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冰雪天气下基于LSTM的跑道温度数据-机理联合预测

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北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2184-2194页

作者：陈斌刘悦尹开浪方珣中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学航空地面特种设备研究基地天津300300

温度是跑道结冰的重要因素,针对跑道除冰运行的跑道热特性参数瞬态变化问题和温度周期序列缓慢变化特性,建立冰雪天气下基于长短时记忆(LSTM)的跑道温度数据-机理联合预测模型。通过最大信息系数法选择数据模型的输入特征变量,采用动态... 详细信息

温度是跑道结冰的重要因素,针对跑道除冰运行的跑道热特性参数瞬态变化问题和温度周期序列缓慢变化特性,建立冰雪天气下基于长短时记忆(LSTM)的跑道温度数据-机理联合预测模型。通过最大信息系数法选择数据模型的输入特征变量,采用动态时间弯曲法进行跑道温度数据聚类划分,建立基于LSTM的数据预测模型;通过跑道热力学知识获取跑道温度预测机理模型,采用最小误差赋权法建立跑道温度数据-机理联合预测模型。仿真预测显示,预测时长为20 min、残差阈值为±0.5℃时,数据-机理联合预测模型优于单独的数据预测模型和机理模型,预测准确率可达99.34%;横向对比显示,在相同边界条件下,数据-机理联合预测模型优于BP神经网络、多元回归模型和支持向量机模型,平均准确率提高26.11%。研究表明,基于LSTM的跑道温度数据-机理联合预测模型契合冰雪天气下跑道除冰运行实际,可获得较好的跑道温度短时预测结果。

关键词：跑道温度冰雪天气预测长短时记忆神经网络动态时间弯曲

基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法

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工程科学学报 2024年第5期46卷 887-896页

作者：王岩韬赵昕颐中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室天津300300

为降低飞行过程中遭遇危险天气的概率,同时避免大范围绕飞导致的路径与耗油增加,针对航路中的雷暴、积冰和颠簸天气,使用数值预报和概率预报,面向航前飞行计划,提出一种基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法.首先,基于概率预报... 详细信息

为降低飞行过程中遭遇危险天气的概率,同时避免大范围绕飞导致的路径与耗油增加,针对航路中的雷暴、积冰和颠簸天气,使用数值预报和概率预报,面向航前飞行计划,提出一种基于危险天气不确定性的最小风险路径规划方法.首先,基于概率预报数据使用配料法和C-F模型计算雷暴发生概率,基于数值预报数据计算积冰预测指数和颠簸预测指数;然后,融合多类型危险天气,提出一种具备风险标识的栅格化地图;在此基础上,改进传统路径最短的规划算法,构建以风险最小化为目标的Dijkstra和A^(*)算法;最后,使用2023年4月3日华中地区强对流天气预测数据建立风险地图,使用上述改进算法与传统Dijkstra、A^(*)和RRT算法进行路径规划并对比分析.结果表明,传统Dijkstra和A^(*)算法可计算得到最短飞行路径,而改进的A^(*)算法可计算得到总风险最小路径;若综合考虑飞行风险与路径长度,改进的Dijkstra算法最为适合.

关键词：危险天气概率预报不确定性推理飞行路径规划风险最小化

湿滑道面飞机牵引滑行系统纵向动力学建模与制动性能

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航空学报 2024年第16期45卷 124-139页

作者：祝恒佳齐凯王立文张威中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航航空地面特种设备研究基地天津300300 民航智慧机场理论与系统重点实验室天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

飞机地面作业可分为低速(小于6 kn)、中速(6~14 kn)、高速(大于14 kn)3类(1 kn=1.852 km/h),相比于传统的低速飞机牵引作业,新一代无杆飞机牵引滑行模式下牵引速度可达到40 km/h,道面湿滑对高速飞机牵引滑行系统制动性能的影响不可忽视... 详细信息

