造成燃料电池性能下降;流道中波浪型结构有助于增大反应区域气体的浓度,提升输出电压。3)装配了空冷型燃料电池,开展了电堆测试实验,探究了运行条件（装配压力、入口湿度、风扇功率、环境温度）对电池性能的影响。实验发现极板采用更好的热导材料可以有效提升电池输出性能,证明热管理对电池的重要性,为未来燃料电池材料选择、设计提供了方向。

关键词：质子交换膜燃料电池空气冷却型流场构型仿真分析多场耦合

基于威胁建模的UCAV武器投放在线航迹规划

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西北工业大学学报 2021年第2期39卷 382-391页

作者：唐嘉钰李相民代进进海军航空大学山东烟台264001 海军研究院北京100422

针对无人作战飞机(UCAV)执行对地攻击任务时的武器投放航迹规划问题,提出了一种基于环境威胁建模的在线航迹规划方法。通过对UCAV气动力、发动机推力及油耗等特性进行分析,建立了UCAV质点运动学和动力学模型;考虑UCAV性能和战场环境威... 详细信息

针对无人作战飞机(UCAV)执行对地攻击任务时的武器投放航迹规划问题,提出了一种基于环境威胁建模的在线航迹规划方法。通过对UCAV气动力、发动机推力及油耗等特性进行分析,建立了UCAV质点运动学和动力学模型;考虑UCAV性能和战场环境威胁约束,通过计算求解机载制导炸弹的可投放区包络,将可投放区中心和投放姿态作为末端约束条件,构造了UCAV武器投放航迹规划模型;提出了一种基于威胁建模的在线航迹规划方法,将航迹规划问题转换为飞行过程中的威胁态势划分问题进行求解。仿真结果表明,所提方法可有效实现静态与动态场景下UCAV武器投放在线航迹规划。

关键词：无人作战飞机在线航迹规划机载武器投放威胁建模

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基于视线导引策略的无人艇航迹跟踪控制算法

兵工学报 2022年第S2期43卷 20-25页

作者：王潋李烨陈霄罗荣完颜娟唐嘉钰 91054部队北京102442 军事科学院北京100091

为实现复杂海洋环境下无人艇对期望航迹的精确跟踪和安全航行控制问题,对目前用于无人艇航迹跟踪控制的视线导引策略进行了详细研究,可分为基于前视距离的视线导引策略和基于包围圈的视线导引策略两大类,并分析了两类算法各自的优缺点... 详细信息

为实现复杂海洋环境下无人艇对期望航迹的精确跟踪和安全航行控制问题,对目前用于无人艇航迹跟踪控制的视线导引策略进行了详细研究,可分为基于前视距离的视线导引策略和基于包围圈的视线导引策略两大类,并分析了两类算法各自的优缺点。建立无人艇数学模型,基于前视距离的视线制导策略和PID控制思想设计无人艇航迹跟踪控制算法。仿真实验结果表明:所提算法具有良好的航迹跟踪控制效果,可为现阶段我国无人艇自主航行控制技术的研究和无人艇装备建设提供参考。

关键词：无人艇视线导引策略航迹跟踪控制 PID算法

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基于模型的大口径舰炮武器系统效能评估

兵器装备工程学报 2023年第S2期44卷 77-84页

作者：刘琳唐嘉钰冯源中国人民解放军91054部队北京102442 西北机电工程研究所陕西咸阳712099

为解决以文本的方式进行大口径舰炮武器系统效能评估过程中存在的一些问题,提出以基于模型的系统工程(MBSE)的方法论为指导,使用系统建模语言(SysML)建立系统设计模型,推导出效能指标,再进行效能评估的技术路线。此方式加强了系统设计... 详细信息

为解决以文本的方式进行大口径舰炮武器系统效能评估过程中存在的一些问题,提出以基于模型的系统工程(MBSE)的方法论为指导,使用系统建模语言(SysML)建立系统设计模型,推导出效能指标,再进行效能评估的技术路线。此方式加强了系统设计模型与效能评估模型间的交互,通过生成的大口径舰炮武器系统的系统设计模型,确定与效能评估相关的计算参数,整个设计过程通过视图模型进行信息传递,既去除了非结构化的冗余信息,也能实现模型的迭代优化,得到不同系统设计模型下的大口径舰炮武器系统的效能值,从而优选出最佳系统设计方案,大大提升了武器系统的设计效率。建模从需求分析开始,与效能指标计算形成闭环验证,结果表明该技术路线进行大口径舰炮武器系统效能评估具有可行性。

关键词： MBSE 大口径舰炮武器系统 SysML 效能评估

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抗火光干扰红外成像探测技术发展现状综述

兵工学报 2024年第S2期45卷 90-96页

作者：吕晓英唐嘉钰吴世林曹渊刘琳海军研究院北京100161

在使用红外成像探测物体高温燃烧产生的火焰、物体爆炸产生的高温碎片场景时,由于红外成像视场内场景温度快速升高,导致红外成像动态范围变大、图像饱和、细节信息丢失、弱小目标被高温背景淹没等现象,针对上述问题总结出抗火光干扰高... 详细信息

