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分布式动力翼-诱导翼面推进-气动耦合模型

航空学报 2024年第10期45卷 145-159页

作者：赵清风周洲李明浩徐德西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学计算机学院西安710072

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增... 详细信息

针对分布式动力垂直起降飞行器,提出了综合理论模型和工程经验假设的分布式动力翼-诱导翼面布局的推进-气动耦合模型,实现了对垂起-过渡-巡航全飞行包线内分布式动力翼-诱导翼面气动性能的实时快速计算。结合涵道流场模型和涵道推力增强系数发展了涵道喷流速度的快速计算方法,针对有/无动力输入状态完成了基于动量理论的推进-气动耦合模型推导,进行了推进-气动耦合模型特性分析,并开展了典型飞行工况下的CFD仿真校验与分析。结果表明,所建立的分布式动力翼-诱导翼面的推进-气动耦合模型具有较高精度,计算速度很快,能够满足动力学系统分析和飞行控制系统设计时的实时计算需求。

关键词：分布式电推进飞行器推进-气动耦合分布式动力翼诱导翼面动力学建模

基于多层多向Transformer的红外弱小目标检测

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航空学报 2024年第14期45卷 1-13页

作者：王潇刘贞报西北工业大学民航学院西安710072

针对基于卷积神经网络的红外图像弱小目标检测方法面临卷积神经网络的感受野有限,扩展感受野的下采样操作容易导致特征丢失,以及卷积网络对局部对比特征提取能力有限的问题,提出了一种基于多层多向Transformer的红外图像弱小目标检测算... 详细信息

针对基于卷积神经网络的红外图像弱小目标检测方法面临卷积神经网络的感受野有限,扩展感受野的下采样操作容易导致特征丢失,以及卷积网络对局部对比特征提取能力有限的问题,提出了一种基于多层多向Transformer的红外图像弱小目标检测算法。首先使用感受野较大、对比特征提取能力较强的Transformer网络作为基本单元,设计U型深度神经网络和多特征层融合网络将局部特征以及全局特征进行融合。同时在解码网络设计双向注意力算子,利用自注意力计算机制分别计算空间方向和特征方向的注意力特征,进一步提高深度网络提取弱小目标和周边区域对比特征的能力。另外在主干网络最后添加数量约束网络,通过统计对比检测结果中目标的数量,减小误检目标的数目,提高目标检测的准确度。最后在多个实验数据集上和已有方法进行了对比实验,在各个评价参数上取得了最多35%的提升,证明所提红外弱小目标检测算法具有较高的准确性。

关键词：红外弱小目标检测 Transformer 多特征层融合双向注意力算子数量约束

一类二阶非线性系统的准滑模无模型自适应控制

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控制与决策 2024年第8期39卷 2663-2670页

作者：朱泽朱战霞西北工业大学航天学院西安710072

为实现一类二阶非线性系统的轨迹跟踪控制,设计一种准滑模无模型自适应控制算法(quasi-sliding mode-model free adaptive control,SM-MFAC).首先,将模型分解为串联的两个离散子系统,并给出整体系统伪偏导数(pseudo partial derivative,... 详细信息

为实现一类二阶非线性系统的轨迹跟踪控制,设计一种准滑模无模型自适应控制算法(quasi-sliding mode-model free adaptive control,SM-MFAC).首先,将模型分解为串联的两个离散子系统,并给出整体系统伪偏导数(pseudo partial derivative,PPD)的表达式;然后,利用两个子系统的输出数据设计出子系统2输出的期望状态,进而通过MFAC(model free adaptive control)对在线更新的期望状态进行不断追踪来实现对整体目标的跟踪控制;接着,对SM-MFAC控制系统进行稳定性分析,证明系统输出误差渐进跟踪到零的某个邻域内和等效控制输入是有界的;最后,以自由漂浮空间机械臂的关节轨迹跟踪控制为例验证SM-MAFC控制理论,在多体运动学与动力学仿真软件MBdyn中搭建一个平面两连杆的自由漂浮空间机械臂,关节系统中存在死区、输入饱和以及摩擦特性,通过在Matlab-simulink中的联合仿真表明:MFAC控制方案无法准确地估计出该类二阶非线性系统整体PPD的数值,导致控制性能降低,而所设计的SM-MFAC控制器相对于PID(proportional-integral-differential)、基于比例-微分(proportional-differential,PD)的MFAC可以更快更准确地追踪目标曲线.