飞机地面作业可分为低速(小于6 kn)、中速(6~14 kn)、高速(大于14 kn)3类(1 kn=1.852 km/h),相比于传统的低速飞机牵引作业,新一代无杆飞机牵引滑行模式下牵引速度可达到40 km/h,道面湿滑对高速飞机牵引滑行系统制动性能的影响不可忽视。采用伪流动动压轴承作用等效反映轮胎-水膜-道面相互作用,结合任意压力分布函数提出LuGre轮胎滑水动力学模型。针对AM210无杆飞机牵引车轮胎开展湿路面附着性能试验,对LuGre轮胎滑水动力学模型进行参数辨识。基于MATLAB/Simulink和Adams/View建立LuGre轮胎滑水动力学模型和无杆牵引滑行系统的动力学联合仿真模型。采用模糊PID最优滑移率控制方法并考虑道面振动激励,对比研究了湿滑和干燥道面下飞机牵引系统的制动性能。结果表明,湿滑道面轮胎动载荷小于干燥道面,轮胎抓地性能随水膜厚度增大而降低,在40 km/h的初始制动速度下A级、C级1 mm水膜厚度道面的制动距离比干燥道面分别增加了30.9%、31.3%,对应工况下1 mm水膜厚度道面的制动距离比0.5 mm水膜厚度道面分别增加了2.7%、2.5%。研究结果可为湿滑道面工况下飞机牵引滑行作业中的制动安全预测提供理论基础。

关键词：无杆飞机牵引滑行系统无杆飞机牵引车湿滑道面轮胎动力学模型制动动力学

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空铁综合运输网络结构特征实证分析

科学技术与工程 2024年第7期24卷 2901-2908页

作者：王飞伍加伟黄宝军中国民航大学空管学院天津300300

为探究中国空铁综合运输网络结构特性,以城市为节点,若城市间有航班或高铁则连边,以航班数量和高铁数量为权重,分别建立了3个加权网络:高铁子网络、航空子网络和空铁综合运输网络。首先,通过均值关联、三角中介中心度、加权谐波中心度... 详细信息

为探究中国空铁综合运输网络结构特性,以城市为节点,若城市间有航班或高铁则连边,以航班数量和高铁数量为权重,分别建立了3个加权网络:高铁子网络、航空子网络和空铁综合运输网络。首先,通过均值关联、三角中介中心度、加权谐波中心度指标对比研究了不同网络的关键节点;其次,通过聚类系数和平均最短路径长度研究了三个网络的小世界特性;再次,通过Newman算法研究了三个网络的社团结构;最后,通过加权网络效率为指标,研究了三个网络的鲁棒性。研究结果表明,北上广深是三个网络的三种不同加权中心度的排名都很靠前,是共有的最为关键的节点。三个网络都具有小世界特性,但只有高铁子网络的模块度值大于0.3,存在明显的社团结构,并被划分为了10个社团。空铁综合运输网络具有更好的加权网络效率,约为0.32,为三个网络中最高,节点失效时的加权效率变化最小,鲁棒性最强。可见空铁综合运输网络集成了高铁网络、航空网络的互补优势,网络结构特征优于单一运输网络。

关键词：综合运输空铁综合运输加权网络节点中心度网络社团结构网络鲁棒性

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全局航迹不确定度及其偏离度模型

中国惯性技术学报 2024年第7期32卷 724-732页

作者：朱志强宫峰勋马艳秋吕培培中国民航局第二研究所成都民航空管科技发展公司成都610042 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

航迹不确定度及偏离度直接影响航班冲突检测与解脱的可信度,且对于基于航迹的运行异常重要。针对全局航迹质量评估,提出一种基于单航迹点不确定度及其误差均方根集合的全局航迹不确定度及偏离度模型,即以95%飞行时间内航迹点误差不超出... 详细信息

