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悬停状态共轴刚性旋翼机身气动干扰特性

航空学报 2024年第9期45卷 201-210页

作者：孙朋朋刘平安樊枫曾伟中国直升机设计研究所景德镇333000

对共轴刚性旋翼/机身气动干扰开展试验和计算研究,分析了悬停状态下机身气动干扰对双旋翼气动特性以及机身表面压力分布的影响。结果表明,机身气动干扰使上、下旋翼桨叶尖部高升力区域范围增大,同拉力系数下的旋翼功率系数降低,旋翼最... 详细信息

对共轴刚性旋翼/机身气动干扰开展试验和计算研究,分析了悬停状态下机身气动干扰对双旋翼气动特性以及机身表面压力分布的影响。结果表明,机身气动干扰使上、下旋翼桨叶尖部高升力区域范围增大,同拉力系数下的旋翼功率系数降低,旋翼最大悬停效率(FM)增大约4.6%;受旋翼下洗流的影响,机身会产生垂直向下载荷,大小约为旋翼拉力的7%,扣除机身垂向力旋翼最大悬停效率相比孤立旋翼状态降低约6%;在旋翼气动干扰下,机身产生抬头力矩,大小与旋翼拉力系数成正比;机身表面压力呈4倍旋转频率的非定常变化。

关键词：共轴刚性旋翼气动干扰机身风洞试验悬停

基于LSTM和响应分解的冲击载荷识别方法研究

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振动与冲击 2024年第3期43卷 69-76,119页

作者：黄大伟陈立昆高亚东南京航空航天大学航空学院直升机旋翼动力学国防科技重点实验室南京210016

同一量级的冲击载荷所产生的动响应要远大于静态响应,因此准确识别冲击载荷对于航空器结构件的动强度设计、校核与结构健康监测都具有重要意义。该文章提出的方法主要针对一般线性结构的冲击载荷识别问题,从实测冲击响应应变信号出发,... 详细信息

同一量级的冲击载荷所产生的动响应要远大于静态响应,因此准确识别冲击载荷对于航空器结构件的动强度设计、校核与结构健康监测都具有重要意义。该文章提出的方法主要针对一般线性结构的冲击载荷识别问题,从实测冲击响应应变信号出发,主要解决了冲击载荷与响应信号样本长度不一致这一突出矛盾。首先基于冲击响应信号分解方法来进行振动信号特征提取,然后基于长短期记忆神经网络对载荷和响应信号样本特征进行映射,从而实现冲击载荷识别。通过对挂架模型实测冲击载荷信号进行识别,结果表明4种工况下,该方法识别的冲击载荷的均方根相对误差小于0.6,相关系数大于0.94。结果初步表明,在理想的试验环境中,该方法具备一定的识别精度。

关键词：动力学逆问题冲击载荷识别响应分解振动信号特征提取长短期记忆神经网络

无参数自适应罚函数的高效代理模型优化设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1262-1272页

作者：张伟高正红王超夏露西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 北京电子工程总体研究所北京100854

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题... 详细信息

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题,罚函数法更加有效,但惩罚因子的设置对于罚函数方法影响很大,不合适的惩罚因子反而会损害优化效率,分析了优化过程中罚函数方法对惩罚因子的要求,提出了一种无参数自适应罚函数的代理模优化设计方法,引入基于样本分析的惩罚项,结合归一化目标值和约束值,在优化过程中动态调整惩罚因子,使优化能够尽可能地聚焦于可行域内,迅速收敛到最优解,实现样本的高效配置。通过带约束的函数算例和翼型优化算例证实,所提方法可以大幅提高飞行器气动外形优化设计效率。

关键词：优化设计代理模型参考点气动设计自适应罚函数

松辽盆地南部岩石圈地幔变形特征及各向异性分析——来自橄榄岩包体的约束

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岩石学报 2024年第4期40卷 1285-1298页

作者：商咏梅周永胜马玺中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 吉林师范大学地理科学与旅游学院四平136000 吉林长白山火山国家野外科学观测研究站长春130000

SKS测量结果显示松辽盆地快波方向分布较为复杂,由于缺乏深部岩石变形资料约束,制约了地震波各向异性成因解释。本文通过对松辽盆地南部双辽地区橄榄岩包体进行详细的岩石学、地球化学、显微结构、各向异性研究,结果显示双辽地区橄榄岩... 详细信息