关键词：二阶非线性系统滑模控制无模型自适应控制伪偏导数轨迹跟踪空间机械臂

内孤立波作用下航行体“掉深”控制的水动力特性及运动响应研究

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中国造船 2024年第1期65卷 249-255页

作者：程路杜鹏张淼李卓越唐子建西北工业大学航海学院西安710072

为有效避免航行体在航行过程中发生“掉深”,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及m Kd V理论建立了内孤立波数值水槽,研究了密度跃层以下不同潜深的悬浮航行体与内孤立波的相互作用,并对航行体采用不同参数的PD控制。与未施加控制的航行... 详细信息

为有效避免航行体在航行过程中发生“掉深”,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及m Kd V理论建立了内孤立波数值水槽,研究了密度跃层以下不同潜深的悬浮航行体与内孤立波的相互作用,并对航行体采用不同参数的PD控制。与未施加控制的航行体对比,探究其控制效果及航行体的水动力特性和运动响应。研究结果表明:航行体“掉深”主要是由垂向位移和俯仰角快速增加造成的,对航行体施加控制的参数不同,控制效果也不一样,内孤立波通过后,施加控制航行体的垂向速度在零附近波动,垂荡位移得到有效抑制;控制后航行体的俯仰角可减小到未控制时的1/15,且施加控制后航行体的俯仰角均可控制在0.2 rad以下。

关键词：内孤立波水动力特性运动响应 PD控制掉深

基于捕获点理论的混合驱动水下刀锋腿机器人稳定性判据

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自动化学报 2024年第8期50卷 1565-1576页

作者：陈乐鹏崔荣鑫严卫生马飞宇西北工业大学航海学院西安710072

由8个推进器和6条刀锋腿混合驱动的水下机器人可在水底或水下结构物表面上行走.所提方法旨在研究这类机器人运动稳定性的评判准则,即稳定性判据.现有的稳定性判据多集中于同一机构(腿)驱动的陆地机器人,未涉及混合驱动的水下刀锋腿机器... 详细信息

由8个推进器和6条刀锋腿混合驱动的水下机器人可在水底或水下结构物表面上行走.所提方法旨在研究这类机器人运动稳定性的评判准则,即稳定性判据.现有的稳定性判据多集中于同一机构(腿)驱动的陆地机器人,未涉及混合驱动的水下刀锋腿机器人.针对该问题,提出了基于捕获点理论的混合驱动水下刀锋腿机器人稳定性判据.首先,在建立混合驱动水下滚动倒立摆模型的基础上,利用机器人运动状态预测摆动腿和支撑腿切换瞬间机器人的动能;然后,根据推进器所能提供的推力范围,计算迫使机器人静止的捕获点变化范围,即获取捕获域;最后,根据捕获域与支撑域的空间关系,判断机器人是否稳定,并计算机器人的稳定裕度.水下实验结果表明,所提出的稳定性判据具有较好的充要性和普适性.

关键词：混合驱动水下刀锋腿机器人稳定性判据水下滚动倒立摆捕获域

基于ease-off的弧齿锥齿轮齿面高阶接触分析方法

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航空动力学报 2024年第6期39卷 238-247页

作者：陈鹏王三民李飞西北工业大学机电学院西安710072

为应对弧齿锥齿轮二阶接触分析方法的不足与其高阶接触理论实现的复杂问题,基于ease-off拓扑曲面方程与弧齿锥齿轮齿面方程的结合以及传动误差与接触迹线和ease-off之间的解析关系,提出以传动比高阶导数和接触迹线短程曲率为高阶接触参... 详细信息

为应对弧齿锥齿轮二阶接触分析方法的不足与其高阶接触理论实现的复杂问题,基于ease-off拓扑曲面方程与弧齿锥齿轮齿面方程的结合以及传动误差与接触迹线和ease-off之间的解析关系,提出以传动比高阶导数和接触迹线短程曲率为高阶接触参数的离散齿面的高阶接触分析方法,并建立基于有限差分的简便计算方法。结果表明,高阶齿面的传动比高阶导数波动值分别为0.0031、0.0019与0.001,数值反映齿面形貌的全局特性;接触线短程曲率波动值分别为0.0000769、0.000586和0.000127,说明沿接触迹线的齿面接触过程的复杂性。结果不仅验证了离散齿面高阶接触分析方法的正确性与有效性,而且说明该方法降低了高阶接触参数的计算难度,为齿面全局设计提供了可能。