航迹不确定度及偏离度直接影响航班冲突检测与解脱的可信度,且对于基于航迹的运行异常重要。针对全局航迹质量评估,提出一种基于单航迹点不确定度及其误差均方根集合的全局航迹不确定度及偏离度模型,即以95%飞行时间内航迹点误差不超出保护范围的航迹为参考航迹,围绕航迹点集合的误差概率密度及t-分布函数,构建全局航迹不确定度及偏离度模型。仿真及实际空管雷达数据评估结果表明:与卡尔曼滤波算法模型相比,所提模型直接给出误差偏离度及其分布状态,可更快速、直观地获得航迹数据及运动模型品质,实现全局航迹及运动模型质量的图形及数值评估,具有较好实用价值。

关键词：不确定度偏离度全局航迹评估运动模型评估航迹误差集合

基于LADRC的跑道积冰主动探测装置温度精准控制

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控制理论与应用 2024年第09期 1610-1618页

作者：陈斌高大枘汤凯峰王立文中国民航大学电子信息与自动化学院中国民航大学航空地面特种设备研究基地

对跑道表面积冰主动进行探测,是保障航班安全运行的重要手段,本文针对目前积冰检测多为被动的积冰后检测的弊端,提出一种以热电制冷器为核心的跑道积冰主动探测装置,超前模拟跑道小范围温度条件和积冰状况,实现跑道积冰主动探测.数值分... 详细信息

对跑道表面积冰主动进行探测,是保障航班安全运行的重要手段,本文针对目前积冰检测多为被动的积冰后检测的弊端,提出一种以热电制冷器为核心的跑道积冰主动探测装置,超前模拟跑道小范围温度条件和积冰状况,实现跑道积冰主动探测.数值分析表明,装置温度控制易受运行过程中内部参数和外部环境扰动的影响,为实现精准温控,提出一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的温控方法,并利用时变增益方法改进扩张状态观测器(ESO).仿真结果表明LADRC控制有更好的抗干扰能力,总扰动下的均方误差(MSE)较PID和非线性PID(NLPID)控制分别减少了57.22%和55.77%.低温实验箱及室外低温环境下实验结果表明,装置能够快速响应达到目标温度,稳态误差为0.05?C,能够满足积冰状况模拟及积冰主动探测的需求.

关键词：积冰主动探测热电制冷器精准温控线性自抗扰控制

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基于QAR数据的飞行控制系统故障研究综述

中国安全科学学报 2024年第4期34卷 1-9页

作者：王岩韬高艺时统宇中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室天津300300

为系统梳理国内外对民用飞机飞行控制系统故障分析的研究历程和现状,针对基于快速存取记录器(QAR)数据分析的飞行控制系统典型故障类型,首先,总结QAR数据预处理、特征提取等使用过程;然后,根据故障分析可达到的性能指标,提出4个故障研... 详细信息

为系统梳理国内外对民用飞机飞行控制系统故障分析的研究历程和现状,针对基于快速存取记录器(QAR)数据分析的飞行控制系统典型故障类型,首先,总结QAR数据预处理、特征提取等使用过程;然后,根据故障分析可达到的性能指标,提出4个故障研究阶段,分别为故障监测、故障识别、故障诊断和故障预测;最后,综合国内外研究进度与深度,得出飞行控制系统典型故障类型,包括方向舵液压泄漏、升降舵指示不一致、襟翼动作耗时等,建模常用QAR数据项包括飞机主舵面位置、飞行姿态、飞机性能、左右襟翼角度、襟翼位置等,计算方法包括物理模型、多变量统计、逻辑推理、机器学习等。结果表明:系统分析方向舵、升降舵、襟翼等子系统最新研究进展,发现在故障类型、参数选择和计算方法的改进等方面取得了一定的成果,故障研究阶段基本处于故障诊断或非实时预测水平,但仍需加强面向安全保障与实际维修方面的需求,以实现故障实时预测技术。

