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带有神经网络干扰观测器的视线角约束制导

系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1372-1382页

作者：何通卢青周军郭宗易西北工业大学精确制导与控制研究所陕西西安710072

针对具有终端视线(line-of-sight, LOS)角约束的机动目标拦截问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络干扰观测器的LOS角约束制导方法。首先,考虑目标机动过程中加速度信息无法获取的情况,给出了一种基于RBF... 详细信息

针对具有终端视线(line-of-sight, LOS)角约束的机动目标拦截问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络干扰观测器的LOS角约束制导方法。首先,考虑目标机动过程中加速度信息无法获取的情况,给出了一种基于RBF神经网络的干扰观测器,实现了对目标机动的高精度估计;其次,充分考虑终端角度约束,结合超螺旋算法思想,通过幂次项的引入设计了一种改进的滑模制导律,从而有效提升了有限过载情况下的制导精度;在此基础上,通过Lyapunov定理对算法的收敛性和稳定性分别进行了证明;最后,通过仿真验证对比了3种不同方法在4种拦截场景下的制导性能,同时针对所提方法进行了蒙特卡罗打靶仿真,仿真结果表明所给出的LOS角约束制导律对机动目标拦截精度高、鲁棒性强。

关键词：改进滑模制导律视线角约束径向基函数神经网络干扰观测器

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蝠鲼交错排布集群游动水动力性能

物理学报 2024年第13期73卷 201-209页

作者：高鹏骋田徐顺黄桥高潘光褚勇西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学宁波研究院无人航行技术研究中心宁波315048

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能,首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型,然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法.系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚,流... 详细信息

为了探究蝠鲼“前上后下”交错排布集群游动时的水动力性能,首先根据生物观测建立了蝠鲼形态学及运动学模型,然后基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)建立了鱼类集群游动数值计算方法.系统研究了垂直间距固定为0.1倍体厚,流向间距0—1.5倍体长(BL)下的双蝠鲼集群游动过程,并结合全局三维涡结构和特征截面二维涡结构对集群系统以及集群中各单体的平均推力/效率进行分析.数值结果表明:当单体间流向间距较小时,相比于单独游动,推进性能急剧下降;随着流向间距增加,领航蝠鲼推进性能基本同单体游动保持一致;但当Dx=0.4BL时由于领航蝠鲼尾涡恰好越过跟随蝠鲼前缘直接作用在跟随蝠鲼初始脱落鳍尖涡处,大幅提升其旋涡能量,因此此时系统平均推力和效率提升均最大,分别为29.69%和6.77%.

关键词：蝠鲼集群游动交错排布水动力特性涡结构

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亲水-超疏水相间表面通气减阻实验研究

力学学报 2024年第1期56卷 94-100页

作者：郭沛洋张毅张梦卓胡海豹西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518063

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循... 详细信息

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循环管道测试系统,测试了在湍流状态下,超疏水条带宽度与雷诺数对减阻效果的影响,并分析了对应的气膜铺展状态及其对减阻特性的影响.结果表明,亲水-超疏水相间表面持续通气能解决表面气膜层的流失问题,实现气膜层的长时间稳定维持;表面减阻率随水流速度(雷诺数)的增大呈现降低趋势,且表面气膜稳定性逐渐降低;表面减阻率随超疏水条带宽度增加呈现出先增后减的趋势,并在超疏水条带宽度为5.0 mm时达到最大,最大减阻率为40.2%.分析原因在于,超疏水条带较窄时,高剪切应力的液固界面占比较高,带来了较高的阻力;而条带较宽时,表面气膜层稳定性不佳.因而在某一流动状态下,存在最为合适的超疏水条带宽度,使得减阻效果最佳.

关键词：超疏水表面减阻通气气膜湍流

基于格子Boltzmann方法的空泡溃灭过程模拟

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 42-48页

作者：张恒胡海豹西北工业大学航海学院陕西西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518063

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究.通过模拟给出了空泡溃灭过程... 详细信息

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究.通过模拟给出了空泡溃灭过程中流场的两相界面图,并定量分析了三维空泡溃灭时间随着半径变化的关系.结果表明:在定压强边界下,空泡的初始半径与总溃灭时间呈线性相关,且不同温度、不同初始半径的空泡溃灭具有相似的过程;相同温度条件下,空泡溃灭速度随时间不断增加,空泡初始半径越大,空泡溃灭速率最大值出现的时间越晚;对于相同半径条件下,温度比越大,空泡溃灭最大速率出现的时间越晚.

关键词：多相流数值模拟空化格子Boltzmann方法伪势模型

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基于凹槽结构的导管螺旋桨梢部流动研究

船舶力学 2024年第6期28卷 866-876页

作者：金志辉王鹏董华超温志文丁永乐西安精密机械研究所西安710077 西北工业大学航海学院西安710072

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无... 详细信息

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无凹槽/不同凹槽结构进行非定常数值计算,研究凹槽结构对桨叶叶梢压力、梢涡强度、梢涡结构以及水动力性能的影响。结果表明:凹槽结构会明显改变导管螺旋桨梢部流场涡的形成,减弱梢涡强度,提高叶片梢部最小压力,并且对推进性能几乎没有影响。研究结果可为导管螺旋桨的梢涡控制以及减振降噪提供一种新的解决途径。

