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混动无人机用高效永磁同步发电机的设计与优化

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混动无人机用高效永磁同步发电机的设计与优化

作者：遆政宪中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

混动无人机是继无人机在军事和民用领域得以广泛应用后所提出的新型动力系统的无人机。混合动力技术利用不同能量源与功率转化装置的特性,实现了无人机的双源动力优势互补,以提升无人机的垂直机动性能和续航能力。将多旋翼无人机垂直机... 详细信息

混动无人机是继无人机在军事和民用领域得以广泛应用后所提出的新型动力系统的无人机。混合动力技术利用不同能量源与功率转化装置的特性,实现了无人机的双源动力优势互补,以提升无人机的垂直机动性能和续航能力。将多旋翼无人机垂直机动性强的优势和固定翼无人机巡航距离远的优势结合,形成了目前先进的复合翼形式的无人机,将混合动力系统搭载在该型无人机上能够显著提升无人机的续航和运载性能。发电机是混合动力系统中实现机械能与电能转化的核心装置。论文研究了 50kg级混动复合翼无人机的发电系统,基于电磁理论和ANSYS Maxwell有限元仿真软件设计了一台永磁同步发电机,探究了混动复合翼无人机在垂直机动和平飞巡航两种飞行模式下的能量流动方式,设计了发电系统的拓扑结构和主电路电气系统,对所设计的发电机在48V系统电压下、7500转/分钟为额定转速,能够持续输出6kW的额定发电功率。论文对发电系统中的发动机和锂聚合物电池进行探究、机电匹配和选型,使整套发电系统具有轻量化和高功率密度。高效永磁同步发电机要求具备起发一体特性,首先,针对电机在起动和发电工况的电磁理论研究,分析动态电磁方程、稳态电磁转矩、负载压降变化率和损耗方程,计算定子电枢的尺寸满足电磁负荷以达到额定性能指标;其次,基于RMxprt插件进行永磁同步发电机极槽配合和电枢绕组结构的初始设计,同时利用数值仿真求解长径比、永磁体磁化方向长度、极弧系数和槽口宽度对发电机效率和重量的影响,得到永磁同步发电机的初始设计方案。利用Taguchi方法建立正交实验矩阵对永磁同步发电机效率和重量方面进行优化。优化后的发电机效率提升了 4.9%,重量减轻了 5.03%,损耗降低了43.64%。将RMxprt发电机模型导入ANSYS Maxwell进行有限元分析,验证发电机设计合理满足高效性。定制加工样机并进行实物验证实验。在起动和发电性能的对比测试中,验证了优化后的电机起动时的电流更小且发电功率更高;在模拟多旋翼地面台架实验中表明:经过优化设计的同步发电机在动态系统电压下具有较好的机电匹配效果;在装机试飞试验中,发电系统功率密度约为锂聚合物电池的1.25倍,能量密度高于锂聚合物电池15.4%,所设计并优化的永磁同步发电机具有高效性。

关键词：混动无人机永磁同步发电机机电匹配 Taguchi方法功率密度

高超声速飞行器减阻杆-双盘-槽道组合构型减阻防热特性研究

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推进技术 2024年第5期45卷 84-94页

作者：郭建方蜀州王子玉北京理工大学宇航学院北京100081

针对高超声速飞行器减阻防热问题,提出了一种减阻杆头部开槽进气、中部侧向排气的减阻杆-双盘-槽道组合构型。在飞行高度30 km、来流马赫数6条件下,基于SST k-ω湍流模型,采用有限体积法求解了二维轴对称雷诺平均N-S方程,对组合构型的... 详细信息

针对高超声速飞行器减阻防热问题,提出了一种减阻杆头部开槽进气、中部侧向排气的减阻杆-双盘-槽道组合构型。在飞行高度30 km、来流马赫数6条件下,基于SST k-ω湍流模型,采用有限体积法求解了二维轴对称雷诺平均N-S方程,对组合构型的流场进行了数值模拟,并分析了其减阻防热特性。相比减阻杆-单盘构型,减阻杆-双盘构型减阻防热效果更好,而减阻杆-双盘-槽道构型可以进一步提高减阻防热效果。进行了组合构型的影响因素分析,数值仿真结果表明,在研究参数范围内,侧向排气孔靠近两个气动盘中间位置、第二个气动盘直径较大的构型减阻防热总体效果较好。相比减阻杆-单盘构型,较优构型的总阻力系数降低了24.70%,钝体壁面斯坦顿数峰值降低了53.63%。

关键词：高超声速减阻防热减阻杆-双盘槽道数值模拟

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316L表面激光熔覆NiTi合金涂层的组织结构及元素占位

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复合材料学报 2024年第2期41卷 1030-1037页