在使用红外成像探测物体高温燃烧产生的火焰、物体爆炸产生的高温碎片场景时,由于红外成像视场内场景温度快速升高,导致红外成像动态范围变大、图像饱和、细节信息丢失、弱小目标被高温背景淹没等现象,针对上述问题总结出抗火光干扰高动态红外成像探测技术途径,系统介绍抗火光干扰高动态红外成像相关技术研究现状,围绕技术发展途径,分析给出抗火光干扰高动态红外成像探测技术的发展趋势。

关键词：红外成像高动态图像饱和高温碎片场景抗火光干扰

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复杂约束条件下异构多智能体联盟任务分配

控制理论与应用 2020年第11期37卷 2413-2422页

作者：唐嘉钰李相民代进进薄宁海军航空大学岸防兵学院山东烟台264001 中国人民解放军91213部队山东烟台264001

分布式任务决策是提高多智能体系统自主性的关键.以异构多智能体协同执行复杂任务为背景,首先建立了一种考虑任务载荷资源约束、任务耦合关系约束及执行窗口约束等条件的异构多智能体分布式联盟任务分配模型;其次,对一致性包算法(CBBA)... 详细信息

分布式任务决策是提高多智能体系统自主性的关键.以异构多智能体协同执行复杂任务为背景,首先建立了一种考虑任务载荷资源约束、任务耦合关系约束及执行窗口约束等条件的异构多智能体分布式联盟任务分配模型;其次,对一致性包算法(CBBA)进行了扩展,提出了基于改进冲突消解原则的一致性联盟算法(CBCA),以实现异构多智能体协同无冲突任务分配,并进一步证明了在一定条件下CBCA算法收敛于改进顺序贪婪算法(ISGA).最后通过数值仿真,验证了CBCA算法求解复杂约束条件下异构多智能体联盟任务分配问题的可行性和快速性.

关键词：多智能体系统分布式决策一致性包算法联盟生成无人机

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海上无人机蜂群目标威胁评估方法

兵工学报 2022年第S2期43卷 32-39页

作者：孙海文于邵祯江源周末唐嘉钰李丹 91054部队北京102442

针对海上无人机蜂群目标威胁评估问题,构建无人机蜂群威胁评估指标体系,建立海上无人机蜂群威胁评估模型,提出一种改进逼近理想解法的无人机蜂群威胁排序方法,设计二级威胁评估流程。仿真分析结果表明,新方法可以有效准确地对多批次无... 详细信息

针对海上无人机蜂群目标威胁评估问题,构建无人机蜂群威胁评估指标体系,建立海上无人机蜂群威胁评估模型,提出一种改进逼近理想解法的无人机蜂群威胁排序方法,设计二级威胁评估流程。仿真分析结果表明,新方法可以有效准确地对多批次无人机蜂群目标进行威胁评估,为反无人机蜂群作战指挥决策提供参考依据。

关键词：无人机蜂群威胁评估防空作战改进逼近理想解法二级威胁评估流程

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导弹装备E-维修理论应用研究

飞航导弹 2016年第10期 43-46,94页

作者：唐嘉钰冯玉光陈天乐海军航空工程学院

随着信息与网络等技术的飞速发展,以远程状态监测和信息管理为中心的E-维修理论逐渐显示出优势,成为未来维修研究领域的发展趋势。首先对目前海军导弹维修现状进行了分析与总结,明确了E-维修理论在导弹装备维修中的前景。进一步研究了E... 详细信息

随着信息与网络等技术的飞速发展,以远程状态监测和信息管理为中心的E-维修理论逐渐显示出优势,成为未来维修研究领域的发展趋势。首先对目前海军导弹维修现状进行了分析与总结,明确了E-维修理论在导弹装备维修中的前景。进一步研究了E-维修理论的发展历程,并对其内涵进行了阐释。最后,对于E-维修理论在导弹维修保障中的应用前景进行了探索,并初步研究分析了导弹E-维修理论中的关键技术。

关键词： E-维修导弹维修保障信息技术

有/无人机编队协同作战指挥控制关键技术综述

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飞航导弹 2017年第9期 29-35,87页

作者：李相民薄宁代进进唐嘉钰海军航空工程学院

随着无人机技术的发展和作战任务的日渐复杂,有人机与无人机联合编队协同作战将是未来作战的一种重要形式,有/无人机编队协同作战指挥控制技术成为当前研究的难点问题之一。总结梳理了近年来国内外有/无人机协同作战相关项目研究进展情... 详细信息

随着无人机技术的发展和作战任务的日渐复杂,有人机与无人机联合编队协同作战将是未来作战的一种重要形式,有/无人机编队协同作战指挥控制技术成为当前研究的难点问题之一。总结梳理了近年来国内外有/无人机协同作战相关项目研究进展情况。通过分析有/无人机编队组成和典型作战过程,研究了有/无人机协同作战指挥控制体系结构。从指控组织动态优化、智能决策、任务规划、数据通信四个方面,分析归纳了有/无人机编队协同作战指挥控制关键技术。对有/无人机编队协同作战指挥控制技术的未来发展方向进行了展望。

关键词：有/无人机编队协同作战指挥控制