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基于QAR数据的飞行员个体超限风险精细化评价模型

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中国安全科学学报 2024年第8期34卷 35-42页

作者：汪磊安佳宁赵新斌俞力玲中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航科学技术研究院航空安全研究所北京100028

为定量评价飞行员个体超限风险,提出一种基于快速存取记录器(QAR)数据和飞行品质监控(FOQA)的飞行员个体超限风险精细化评价模型。首先,根据事故统计结果、国际民航组织(ICAO)及FOQA基站划分的核心风险类别,选取其中3类风险的FOQA监控... 详细信息

为定量评价飞行员个体超限风险,提出一种基于快速存取记录器(QAR)数据和飞行品质监控(FOQA)的飞行员个体超限风险精细化评价模型。首先,根据事故统计结果、国际民航组织(ICAO)及FOQA基站划分的核心风险类别,选取其中3类风险的FOQA监控项目作为评价指标,计算飞行员个体单项核心风险值;然后,运用熵权逼近理想解排序法(TOPSIS)测算各项核心风险值所占权重,提出飞行员个体超限风险精细化评价模型;最后,将模型运用于实际飞行风险量化评价,通过采集中国民航(CAAC)FOQA基站中共9317条多源融合数据,量化飞行员个体超限风险,得到飞行员个体超限风险量化值排序,结合K-means聚类算法划分飞行员个体超限风险等级。结果表明:该模型可量化排序1693名飞行员个体超限风险,并将飞行员超限风险等级划分为高风险、中风险和低风险3类。

关键词：快速存取记录器(QAR)数据个体超限风险精细化评价飞行品质监控(FOQA) 熵权逼近理想解排序(TOPSIS)法 K-means聚类

基于QAR飞行大数据的空中颠簸风险时空分布模式探索与分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第3期49卷 482-490页

作者：张林意孙华波王纯余长慧卢宾宾武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 中国民航科学技术研究院航空安全研究所北京100028

空中颠簸是民航飞行过程中的重大安全风险之一,其空间分布模式的探索与分析对有效规避颠簸区域、提升飞行安全水平有重要意义。利用中国民航行业快速存取记录器(quick access recorder,QAR)大数据提取了2017—2019年中国范围内发生的空... 详细信息

空中颠簸是民航飞行过程中的重大安全风险之一,其空间分布模式的探索与分析对有效规避颠簸区域、提升飞行安全水平有重要意义。利用中国民航行业快速存取记录器(quick access recorder,QAR)大数据提取了2017—2019年中国范围内发生的空中颠簸事件,通过核密度估计和时空可视化对其时空分布特征进行了初步的探索性分析,采用空间自相关分析、热点分析、地理加权主成分分析等时空统计分析技术从不同层次和视角对民航空中颠簸风险进行空间分布模式与规律探索。结果表明,中国民航飞机2017—2019年空中颠簸事件较多出现于西藏地区、中部地区和东南部地区,其中第一阶梯和第二阶梯地区空中颠簸事件发生密度明显高于第三阶梯,且多位于第一阶梯和第二阶梯分界线附近。空中颠簸程度具有较为显著的空间自相关性,表现为高-高值聚集特征。在精细尺度视角下,地理加权主成分分析结果表明,空中颠簸风险与相关属性参数间关系存在典型的空间异质性特征。该研究为切实提升民航行业风险管理与安全水平,从时空视角提供了理论算法与实践应用支撑。

关键词：民航安全时空分布模式空间自相关地理加权主成分分析空间异质性

湿热环境下端径比对复合材料螺栓连接结构静力拉伸失效的影响

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材料导报 2024年第5期38卷 242-248页

作者：贾宝惠任鹏宋挺崔开心肖海建中国民航大学交通科学与工程学院天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

为研究湿热环境下复合材料螺栓连接结构的静力拉伸性能,通过对七种不同端径比的T300碳纤维复合材料单钉单剪螺栓连接结构进行静力拉伸试验,得到不同端径比的连接结构在25℃干态(RTD)和70℃平衡吸湿(ETW)环境下极限失效载荷和破坏强度的... 详细信息