作者：丰玉强胡正飞同济大学材料科学与工程学院上海201804 上海市金属功能材料开发应用重点实验室上海201804

60NiTi(60wt%Ni-40wt%Ti)合金具有高硬度、高弹性模量及优异的耐磨和耐腐蚀性能,在许多领域有潜在的应用价值。本文对激光熔覆方法在316L不锈钢表面制备NiTi涂层的微观组织结构和物相组成进行了分析。结果表明:基材中主要成分Fe和Cr扩... 详细信息

60NiTi(60wt%Ni-40wt%Ti)合金具有高硬度、高弹性模量及优异的耐磨和耐腐蚀性能,在许多领域有潜在的应用价值。本文对激光熔覆方法在316L不锈钢表面制备NiTi涂层的微观组织结构和物相组成进行了分析。结果表明:基材中主要成分Fe和Cr扩散到熔覆涂层中并显著地影响了镍钛涂层的组织结构和性能。熔覆涂层主要组成相为NiTi和Ni_(3)Ti,提高Ni含量可抑制NiTi_(2)析出。第一性原理计算结果显示,Fe和Cr元素易于固溶在B2结构的NiTi相中,并且都倾向于置换晶胞中的Ni原子。Ni_(3)Ti晶胞结构中的Ni和Ti原子各有2个不同的晶位,Fe原子倾向于置换晶胞中Ni-1晶位的Ni原子,而Cr原子倾向于置换晶胞中Ni-2晶位的Ni原子。根据涂层的成分分析结合模拟可知,镍钛合金涂层中NiTi和Ni_(3)Ti相的化学式分别为Ni_(5)Ti_(8)Fe_(2)Cr和Ni_(9)Ti_(4)Fe_(2)Cr。

关键词：激光熔覆镍钛合金第一性原理合金元素掺杂择优占位表面改性

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基于深度学习的GNSS/INS组合导航算法研究

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基于深度学习的GNSS/INS组合导航算法研究

作者：孟宪薇吉林大学

学位级别：硕士

在现代导航系统中,全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)的组合使用已成为提高定位精度和可靠性的重要技术。GNSS能提供高精度的位置信息,但其信号在恶劣环境下易受干扰或完全丢失。相较之下,INS作为一种自主导航技术,不依赖外部... 详细信息

在现代导航系统中,全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)的组合使用已成为提高定位精度和可靠性的重要技术。GNSS能提供高精度的位置信息,但其信号在恶劣环境下易受干扰或完全丢失。相较之下,INS作为一种自主导航技术,不依赖外部信号,可以在GNSS信号不可用时持续提供导航信息,但其导航精度会随着传感器误差的累积而降低。GNSS与INS组合导航通过互补各自的优势和缺点,提高了在不同环境下的导航性能。然而,在长时间面临GNSS信号不可用的情况下,如何保持组合导航的高精准度,成为当前研究中的重要课题,具有深远的研究意义。针对上述问题,本文基于深度学习研究GNSS/INS组合导航算法。首先,针对惯性传感器信号中存在噪声影响组合导航精度问题,本文提出新的小波阈值去噪函数对信号去噪。其次,本文引入双向循环神经网络(BRNN)作为算法的核心架构,并通过集成卷积神经网络(CNN)、通道注意力机制以及自注意力机制,对BRNN进行了深入优化。在这一架构中,CNN模块负责从输入的时间序列数据中提取局部特征,随后,通道注意力机制动态调整各特征通道的重要性,强化了模型对关键信息的捕获与识别能力。BRNN利用其双向处理能力,全面捕捉时间序列数据的前向和后向依赖,提高模型对时间序列动态的理解。最后,自注意力机制对BRNN的输出优化,通过计算序列内各元素间的相互影响,加强了模型对时间序列的全局认识,提高了预测的准确性和效率。在GNSS信号可用时,优化后的神经网络(double Att-CBRNN)寻找惯性传感器测量的比力、角速度、INS速度以及姿态与GNSS位置增量之间的关系。在GNSS信号不可使用时,double Att-CBRNN辅助INS系统导航,减少INS时间累积误差。本文针对研究内容设计了实验。本文首先验证了新小波阈值去噪函数有效性,再使用去噪后的信号数据来验证基于深度学习的GNSS/INS组合导航算法的性能。为了评估double Att-CBRNN算法的性能,本文将此算法与LSTM算法、MLP算法以及GINN算法进行了对比实验。通过对比不同算法在GNSS信号中断情境下的导航精度进行比较分析,实验结果证明,相比于其他三种算法,double Att-CBRNN算法在提高组合导航精度方面更具优势。此外,本文还深入分析了double Att-CBRNN算法的内部结构及其优势,对其进行了消融实验。本文通过系统性地移除double Att-CBRNN模型内部的通道注意力机制与自注意力机制组成的双重注意力机制,来对比去除该机制前后模型在预测性能上的差异。实验结果表明,双重注意力机制在增强模型预测能力方面发挥着关键的作用。

