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收放伞绳对十字型伞静态气动特性影响的数值模拟研究

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北京理工大学学报 2024年第1期44卷 10-17页

作者：胡俊于菲于勇北京理工大学宇航学院北京100081

为研究十字型降落伞作为主动控制装置时,其可控性与气动特性的规律,建立了不同伞绳收缩比δ为0、10.0%、12.5%、15.0%、20.0%、25.0%时十字型伞无限质量充气的有限元模型,基于任意拉格朗日-欧拉方法进行数值模拟,分析了十字型降落伞收... 详细信息

为研究十字型降落伞作为主动控制装置时,其可控性与气动特性的规律,建立了不同伞绳收缩比δ为0、10.0%、12.5%、15.0%、20.0%、25.0%时十字型伞无限质量充气的有限元模型,基于任意拉格朗日-欧拉方法进行数值模拟,分析了十字型降落伞收缩伞绳,引起伞面几何构型不对称对气动特性的影响.结果表明:不同攻角为0°、5°、10°时,十字型降落伞的平均阻力系数随伞绳收缩比δ的增大而减小;十字型伞的瞬时升力峰值随着伞绳收缩比δ的增加而增大,方向始终由伞绳收缩一侧指向另一侧,具有较强的时变特性.

关键词：十字型降落伞伞绳收缩气动特性数值模拟任意拉格朗日欧拉方法

高超声速飞行器减阻杆-双盘-槽道组合构型减阻防热特性研究

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推进技术 2024年第5期45卷 84-94页

作者：郭建方蜀州王子玉北京理工大学宇航学院北京100081

针对高超声速飞行器减阻防热问题,提出了一种减阻杆头部开槽进气、中部侧向排气的减阻杆-双盘-槽道组合构型。在飞行高度30 km、来流马赫数6条件下,基于SST k-ω湍流模型,采用有限体积法求解了二维轴对称雷诺平均N-S方程,对组合构型的... 详细信息

针对高超声速飞行器减阻防热问题,提出了一种减阻杆头部开槽进气、中部侧向排气的减阻杆-双盘-槽道组合构型。在飞行高度30 km、来流马赫数6条件下,基于SST k-ω湍流模型,采用有限体积法求解了二维轴对称雷诺平均N-S方程,对组合构型的流场进行了数值模拟,并分析了其减阻防热特性。相比减阻杆-单盘构型,减阻杆-双盘构型减阻防热效果更好,而减阻杆-双盘-槽道构型可以进一步提高减阻防热效果。进行了组合构型的影响因素分析,数值仿真结果表明,在研究参数范围内,侧向排气孔靠近两个气动盘中间位置、第二个气动盘直径较大的构型减阻防热总体效果较好。相比减阻杆-单盘构型,较优构型的总阻力系数降低了24.70%,钝体壁面斯坦顿数峰值降低了53.63%。

关键词：高超声速减阻防热减阻杆-双盘槽道数值模拟

基于改进多稳态系统随机共振的轴承微弱故障诊断

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北京理工大学学报 2024年第5期44卷 447-457页

作者：靳艳飞安永辉北京理工大学宇航学院北京100081

针对传统随机共振方法在强噪声背景下对轴承微弱故障诊断中存在严重的边频干扰问题,提出了一种应用改进多稳态随机共振模型进行轴承微弱故障诊断的方法.在高斯白噪声和周期性激励作用下,推导得到了改进多稳态系统的平均首次穿越时间和... 详细信息

针对传统随机共振方法在强噪声背景下对轴承微弱故障诊断中存在严重的边频干扰问题,提出了一种应用改进多稳态随机共振模型进行轴承微弱故障诊断的方法.在高斯白噪声和周期性激励作用下,推导得到了改进多稳态系统的平均首次穿越时间和功率谱放大因子的解析表达式.研究发现,存在一组最优的参数使得改进多稳态系统的随机共振效应最大化.将改进的多稳态随机共振模型应用于轴承内外圈的微弱故障诊断,并利用量子粒子群优化算法对系统参数和阻尼系数进行优化.研究结果表明,所提方法能够在强噪声背景下有效识别出微弱故障特征频率,且与传统多稳态随机共振方法相比,该方法解决了严重的边频干扰问题,输出信号特征频率处的频谱峰值更高,大大提高了轴承微弱故障诊断的性能.