为研究湿热环境下复合材料螺栓连接结构的静力拉伸性能,通过对七种不同端径比的T300碳纤维复合材料单钉单剪螺栓连接结构进行静力拉伸试验,得到不同端径比的连接结构在25℃干态(RTD)和70℃平衡吸湿(ETW)环境下极限失效载荷和破坏强度的变化规律,揭示了接头的破坏模式;建立复合材料单钉单剪螺栓连接有限元模型,对比不同端径比的连接结构试验的极限失效载荷,得到最优端径比为3;研究了湿热环境下最优端径比的连接结构不同铺层的损伤形式。结果表明,端径比从1增大到3时,RTD和ETW环境下连接结构的极限失效载荷分别增加了1.1倍和1倍,破坏强度均增加了1倍,当端径比从3增大到4时,RTD和ETW环境下极限失效载荷分别降低了6.56%和9.08%,破坏强度分别降低了6.83%和9.35%;在最优端径比下,与RTD环境下相比,ETW环境下连接结构的极限失效载荷和破坏强度分别下降了9.25%和9.52%,并且层合板孔周的压缩损伤更严重,存在更明显的纤维束拔起及纤维碎裂。

关键词：复合材料湿热环境端径比螺栓连接单钉单剪静力拉伸

CFRP-Al混合立柱轴压吸能关键参数及影响规律

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复合材料学报 2024年第9期41卷 5098-5109页

作者：牟浩蕾陈英实赵祎明解江冯振宇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

为了研究碳纤维增强树脂(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-铝合金(Aluminium alloy,Al)开剖面混合立柱结构在轴向载荷下的失效行为及能量吸收特性，通过准静态轴向压缩试验与有限元仿真相结合的方法，分析了不同关键参数对CFRP-A... 详细信息

为了研究碳纤维增强树脂(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-铝合金(Aluminium alloy,Al)开剖面混合立柱结构在轴向载荷下的失效行为及能量吸收特性，通过准静态轴向压缩试验与有限元仿真相结合的方法，分析了不同关键参数对CFRP-Al混合立柱轴压失效行为和能量特性的影响规律。结果表明：铝合金单层壳模型采用基于弹塑性本构与GISSMO损伤模型，CFRP层合壳模型采用Chang-Chang层内失效准则与基于B-K层间损伤模型，能够精确模拟CFRP-Al混合立柱轴压失效行为及吸能特性。通过对相对厚度比例、圆角率、开合角度、梯度和诱导孔等关键参数分析，在相对厚度比例系数η=67%，圆角半径γ=50%，开合角度θ=120°，梯度T=8，诱导孔K=1时，CFRP-Al混合立柱比吸能达到较高水平。通过对关键参数最优值进行耦合，CFRP-Al混合立柱的轴压吸收能量提升了46.81%，比吸能提升了49.06%。

关键词： CFRP-Al混合立柱轴压试验数值模拟失效行为吸能特性

基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 904-915,927页

作者：王浩王江北罗浩东王立文中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单... 详细信息

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度;采用比例边界有限元法(SBFEM)实时计算划分后结构的有限元信息,解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果,大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明,所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下,计算时间最快可缩短为原来的1/100,可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。

关键词：拓扑优化改进四叉树法比例边界有限元法网格自适应

基于DCGAN的终端区激光雷达晴空湍流识别

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航空学报 2024年第16期45卷 195-206页

作者：庄子波张春辉陈星邵靖媛陈柏纬中国民航大学航空气象研究所天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学空中交通管理学院天津300300 香港天文台中国香港999077

针对在飞行终端区采用激光雷达进行晴空湍流识别时湍流样本不充足、识别率低的问题,提出了一种改进的深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法。使用中川机场雷达实验平台9个月的径向风速数据构建涡流耗散率(EDR)图像,筛选存在晴空湍流的样本... 详细信息

针对在飞行终端区采用激光雷达进行晴空湍流识别时湍流样本不充足、识别率低的问题,提出了一种改进的深度卷积生成对抗网络(DCGAN)算法。使用中川机场雷达实验平台9个月的径向风速数据构建涡流耗散率(EDR)图像,筛选存在晴空湍流的样本构建湍流样本集;通过扩充卷积层和转置卷积层改进了DCGAN结构,实现样本的扩充,并使用对抗训练后的判别器进行识别。结果表明:用原始样本集和增广样本集训练的对抗后判别器识别准确率均优于卷积神经网络(CNN)和对抗前判别器,分别提高了6.55%、8.25%和0.31%、1.9%;最后,用实测样本进行检验,识别准确率分别提高了3.33%、6.67%,验证了所提方法的可行性。

