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基于FPGA的无人机非平稳信道动态模拟研究

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航空兵器 2024年第1期31卷 89-96页

作者：房胜毛开王满喜华博宇宋茂忠朱秋明南京航空航天大学南京211106 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室河南洛阳471003

针对无人机高速移动导致的信道状态快速时变以及多普勒频率起伏大的特点,本文基于现场可编程门阵列平台设计了无人机非平稳信道模拟方案。该方案采用调频谐波叠加方法产生非平稳信道衰落,并提出了一种信道参数实时产生算法,提高了信道... 详细信息

针对无人机高速移动导致的信道状态快速时变以及多普勒频率起伏大的特点,本文基于现场可编程门阵列平台设计了无人机非平稳信道模拟方案。该方案采用调频谐波叠加方法产生非平稳信道衰落,并提出了一种信道参数实时产生算法,提高了信道模拟的实时性,保证了信道状态的实时更新。同时,针对多普勒频率起伏大导致的功率随机波动问题,本文设计了一种自适应功率均衡模块,使得输出功率最大波动仅为1.13%,保证了衰落功率的稳定性。最后,硬件消耗资源结果表明,相较于复播方案以及预存式方案,本文方案对存储资源的消耗分别降低了52.44%和9.31%,更适合长时间无人机非平稳信道衰落的模拟。同时,实测分析结果表明,相较于未均衡的模拟方案,本文硬件模拟方案输出的信道特性如路径损耗和多普勒功率谱密度与理论结果更加吻合,可用于无人机通信系统的设计、优化等领域。

关键词：无人机非平稳信道信道模拟现场可编程门阵列路径损耗动态场景

接闪阳极参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1486-1496页

作者：赵泽洋肖慈恩刘亚坤廖意谢敏骐上海交通大学电气工程系电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海200240 上海市航空航天器电磁环境效应重点实验室上海201109 上海交通大学航空航天学院上海200240

接闪材料遭受雷电直击损伤的数值分析中尚不清楚阴极-放电电弧-阳极结构下材料参数对损伤分析的影响。为此,该文以飞机常用金属和复合蒙皮材料为研究对象,基于热等离子体电弧的磁流体动力学理论,建立雷电电弧的电-磁-热-力多场分析及其... 详细信息

接闪材料遭受雷电直击损伤的数值分析中尚不清楚阴极-放电电弧-阳极结构下材料参数对损伤分析的影响。为此,该文以飞机常用金属和复合蒙皮材料为研究对象,基于热等离子体电弧的磁流体动力学理论,建立雷电电弧的电-磁-热-力多场分析及其与材料的耦合模型,研究不同材料参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响。结果表明,接闪阳极材料的电导率和热导率变化会改变电弧-材料界面的电流和能量分布及其耦合过程,影响各过程对材料致损的贡献。接闪材料表面的洛伦兹力、磁感应强度和电流密度随着电导率和热导率变化0.1~20倍时,其峰值最大可分别改变622.2%、172.5%和63.5%,峰值位置最大可分别变化-54.8%、59.4%和-53.1%。该文可为接闪材料的雷击损伤数值分析和耐受能力改进提供参考。

关键词：雷电电弧阳极参数数值模拟磁流体

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基于注意力特征融合的无人机检测算法研究

北京航空航天大学学报 2024年

作者：王尔申张宏轩徐嵩于腾丽雷虹季善斌沈阳航空航天大学民用航空学院沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳航空航天大学电子信息工程学院电磁环境效应航空科技重点研究室

针对背景与无人机颜色相似、目标遮挡重叠等复杂环境条件下，对无人机目标快速精准识别存在的问题，提出了一种改进的无人机检测算法STC-YOLOv5(Swin Transformer and CBAM-YOLOv5)。STC-YOLOv5的骨干特征提取网络采用Swin Transformer... 详细信息