关键词：快速存取记录器(QAR) 飞行控制系统故障监测故障识别故障诊断故障预测

湿滑道面飞机牵引滑行系统纵向动力学建模与制动性能研究

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航空学报 2024年

作者：祝恒佳齐凯王立文张威中国民航大学航空工程学院中国民航大学科技创新研究院中国民航大学安全科学与工程学院民航智慧机场理论与系统重点实验室中国民航航空地面特种设备研究基地

飞机地面作业可分为低速（小于6节，约11.11km/h）、中速（6-14节）、高速（大于14节，约25.93km/h）三类，相比于传统的低速飞机牵引作业，新一代无杆飞机牵引滑行模式下牵引速度可达到40km/h，道面湿滑对高速飞机牵引滑行系统制动性... 详细信息

飞机地面作业可分为低速（小于6节，约11.11km/h）、中速（6-14节）、高速（大于14节，约25.93km/h）三类，相比于传统的低速飞机牵引作业，新一代无杆飞机牵引滑行模式下牵引速度可达到40km/h，道面湿滑对高速飞机牵引滑行系统制动性能的影响不可忽视。采用伪流动动压轴承作用等效反映轮胎-水膜-道面相互作用，结合任意压力分布函数提出Lugre轮胎滑水动力学模型。针对AM210无杆飞机牵引车轮胎开展湿路面附着性能试验，对Lugre轮胎滑水动力学模型进行参数辨识。基于Matlab/Simulink和Adams/View建立Lugre轮胎滑水动力学模型和无杆牵引滑行系统的动力学联合仿真模型。采用模糊PID最优滑移率控制方法并考虑道面振动激励，对比研究湿滑与干燥道面下飞机牵引系统的制动性能。结果表明，湿滑道面轮胎动载荷小于干燥道面，轮胎抓地性能随水膜厚度增大而降低，在40km/h的初始制动速度下A级、C级1mm水膜随机道面的制动距离比干燥道面结果分别增加了30.9%、31.3%，对应工况下1mm水膜道面的制动距离比0.5mm水膜道面结果分别增加了2.7%、2.5%。本文的研究结果可为湿滑道面工况下飞机牵引滑行作业中的制动安全预测提供理论基础。

关键词：无杆飞机牵引滑行系统无杆飞机牵引车湿滑道面轮胎动力学模型制动动力学

道基不均匀分布下通用机型轮载对机场道面力学性能影响研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 10-16,25页

作者：黄信张若愚孙博伟李正凯赵方冉中国民航大学交通科学与工程学院天津300300 中国民航大学机场工程科研基地天津300300

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用... 详细信息

为研究道基水平方向不均匀分布对机场道面板力学性能的影响,建立飞机荷载-道面结构-不均匀道基三维模型,采用数值模拟方法分析多板协同受力模式下基顶反应模量变化对道面板弯拉应力影响,探讨通用机型(空客A320和波音B737-800)轮载作用时基顶反应模量变化和道面板厚度对道面板力学性能以及接缝传荷系数的影响,同时基于缩尺试验对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:对于A320机型,当道基水平不均匀分布时混凝土板弯拉应力增大,基顶反应模量变化率由0%增加至65.46%时,轮载作用于传力杆接缝板边时道面板弯拉应力由4.06 MPa增加至5.73 MPa,超过极限弯拉应力;增加板厚能够有效地提升刚性道面板受力安全时基顶反应模量变化率的取值范围;道面板接缝传荷系数随着基顶反应模量变化率的增加而增大,基顶反应模量变化率从6.84%增加至56.30%时,道面板传荷系数增加2.44%;室内缩尺试验验证了道基不均匀分布对传荷系数的影响规律。在道面板设计时,应充分考虑道基水平方向不均匀分布对道面板力学性能的影响,避免在服役期间过早出现结构破坏。

关键词：道路工程道基不均匀分布数值模拟飞机轮载基顶反应模量接缝传荷系数