关键词：激光雷达晴空湍流涡流耗散率(EDR) 深度卷积生成对抗网络(DCGAN) 判别器

飞机离地姿态与飞行操作“因果-时序”耦合动态Bayes网络模型

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 1070-1081页

作者：张秀艳王琪中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

在民航飞机起飞离地过程中,飞行员的操作失误容易导致擦机尾等安全事故。飞机离地姿态与飞行操作紧密耦合。针对飞机离地姿态与飞行操作解耦问题,该文以“安全II”模式为指导,关注飞机离地风险应对的全过程表现,对飞机离地姿态与飞行操... 详细信息

在民航飞机起飞离地过程中,飞行员的操作失误容易导致擦机尾等安全事故。飞机离地姿态与飞行操作紧密耦合。针对飞机离地姿态与飞行操作解耦问题,该文以“安全II”模式为指导,关注飞机离地风险应对的全过程表现,对飞机离地姿态与飞行操作之间的耦合机理进行研究。根据安全韧性理论,构建了飞机离地姿态与飞行操作“因果-时序”耦合模型;基于国内某航空公司A319机队1359个航段快速存取记录器(QAR)数据,利用动态Bayes网络进行正常操作与超限操作的特征量化与验证。结果表明:该模型可对飞机离地姿态的动态形成机理进行有效分析;选择“重载”“轻载”“顺风”“逆风”等单一情景及其组合情景,通过调节关键飞行操作节点的概率分布得到最佳飞行操作模式。该研究得到了不同情景变量影响下飞机离地姿态与飞行操作之间的耦合机理,有助于提高飞行员的风险预测与应对能力。

关键词：飞机姿态飞行操作风险应对快速存取记录器(QAR)数据动态Bayes网络(DBN)

基于有限谓词追踪的民机系统需求一致性检查方法

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系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 205-218页

作者：王鹏岳舒婷张帆董磊中国民航大学民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

针对民机安全关键系统在正向研发过程中,系统级需求的正确性难以在设计早期全部完成确认的问题,提出一种基于有限谓词追踪的功能需求一致性检查体系。首先,引入一阶逻辑中的谓词追踪,建立系统内部功能需求与交互功能需求形式化规约方法... 详细信息

针对民机安全关键系统在正向研发过程中,系统级需求的正确性难以在设计早期全部完成确认的问题,提出一种基于有限谓词追踪的功能需求一致性检查体系。首先,引入一阶逻辑中的谓词追踪,建立系统内部功能需求与交互功能需求形式化规约方法。其次,针对单条、多条需求内容正确性以及需求关系一致性,构建需求一致性检查形式化规约,开展需求自冲突、集冲突与需求关系一致性检验,并生成可解释的检查反例进行需求迭代。最后,以机载平视显示(head-up display,HUD)系统飞行信息符号生成与显示功能为例,验证该方法的正确性与有效性。研究结果表明,基于有限谓词追踪的功能需求一致性检查方法能够提高需求一致性检查效率、降低研发成本,为民机系统级需求确认提供支持。

关键词：需求一致性定理证明功能需求正确性一阶逻辑需求冲突

附面层吸入条件下非轴对称静子对风扇流场影响数值研究

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推进技术 2024年第3期45卷 160-171页

作者：傅文广王维佳孙鹏王春雪赵伟中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 北京动力机械研究所北京100074

附面层吸入导致进气道与风扇气动交界面处产生严重的总压、旋流畸变,进而使得风扇效率、稳定性降低,是制约其应用的主要问题之一。为了提高风扇的抗畸变能力,本文对风扇静子进行了非轴对称设计和数值仿真计算。结果表明:相较于原型风扇... 详细信息

附面层吸入导致进气道与风扇气动交界面处产生严重的总压、旋流畸变,进而使得风扇效率、稳定性降低,是制约其应用的主要问题之一。为了提高风扇的抗畸变能力,本文对风扇静子进行了非轴对称设计和数值仿真计算。结果表明:相较于原型风扇,非轴对称静子效率提高0.31个百分点,失速裕度提高50.5%,风扇内部流场有明显改善,扩压因子减小,畸变区静叶叶尖吸力面角区分离范围显著降低,叶片通道通流能力上升。非轴对称静子改型方案通过改变畸变区静叶进口几何角与弦长,使静叶冲角基本不变,稠度增加,气流在吸力面上不易发生分离,从而使得角区分离范围减小,流动损失降低,风扇性能提升。

关键词：附面层吸入非轴对称静子扩压因子失速裕度角区分离