关键词：弧齿锥齿轮 ease-off 高阶接触分析有限差分法全局接触问题

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基于频域特征的航空轴承智能诊断

航空动力学报 2024年第6期39卷 248-258页

作者：李宏宇苏越陈康王俨剀西北工业大学动力与能源学院西安710072

针对航空发动机滚动轴承的故障诊断,提出一种基于频域特征的故障诊断模型。将原始振动信号进行包络解调预处理,仅取每段数据处理后的512个点作为故障特征,将其作为双向循环长短期记忆网络(BiLSTM)模型的输入,可对内圈故障、外圈故障、... 详细信息

针对航空发动机滚动轴承的故障诊断,提出一种基于频域特征的故障诊断模型。将原始振动信号进行包络解调预处理,仅取每段数据处理后的512个点作为故障特征,将其作为双向循环长短期记忆网络(BiLSTM)模型的输入,可对内圈故障、外圈故障、滚动体故障及每种故障所对应3种不同的故障程度进行诊断。该模型不仅弥补完全由原始振动信号输入导致输入数据冗长,特征不明显等缺点,也弥补由人工提取振动特征来进行故障诊断的不确定性。在滚动轴承公开数据集上进行实验,结果表明故障识别的准确度达到99.8%以上。搭建航空轴承实验器来对方法与模型进行检验。基于频域特征的双向循环长短期记忆网络模型能够更准确地对轴承进行故障诊断,所提方法对于航空发动机滚动轴承故障诊断具有重要工程价值。

关键词：故障诊断特征提取神经网络滚动轴承双向循环长短期记忆网络

融合CNN和ViT的声信号轴承故障诊断方法

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振动与冲击 2024年第3期43卷 158-163,170页

作者：宁方立王珂郝明阳西北工业大学机电学院西安710072

针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点,提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先,利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次,将时频图像... 详细信息

针对轴承故障诊断任务数据量少、故障信号非平稳等特点,提出一种短时傅里叶变换、卷积神经网络和视觉转换器相结合的轴承故障诊断方法。首先,利用短时傅里叶变换将原始声信号转换为包含时序信息和频率信息的时频图像。其次,将时频图像作为卷积神经网络的输入,用于隐式提取图像的深层特征,其输出作为视觉转换器的输入。视觉转换器用于提取信号的时间序列信息。并在输出层利用Softmax函数实现故障模式的识别。试验结果表明,该方法对于轴承故障诊断准确率较高。为了更好解释和优化提出的轴承故障诊断方法,利用t-分布领域嵌入算法对分类特征进行了可视化展示。

关键词：短时傅里叶变换卷积神经网络视觉转换器 t-分布领域嵌入算法

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带有ERSFD的航空弧齿锥齿轮动态特性

航空动力学报 2024年第2期39卷 221-234页

作者：任鸿飞王三民邹浩然陈鹏张旭阳西北工业大学机电学院西安710072

将弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)引入弧齿锥齿轮传动(SBGD)系统中以改善其动态特性。基于广义雷诺方程建立内外油膜控制方程,并通过半解析方法得到弹性环的变形,获得ERSFD油膜力后基于径向基(RBF)神经网络建立其近似模型,建立带有ERSF... 详细信息

将弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)引入弧齿锥齿轮传动(SBGD)系统中以改善其动态特性。基于广义雷诺方程建立内外油膜控制方程,并通过半解析方法得到弹性环的变形,获得ERSFD油膜力后基于径向基(RBF)神经网络建立其近似模型,建立带有ERSFD支撑的8自由度SBGD系统双向流固耦合动力学模型,借助分时迭代方法获得系统稳态响应。结果表明:内油膜压力沿圆周分段式分布,且沿偏移线为非对称分布;ERSFD的存在有效削弱了油膜力与偏心率之间的非线性关系;弹性环凸台厚度的增加,使系统振动响应的幅值整体下降,并抑制了5 200~8 200 r/min转速范围内系统的混沌行为,有效改善了SBGD系统动态特性。

关键词：弹性环式挤压油膜阻尼器弧齿锥齿轮雷诺方程非线性流固耦合混沌运动