关键词：导管螺旋桨凹槽结构梢涡结构空泡机匣处理

基于PRSEUS结构的翼身融合民机中央机体球亏面框优化设计方法

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航空学报 2024年第12期45卷 115-133页

作者：张永杰周静飘石磊李栋张彬乾西北工业大学民航学院西安710072 西北工业大学航空学院西安710072

翼身融合(BWB)是一种非常规亚声速运输机布局形式。针对该布局下民机后压力框的设计问题,基于美国国家航空航天局(NASA)提出的拉挤杆缝合一体化(PRSEUS)结构,开展了中央机体球亏面框优化设计工作。分别建立了某型BWB民机铝合金平面框、P... 详细信息

翼身融合(BWB)是一种非常规亚声速运输机布局形式。针对该布局下民机后压力框的设计问题,基于美国国家航空航天局(NASA)提出的拉挤杆缝合一体化(PRSEUS)结构,开展了中央机体球亏面框优化设计工作。分别建立了某型BWB民机铝合金平面框、PRSEUS球亏面框有限元模型,数值模拟结果显示,PRSEUS球亏面框具有更好的承载性能、更低的结构重量。在此基础上,进一步对PRSEUS球亏面框开展敏度分析,对其静强度、稳定性的影响参数进行了梳理,对影响规律进行了归纳。通过分析关键参数在协同优化过程中的影响,筛选得到了一种基于代理模型的协同优化策略,该协同优化策略适用性强、优化效率高。利用该协同优化方法,对PRSEUS球亏面框的尺寸参数进行了优化。通过对优化结果的最优性分析,获得了兼顾静强度、稳定性的优化方案,优化后的PRSEUS球亏面框重量减轻了10.6%。设计的PRSEUS球亏面框承载效率高、稳定性能好,可为相关领域设计与研究人员提供参考。

关键词：翼身融合民机后压力框 PRSEUS结构代理模型协同优化

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基于新一代几何技术规范的装配误差建模

计算机集成制造系统 2024年第1期30卷 118-128页

作者：杨朝晖高天石李崇赫贺子力西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学深圳研究院广东深圳518057

针对由于公差设计不合理而导致的服役于复杂工况的机械装备性能下降等问题,提出一种综合考虑制造与装配误差的机械产品装配精度分析方法。该方法首先利用有限元分析机械装备零部件装配误差导致的变形,并提取发生形变的关键特征面;然后... 详细信息

针对由于公差设计不合理而导致的服役于复杂工况的机械装备性能下降等问题,提出一种综合考虑制造与装配误差的机械产品装配精度分析方法。该方法首先利用有限元分析机械装备零部件装配误差导致的变形,并提取发生形变的关键特征面;然后基于新一代几何技术规范(GPS)将特征面的变形转化为尺寸与形位公差数据,并与设计公差进行叠加,实现变形—误差—公差的转换;随后基于雅可比旋量理论,构建综合考虑制造与装配误差的公差分析模型支撑机械装备的公差精量化设计;最后以某型机载作动筒为工程应用对象,对比分析了是否考虑受力变形条件下装配精度分析的结果差异,结果显示该方法相较于原有方法具有更高的计算准确性,能为精密机械产品精度设计提供更加准确的指导。

关键词：雅可比旋量变形公差建模修正矩阵装配精度分析

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飞行器博弈制导进程与展望

航空兵器 2024年第2期31卷 8-16页

作者：郭建国陆东陈周敏西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072

博弈制导可处理复杂系统中涉及多方合作、竞争的动态问题,有利于实现智能化战场上信息价值最大化发挥,推动精确制导武器的智能化发展。本文总结了博弈制导的基本分类和建模方法,从终端角度约束、时间约束、过载约束、末速约束等方面提... 详细信息

博弈制导可处理复杂系统中涉及多方合作、竞争的动态问题,有利于实现智能化战场上信息价值最大化发挥,推动精确制导武器的智能化发展。本文总结了博弈制导的基本分类和建模方法,从终端角度约束、时间约束、过载约束、末速约束等方面提出了飞行器博弈制导的关键性问题,搭建了矩阵博弈、微分博弈两种典型博弈模型求解框架,从解析解、数值解、智能算法等方面对博弈制导的求解方法进行梳理。最后,从非线性微分博弈求解方法,非完备信息博弈算法,不均衡、非对称信息下多飞行器协同,多类型武器体系博弈等方向出发,对飞行器博弈制导未来的发展趋势进行了展望和总结。

关键词：博弈制导微分博弈矩阵博弈智能算法自适应算法

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基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法

航空学报 2024年

作者：王健周立辉陈家福李欣琦郭霖佯何自豪周浩西北工业大学第365研究所西北工业大学电子信息学院

针对平滑变结构滤波算法存在抖振以及无法有效估计未量测目标状态的问题,提出了基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法。该算法首先通过平滑变结构滤波算法对目标状态进行初步估计；其次通过计算时变平滑有界层，并采用tanh函数取代... 详细信息

针对平滑变结构滤波算法存在抖振以及无法有效估计未量测目标状态的问题,提出了基于交互多模型的时变平滑变结构滤波算法。该算法首先通过平滑变结构滤波算法对目标状态进行初步估计；其次通过计算时变平滑有界层，并采用tanh函数取代饱和函数计算初步状态增益，共同解决抖振问题；然后采用贝叶斯思想重新计算协方差矩阵与状态增益用于目标状态更新，解决平滑变结构滤波无法有效估计未量测状态的问题；最后与交互多模型算法结合，实现对机动目标的有效跟踪。仿真结果表明，本文提出的算法在模型失配以及量测噪声改变或非高斯量测噪声的情况下，仍可有效的对机动目标进行跟踪，仿真结果与典型的目标跟踪方法相比，跟踪精度明显提高且鲁棒性更强。

关键词：平滑变结构滤波时变平滑有界层交互多模型状态估计机动目标跟踪