关键词：深度学习组合导航双循环神经网络小波阈值去噪卷积神经网络注意力机制

基于波形融合的可见光通信定位一体化方法研究及验证

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基于波形融合的可见光通信定位一体化方法研究及验证

作者：曾宪桢南昌大学

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第五代（5G）与第六代（6G）移动通信系统旨在将通信服务扩展至感知、计算等多维领域,并在各场景下为用户提供高速通信与高精度连续定位的服务。然而,在人员密集、电磁环境复杂且频谱资源紧张的室内封闭场景中,通信与定位的服务质量往... 详细信息

第五代（5G）与第六代（6G）移动通信系统旨在将通信服务扩展至感知、计算等多维领域,并在各场景下为用户提供高速通信与高精度连续定位的服务。然而,在人员密集、电磁环境复杂且频谱资源紧张的室内封闭场景中,通信与定位的服务质量往往难以得到保障。以光为信息传输媒介,可见光通信（Visible Light Communication,VLC）与可见光定位（Visible Light Positioning,VLP）技术凭借频谱资源丰富与抗电磁干扰等优势,可以很好地解决上述问题。本文基于双频正交波形,通过融合相移键控与双频差分相位差,实现了可见光通信定位一体化,该方法在确保可靠通信的同时实现了高精度定位。本文主要研究内容和创新点如下:首先,本文系统梳理了当前通信定位一体化的主流技术方法。在考虑LED特性、可见光传播链路、调制方式、定位模型以及处理复杂度等因素的基础上,提出了基于相移键控与双频差分相位差的波形融合方法,实现双频正交信号的通信定位一体化。该方法通过通信与定位功能对时间、频率、功率的共享,显著提升了系统资源的使用效率。然后,在具体场景中,对双频正交信号的频率分配与相移键控策略进行了优化,探究了通信性能、定位性能、波形设计以及LED辐射特性之间的关系。在此基础上,利用深度网络完成了接收符号的识别,并进一步实现了通信信息解调和终端定位,解决了基于传播时间的定位方法高度依赖时间同步的问题。理论与仿真分析表明,本文所述方法在维持可靠通信的同时以90%概率获得低于2cm误差的定位精度。最后,基于以上工作,利用以LED、PD、ZYNQ为核心搭建的验证平台,在2m×2m×2m的室内实验场景中完成了测试验证。结果表明,在通信解调误符号率低于10-3且通信速率为4Mbps的条件下,定位误差以90%概率优于8cm,可以很好地满足室内通信和高精度定位一体化的需求。

关键词：可见光通信通信定位一体化波形融合可见光定位双频信号

结合群优化策略的多标签集成因果特征选择算法

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结合群优化策略的多标签集成因果特征选择算法

作者：曾宪龙闽南师范大学

学位级别：硕士

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盾构下穿施工既有管线沉降分析及预测

力学季刊 2024年第1期45卷 239-247页

作者：庄新玉中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

隧道下穿既有管线施工容易造成管线变形及破坏,为了预测隧道下穿施工时的管线变形量,及时采取措施控制管线变形,亟需提出一种管线变形预测方法.以上海某大型断面越江隧道为工程背景,建立盾构下穿既有管线数值模型,定量研究了隧道下穿过... 详细信息

隧道下穿既有管线施工容易造成管线变形及破坏,为了预测隧道下穿施工时的管线变形量,及时采取措施控制管线变形,亟需提出一种管线变形预测方法.以上海某大型断面越江隧道为工程背景,建立盾构下穿既有管线数值模型,定量研究了隧道下穿过程中,隧道直径、管线直径、管隧净距以及管线埋深四个因素对管线变形的影响,并得到了隧道施工对管线沉降影响的多因素耦合公式.隧道下穿完成后,管线及地表沉降均呈现出中间大、两边小的规律.管线最大沉降随着隧道直径、既有管线直径的增大线性增大,随着管隧净距的增大线性减小;管线直径在小于0.5 m时对管线变形的影响较小.提出了描述管线沉降与三个因素之间定量关系的拟合公式,用于隧道下穿管线的估算,对类似工程具有直观参考作用.