SKS测量结果显示松辽盆地快波方向分布较为复杂,由于缺乏深部岩石变形资料约束,制约了地震波各向异性成因解释。本文通过对松辽盆地南部双辽地区橄榄岩包体进行详细的岩石学、地球化学、显微结构、各向异性研究,结果显示双辽地区橄榄岩包体的平衡温度为893~1152℃,来源于岩石圈地幔。橄榄岩中橄榄石的晶格优选方位(CPO)类型主要为A型、D型和AG型,其中,AG型和D型CPO可能形成于西太平洋板块向欧亚大陆俯冲回撤导致的岩石圈变形,AG型橄榄石CPO也可能形成于熔体存在下的橄榄石变形。基于CPO计算获得的橄榄岩包体全岩VP各向异性(AVP)为4.79%~11.80%,最大剪切波各向异性(AVSmax)为3.13%~7.93%。结合地球物理测量结果,推断松辽盆地南部复杂的SKS各向异性的主要贡献可能来源于面理陡倾或直立的岩石圈地幔。

关键词：地震波各向异性橄榄岩包体晶格优选方位岩石圈变形松辽盆地

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基于机器学习的航天器规避目标威胁博弈决策

航空学报 2024年第8期45卷 244-259页

作者：张鸿林罗建军马卫华西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力学技术重点实验室西安710072

针对航天器规避空间目标抵近威胁的决策问题,提出了一种智能决策框架和基于深度强化学习的自主决策方法。考虑到空间目标的机动特性和威胁规避的博弈性,基于感知-判断-决策-执行(OODA)环决策思想和机器学习方法,提出了一种航天器威胁规... 详细信息

针对航天器规避空间目标抵近威胁的决策问题,提出了一种智能决策框架和基于深度强化学习的自主决策方法。考虑到空间目标的机动特性和威胁规避的博弈性,基于感知-判断-决策-执行(OODA)环决策思想和机器学习方法,提出了一种航天器威胁规避智能博弈决策框架。基于该框架和对空间目标运动意图的推理,为了使航天器决策控制具备博弈应对能力,设计了基于深度强化学习的航天器机动决策算法和训练环境,实现了对空间目标典型运动意图的规避应对;进一步地,采用自我博弈学习训练提升航天器自主机动决策算法的泛化性和应对目标不确定机动的适应能力。最后,通过算例仿真及分析,验证了所提方法的有效性。

关键词：航天器机动智能决策威胁规避 OODA环深度强化学习

高速直升机机身干扰对推力桨气动与噪声源特性的影响

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航空学报 2024年第9期45卷 272-286页

作者：孙大智陈希鲍为成卞威招启军南京航空航天大学航空学院直升机动力学全国重点实验室南京210016

研究高速直升机前飞时机身/后置推力桨的气动干扰对其气动与噪声源特性的影响。构建了一套适用于机身/推力桨流场模拟的高鲁棒性网格系统,贴体网格采用机身非结构/桨叶结构的混合网格,各贴体网格分别与背景网格建立嵌套关系,提出了网格... 详细信息

研究高速直升机前飞时机身/后置推力桨的气动干扰对其气动与噪声源特性的影响。构建了一套适用于机身/推力桨流场模拟的高鲁棒性网格系统,贴体网格采用机身非结构/桨叶结构的混合网格,各贴体网格分别与背景网格建立嵌套关系,提出了网格外边界自适应实体物面的边界识别方法以规避贴体网格计算域与实体的重合问题。基于URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stockes)方程构建了一套高速直升机机身/推力桨干扰流场的模拟方法,并基于FW-H(Ffowcs Williams and Hawkings)方程进一步建立了机身/推力桨噪声预估方法。通过与ROBIN机身/旋翼干扰试验数据、AH-1G旋翼噪声试验数据进行对比,验证了分析方法的有效性。开展了高速飞行状态下机身/推力桨干扰流场的高精度数值模拟,重点分析了机身/推力桨流场的干扰机制,综合对比了有/无机身干扰的推力桨气动噪声源特性。结果表明:在机身干扰下,推力桨整体推力会出现小幅度的波动,波动幅度约5.34%。与孤立推力桨比较,受干扰的推力桨在中/高桨盘夹角方向上的噪声声压级(SPL)大幅增大,且增大幅值与前进比正相关。此外,机身表面压力的波动会诱发载荷噪声,进一步改变了总噪声的频域特性。