针对背景与无人机颜色相似、目标遮挡重叠等复杂环境条件下，对无人机目标快速精准识别存在的问题，提出了一种改进的无人机检测算法STC-YOLOv5(Swin Transformer and CBAM-YOLOv5)。STC-YOLOv5的骨干特征提取网络采用Swin Transformer，以增强网络在复杂环境下的鲁棒性。在YOLOv5模型特征融合网络集成卷积注意力模块（Convolution Block Attention Module，CBAM），以增强对无人机目标重要特征的关注并抑制不必要的特征关注。根据无人机的特点优化了损失函数，在CIOU(Complete-IOU)损失函数中引入了角度损失、距离损失和形状损失，从而提高了被遮挡无人机目标的识别准确率。在自主建立的无人机飞行数据集上进行实验验证，结果表明：改进的YOLOv5算法在无人机目标被部分遮挡情况下平均精度为92.98%、召回率为87.09%，相比于YOLOv5算法分别提高了2.88%、6.03%，能够在复杂环境下对无人机快速准确识别。

关键词：无人机目标检测 Swin Transformer 卷积注意力模块损失函数

NiTi合金强冲击荷载下微孔洞演化行为的分子动力学研究

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材料导报 2024年第15期38卷 224-234页

作者：崔晔晖赵昂曾祥国四川大学建筑与环境学院深地科学与工程教育部重点实验室成都610065 同济大学航空航天与力学学院上海200092

本工作采用分子动力学模型研究了多晶NiTi合金在强冲击载荷作用下微孔洞的演化行为。为定量确定材料内部的孔洞体积分数,在后处理中采用PYTHON代码编程来统计孔洞体积。分子动力学的模拟结果很好地揭示了NiTi合金在不同冲击速度、冲击... 详细信息

本工作采用分子动力学模型研究了多晶NiTi合金在强冲击载荷作用下微孔洞的演化行为。为定量确定材料内部的孔洞体积分数,在后处理中采用PYTHON代码编程来统计孔洞体积。分子动力学的模拟结果很好地揭示了NiTi合金在不同冲击速度、冲击持时和晶粒尺寸下的孔洞演化机制和微观损伤机理。结果表明冲击速度的增大会导致冲击熔化效应,从而显著增加孔洞体积分数,并促使损伤行为从经典层裂向微层裂转变。在经典层裂中,冲击持时的增加不会影响孔洞的演化速率,但会延迟初始损伤时刻并使孔洞分布更靠近加载边界。而在微层裂行为下,缩短冲击持时将使损伤行为从微层裂退化为经典层裂,并降低孔洞的体积分数。此外,在数值模型中还研究了晶粒尺寸对孔洞演化的影响。在经典层裂情况下,由于晶粒间相互作用对孔洞生长的抑制作用,随着晶粒尺寸的减小,孔洞体积的增长速率会受到抑制。然而,当冲击速度增大到3 km/s时,冲击熔化行为会弱化晶粒尺寸的强化效果。在本工作中,分子动力学模拟对NiTi合金在不同参数下的损伤演化过程进行了很好的微观表征并揭示了相应的微观机理,其相应的数值结果可以为NiTi合金抗冲击结构设计提供理论参考,并为NiTi合金的制备优化提供了数值依据。

关键词： NiTi合金孔洞演化分子动力学冲击荷载

基于改进SBR的舰船SAR成像快速仿真计算方法

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电子学报 2024年第2期52卷 602-613页

作者：章琪琪张寅范君杰夏翀翔闫钧华南京航空航天大学空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室江苏南京211106 南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 上海卫星工程研究所上海200240

针对SAR(Synthetic Aperture Radar)舰船成像仿真应用中电磁散射特性计算效率低下的问题,在现有SBR(Shooting and Bouncing Rays)算法的基础上,本文提出两方面改进.一是基于叶节点空间邻域编码搜索的射线管相交面元检测算法,通过只追踪... 详细信息