关键词：隧道既有管线下穿沉降预测

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基于循环一致性生成对抗网络的艺术风格字体生成研究

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基于循环一致性生成对抗网络的艺术风格字体生成研究

作者：田宪庆河北大学

学位级别：硕士

随着社交媒体平台使用者的增多,人们越来越渴望通过独特的方式展现自我个性和传播自己国家的民族文化。在这个背景下,个性化艺术字体的使用已成为社交媒体用户的主要表达方式之一,同时,艺术字体的生成也已经成为业界关注的重要话题。因... 详细信息

随着社交媒体平台使用者的增多,人们越来越渴望通过独特的方式展现自我个性和传播自己国家的民族文化。在这个背景下,个性化艺术字体的使用已成为社交媒体用户的主要表达方式之一,同时,艺术字体的生成也已经成为业界关注的重要话题。因此,本文采用深度学习方法中基于非配对数据集训练的CycleGAN模型生成艺术字图像。在汉字生成任务中,CycleGAN发挥了重要作用,但模型在训练过程中常遭遇模式崩溃问题,并且生成的汉字图像中存在结构缺失的缺陷。为了解决以上问题,本文提出了两个改进模型。(1)针对CycleGAN中常出现的模式崩溃问题,本文基于汉字的笔画信息对模型进行了优化。首先,为了缓解训练过程中的模式崩溃问题,本文利用一位编码生成给定汉字的相关笔画编码,将其作为CycleGAN的额外条件信息,以提供更丰富的指导信息。然后,在生成器中引入了一个注意力模块,并对其进行了改进,提高模型对汉字笔画间的关注度;在判别器中引入了一个新的卷积层,专门用于重建汉字的笔画编码。最后,为了验证这些改进措施的有效性,本文在多种风格的艺术字体数据集上进行了实验。实验结果表明,即使在源字体与目标字体风格差异较大的情况下,本文提出的模型依然能够生成高质量的结果。(2)针对模型对汉字整体结构信息的关注较为模糊导致生成结果出现结构缺失的问题,本文设计了一个基于CycleGAN改进的半监督模型。由于汉字结构的复杂性,本文在CycleGAN模型中引入了半监督方案,即使用少量成对数据作为半监督信息,以探索汉字的局部和全局结构信息,实现与传统GAN网络进行监督训练相当的效果。为实现模型更好的泛化能力,本文额外引入了一个新的损失函数。同时为了验证了模型的合理性与泛用性,本文在多个艺术字体上进行了不同的实验。

关键词：深度学习循环一致性生成对抗网络汉字图像生成半监督方案注意力机制

自然放牧状态下盘欧羊复胃的组织形态学特征研究

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中国草食动物科学 2024年

作者：郎思敏郑琛甘肃农业大学动物科学技术学院

本试验通过研究藏系绵羊品种间各胃室的组织形态学特征差异，为新品种培育提供形态学理论支撑。选用1.5周岁的盘欧羊和欧拉羊各6只，屠宰并采集瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃组织，制作常规石蜡切片，进行HE（苏木精-伊红）染色后，测定各胃... 详细信息

本试验通过研究藏系绵羊品种间各胃室的组织形态学特征差异，为新品种培育提供形态学理论支撑。选用1.5周岁的盘欧羊和欧拉羊各6只，屠宰并采集瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃组织，制作常规石蜡切片，进行HE（苏木精-伊红）染色后，测定各胃室组织的相关指标。结果表明：①盘欧羊的瘤胃背囊乳头高度极显著高于欧拉羊（P＜0.01），乳头宽度极显著低于欧拉羊（P＜0.01）；而网胃底乳头高度和乳头宽度均极显著低于欧拉羊（P＜0.01）。②盘欧羊的瘤胃背囊和网胃底黏膜固有层厚度均极显著低于欧拉羊（P＜0.01），皱胃胃底腺区黏膜固有层厚度极显著高于欧拉羊（P＜0.01）；瓣胃黏膜固有层厚度略高于欧拉羊但差异不显著（P＞0.05）。③盘欧羊的各胃室黏膜下层厚均极显著高于欧拉羊（P＜0.01）。④盘欧羊的瘤胃背囊肌层厚度极显著低于欧拉羊（P＜0.01），皱胃胃底腺区肌层厚度低于欧拉羊但差异不显著（P＞0.05）；而网胃底和瓣胃壁肌层厚度均极显著高于欧拉羊（P＜0.01）。⑤盘欧羊的瘤胃背囊角化层厚度显著高于欧拉羊（P＜0.05），瓣胃壁角化层厚度极显著低于欧拉羊（P＜0.01），网胃底角化层厚度也低于欧拉羊，但差异不显著（P＞0.05）。综上所述，盘欧羊和欧拉羊的复胃组织结构存在较大的品种差异。与欧拉羊相比，盘欧羊的胃壁更厚，瘤胃乳头更高，说明其消化粗纤维的能更强。

关键词：藏系绵羊胃组织形态学