关键词：高速直升机推力桨气动特性噪声特性 FW-H方程

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基于可达域分析的空间非合作围捕构型设计

中国空间科学技术(中英文) 2024年第05期44卷 83-94页

作者：李瑞峰孙冲王政方群张翔西北工业大学航天学院西北工业大学深圳研究院空间操控先进概念研究联合实验室

多个低成本航天器协同围捕空间高价值非合作目标是轨道博弈的典型场景。在考虑目标自主机动情况下，如何快速设计围捕构型以可靠高效地实现在轨围捕是目前尚未解决的关键问题。提出一种基于可达域分析的航天器集群围捕构型设计方法。首... 详细信息

多个低成本航天器协同围捕空间高价值非合作目标是轨道博弈的典型场景。在考虑目标自主机动情况下，如何快速设计围捕构型以可靠高效地实现在轨围捕是目前尚未解决的关键问题。提出一种基于可达域分析的航天器集群围捕构型设计方法。首先，建立围捕任务动力学模型，描述了集群围捕任务的条件，提出了基于连续推力机动可达域分析方法的多航天器协同围捕非合作目标的准则。进一步，采用最优控制理论求解航天器机动可达域，开展了可达域特性分析，提出了集群航天器协同可达域的半解析解。最后，提出一种4个航天器协同围捕构型设计方法。仿真结果验证了围捕构型设计方法的有效性，并与传统单航天器连续推力可达域求解方法对比，证明了可达域求解方法的可行性。

关键词：可达域航天器集群围捕构型最优控制理论设计方法

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空间作业智能操控技术研究与展望

中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 289-303页

作者：张哲刘传凯王明明罗建军武黎明陈诺探月与航天工程中心北京100190 北京航天飞行控制中心北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 西北工业大学航天学院西安710072 北京理工大学宇航学院北京100081

空间环境错综复杂,由航天员出舱完成各类空间任务难度较大.利用空间机器人操控技术,能够扩展航天员的操作能力,有效提高空间作业的自主化和智能化水平.本文介绍了空间作业操控的概念与内涵、国内外空间机器人操控技术应用与发展现状,分... 详细信息

空间环境错综复杂,由航天员出舱完成各类空间任务难度较大.利用空间机器人操控技术,能够扩展航天员的操作能力,有效提高空间作业的自主化和智能化水平.本文介绍了空间作业操控的概念与内涵、国内外空间机器人操控技术应用与发展现状,分析了在轨服务、星表巡视和星表采样等三类场景下空间机器人操控技术的特点.在此基础上,对其中涉及的智能感知与信息融合、任务规划、预测仿真等前沿关键技术进行了总结,并结合未来空间探索的需求,研究提出了空间作业操控技术的智能化发展趋势.

关键词：空间操控在轨服务星表探测人工智能机器人

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振荡射流控制方柱绕流的实验研究

热能动力工程 2024年第1期39卷 108-118,157页

作者：景子枫王万波温新上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所四川绵阳621000

为研究振荡射流对方柱绕流的流动控制效果,利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)分别测量了不同动量系数下布置于前驻点和后驻点的振荡射流控制的方柱绕流流场,并对测得的流场进行本征正交分解(Proper Orthogonal Deco... 详细信息

为研究振荡射流对方柱绕流的流动控制效果,利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)分别测量了不同动量系数下布置于前驻点和后驻点的振荡射流控制的方柱绕流流场,并对测得的流场进行本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)。研究表明:两种布置方式下振荡射流与流场的作用方式不同,均可有效控制方柱绕流流场,且存在着使控制效果达到最佳的动量系数。当位于前驻点的振荡射流动量系数为0.309时,方柱下游流场形态明显改变,尾涡长度减小约50%,湍动能和雷诺剪切应力分别减小约71%和62%,POD模态表明尾涡呈反对称脱落模式;当位于后驻点的振荡射流动量系数为0.174时,尾涡基本消失,此时尾流场湍动能和雷诺剪切应力分别减小32%和67%,POD模态表明尾涡改变为对称脱落模式。

关键词：方柱绕流流动控制 PIV测量振荡射流本征正交分解