针对SAR(Synthetic Aperture Radar)舰船成像仿真应用中电磁散射特性计算效率低下的问题,在现有SBR(Shooting and Bouncing Rays)算法的基础上,本文提出两方面改进.一是基于叶节点空间邻域编码搜索的射线管相交面元检测算法,通过只追踪射线管中心射线并搜索叶节点空间周围潜在相交面元,在有效提升相交检测速度的同时避免遗漏相交面元;二是射线管三角剖分快速分裂算法,将射线管和相交面元投影至射线管虚拟孔径面,利用Delaunay三角剖分算法自适应地将射线管快速分裂成连续的子射线管.对典型舰船目标进行RCS(Radar Cross Section)计算及SAR成像仿真实验,结果表明,在保证计算精度的前提下,本文方法计算效率比Kd树(K-dimension tree)加速SBR方法提升14倍以上,比经典自适应射线管分裂SBR方法提升3倍以上,计算效率显著提高.

关键词： SAR成像仿真 SAR回波仿真舰船RCS计算弹跳射线法自适应射线管分裂

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基于迁移学习的齿轮箱开放集跨工况故障诊断

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1753-1760页

作者：马翔许庶尚芃超马剑周汝志北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 北京航空航天大学可靠性与环境工程技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学可靠性工程研究所北京100191 北京航空航天大学国际创新研究院杭州311115 上海卫星工程研究所上海201109

随着工业与航空航天技术的不断发展,齿轮箱等旋转机械的工况与故障模式逐渐趋于多样化、复杂化,可靠性与安全性问题日益突出,大量工况数据缺乏故障标签,且不同工况间故障模式不对称,迫切需要研究有效的故障诊断方法。以齿轮箱为案例验... 详细信息

随着工业与航空航天技术的不断发展,齿轮箱等旋转机械的工况与故障模式逐渐趋于多样化、复杂化,可靠性与安全性问题日益突出,大量工况数据缺乏故障标签,且不同工况间故障模式不对称,迫切需要研究有效的故障诊断方法。以齿轮箱为案例验证对象,设置跨工况和开放集故障诊断场景,针对目标工况故障标签匮乏的问题,提出利用迁移学习将源工况的知识迁移到目标工况,利用交叉熵分类损失函数对已知故障类型进行识别的方法;针对跨工况条件下故障模式不对称的开放集问题,提出利用卷积神经网络提取工况间的相似数据特征,利用二分类损失函数对目标工况的已知类与未知类进行分类的方法。提出联合损失函数,训练诊断模型,实现故障特征从源域到目标域的联合迁移。案例分析结果表明:所提方法能够实现开放集情况下的跨工况故障诊断,且平均诊断准确度在90%以上。

关键词：旋转机械数据驱动开放集迁移学习故障诊断

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水滴在气流中变形破碎过程的数值模拟研究

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 419-427页

作者：桑旭金哲岩杨志刚余放同济大学航空航天与力学学院上海200092 上海市地面交通工具空气动力学与热环境模拟重点实验室上海201804 同济大学机械与能源工程学院上海201804 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108

针对水滴在结冰风洞实验中加速过程内易发生破碎而导致试验段内水滴粒径分布难以符合结冰气象条件的问题,利用流体体积(VOF)方法,模拟了直径为100、200、400、600、800、1000μm以及1200μm的水滴在不同气流速度作用下(20、50、80 m/s)... 详细信息

针对水滴在结冰风洞实验中加速过程内易发生破碎而导致试验段内水滴粒径分布难以符合结冰气象条件的问题,利用流体体积(VOF)方法,模拟了直径为100、200、400、600、800、1000μm以及1200μm的水滴在不同气流速度作用下(20、50、80 m/s)的变形破碎情况.结果表明:在20 m/s气流作用下,直径为600μm的水滴不发生破碎;当风速为50 m/s时,直径为100μm的水滴不发生破碎;随着韦伯数增加,最大不稳定波波长也随之增大,水滴的破碎模式从袋状破碎变为包-蕊状破碎,随后转变为蕊-层状破碎,进一步转变为剪切破碎.水滴的破碎形式包括袋状破碎、包-蕊状破碎、蕊-层状破碎及剪切破碎,会对面积最大的液滴与初始液滴面积之比有较大影响.在初始水滴直径相同的条件下,入口速度越大,破碎后的面积比越大.

关键词：过冷大水滴变形破碎气液两相流流体体积方法

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复合材料壁板后屈曲设计与分析技术研究进展

复合材料学报 2024年

作者：陈向明李新祥柴亚南陈普会孙侠生中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室南京航空航天大学上海交通大学航空航天学院

复合材料的大规模应用是航空飞行器机体加筋壁板结构减重的主要手段，但因过于保守的设计准则使得结构减重效果并不理想。薄壁加筋壁板结构通常具有很长的后屈曲承载历程，但因缺乏后屈曲设计与评估的有效分析方法，目前飞机复合材料加... 详细信息

复合材料的大规模应用是航空飞行器机体加筋壁板结构减重的主要手段，但因过于保守的设计准则使得结构减重效果并不理想。薄壁加筋壁板结构通常具有很长的后屈曲承载历程，但因缺乏后屈曲设计与评估的有效分析方法，目前飞机复合材料加筋壁板几乎都不允许蒙皮在限制载荷以下屈曲，无法充分发挥复合材料的减重特性。本文回顾了复合材料加筋壁板稳定性设计的发展历程，阐述了开展后屈曲设计分析的必要性；围绕工程分析技术与数值分析技术两个方面，详细综述了壁板结构屈曲与后屈曲性能分析与设计方法的研究进展；探讨了影响复合材料壁板屈曲与后屈曲性能的主要因素，并论述了屈曲疲劳、损伤/缺陷、湿热环境等对结构性能的影响；最后总结了复合材料加筋壁板后屈曲设计与分析技术总体现状，展望了未来技术发展趋势。

关键词：复合材料加筋壁板屈曲后屈曲工程分析数值分析

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电磁散射测试的可重构绳系并联支撑机构

航空学报 2024年第2期45卷 208-222页

作者：柳汀林麒刘震王晓光吴惠松许勇刚厦门大学航空航天学院厦门361102 电磁散射国家重点实验室上海200438

根据电磁散射测试时被测目标物姿态滚转变化的需求,提出一种能同时满足全滚转扫描和其他多种姿态测试要求的可重构绳系并联支撑机构设计方案,并进行了理论分析和试验验证。用双回转机构构建可重构绳系并联支撑机构,建立了该机构的运动... 详细信息

根据电磁散射测试时被测目标物姿态滚转变化的需求,提出一种能同时满足全滚转扫描和其他多种姿态测试要求的可重构绳系并联支撑机构设计方案,并进行了理论分析和试验验证。用双回转机构构建可重构绳系并联支撑机构,建立了该机构的运动学模型和静力学模型。根据该机构的结构矩阵,采用蒙特卡罗法求解其力闭合工作空间,计算得到设计参数下的姿态工作空间,分析了目标物全滚转、俯仰,全滚转、俯仰和偏航2种组合姿态运动状态下,绳长的变化规律和绳拉力的分布情况。进一步地,分别对泡沫转台支架和绳系结构支撑的电磁散射特性进行了测试和分析。最后,分析了某飞机目标物在泡沫转台支架和绳系支撑下的雷达散射截面。结果表明:在8~12 GHz频段内,可重构绳系并联支撑机构表现出很好的低散射特性。2种支撑方式下飞机目标雷达散射截面测试误差的绝对值小于1 dBsm,相对误差为±10%。可重构绳系并联支撑机构支撑可拓展电磁散射测试能力,具有良好的工程实际应用前景。

关键词：可重构绳系并联支撑机构目标测试支撑机构工作空间电磁散射测试目标电磁散射特性