关键词：微弱故障诊断改进的多稳态模型自适应随机共振平均首次穿越时间谱放大因子

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碳化材料的烧蚀性能参数辨识方法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1384-1391页

作者：程莫瀚李文光王志北京理工大学宇航学院北京100081

针对碳化材料烧蚀性能参数测量难度大的问题,对基于优化算法的烧蚀性能参数辨识方法进行了研究。根据一维连续模型描述碳化烧蚀材料的内部热响应情况,与公开试验数据进行对比验证,各测量点计算误差均小于15%。采用基函数表征法对材料碳... 详细信息

针对碳化材料烧蚀性能参数测量难度大的问题,对基于优化算法的烧蚀性能参数辨识方法进行了研究。根据一维连续模型描述碳化烧蚀材料的内部热响应情况,与公开试验数据进行对比验证,各测量点计算误差均小于15%。采用基函数表征法对材料碳化前后的比热容和导热率进行表征,基函数选取为切比雪夫多项式。根据PICA材料的温度测试试验数据,对材料的热解动力学参数和基函数的待定系数采用遗传算法进行辨识,将辨识得到的材料烧蚀性能参数代入一维连续模型中进行计算,与验证工况下的试验数据进行比对,计算得到的温度曲线平均相对误差小于10%。

关键词：热防护材料烧蚀性能参数辨识优化算法数值计算

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高超声速攻防博弈自适应微分对策三维制导

兵工学报 2023年第8期44卷 2342-2353页

作者：王子瑶唐胜景郭杰阎宏磊葛健豪北京理工大学宇航学院北京100081

针对高超声速拦截器精确打击高超声速机动目标的攻防博弈制导问题,提出一种基于自适应动态规划(ADP)的微分对策三维制导律。将高超声速攻防博弈三维制导问题分解在纵向平面和侧向平面分别进行制导律设计。在纵向平面内建立高超声速二人... 详细信息

针对高超声速拦截器精确打击高超声速机动目标的攻防博弈制导问题,提出一种基于自适应动态规划(ADP)的微分对策三维制导律。将高超声速攻防博弈三维制导问题分解在纵向平面和侧向平面分别进行制导律设计。在纵向平面内建立高超声速二人零和微分博弈问题模型,设计非二次型代价函数以满足控制约束,并通过Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程得到高超声速拦截器和目标的微分博弈最优策略。由于HJI方程无法直接得到解析解,利用ADP方法,引入评价神经网络逼近最优代价函数,进而得到攻防博弈双方的倾侧角幅值最优指令。在侧向平面内建立平行接近倾侧角反转逻辑实现侧向制导。仿真结果表明,该制导律能够在攻防博弈双方的控制约束内,实现高超声速拦截器在高超声速目标机动躲避拦截情况下的精确打击。

关键词：高超声速攻防博弈自适应动态规划平行接近

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扑旋翼飞行器机构动力学建模与功率优化

机械工程学报 2023年第17期59卷 33-43页

作者：贺媛媛王琦琛张航杨炫李傲北京理工大学宇航学院北京100081

仿生扑旋翼微型飞行器目前仍沿用传统的齿轮连杆传动机构,电机需同时克服扑翼的惯性力和气动力做功导致机械效率低。通过理论和数值模拟及实验方法定量分析在机构中引入弹簧对提高其机械效率的作用。首先,基于一个扑旋翼实物模型建立无... 详细信息

仿生扑旋翼微型飞行器目前仍沿用传统的齿轮连杆传动机构,电机需同时克服扑翼的惯性力和气动力做功导致机械效率低。通过理论和数值模拟及实验方法定量分析在机构中引入弹簧对提高其机械效率的作用。首先,基于一个扑旋翼实物模型建立无弹簧原始拍动机构和设置两种弹簧安装位置的系统动力学模型,包括求解系统共振频率的特征方程,进而计算该系统在设定拍动频率时维持拍动所需输入的功率。结果表明采用不同刚度的弹簧对系统具有不同程度的增效作用,当弹簧刚度为1N/mm时,模型在9Hz频率下功率可降低54.5%。为验证数学模型的正确性,用商业软件ADAMS建立该扑旋翼动力学模型并模拟计算其运动和功率,结果表明采用两个方法得到的不同弹簧模型功率的最大误差为4.5%。为进一步获得系统的最大效率,分别以功率、输入力矩峰值最小为目标,对弹簧刚度和长度进行寻优计算,结果表明最优的弹簧刚度系统所需的输入功率比原始无弹簧机构减小63.0%。最后,通过该扑旋翼实物模型实验结果验证了弹簧对系统的增效作用,结果表明,采用刚度为1N/mm弹簧的模型在9Hz频率下的功率降低55.5%,与理论模型和ADAMS数值模拟的结果相当接近。

关键词：扑旋翼传动机构动力学分析功率刚度优化

面向天基红外预警的高动态弱小目标LSTM检测方法研究

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红外与激光工程 2023年第10期52卷 203-213页

作者：翟光胡圣冉孙一勇北京理工大学宇航学院北京100081

在天基红外预警任务中,高动态弱小目标具有成像尺寸小、运动规律未知的特点。现有红外弱小目标探测任务主要关注匀速直线运动目标检测问题,对高动态目标的有效检测算法尚需进一步开发。针对天基红外预警任务中高动态非线性运动目标检测... 详细信息

在天基红外预警任务中,高动态弱小目标具有成像尺寸小、运动规律未知的特点。现有红外弱小目标探测任务主要关注匀速直线运动目标检测问题,对高动态目标的有效检测算法尚需进一步开发。针对天基红外预警任务中高动态非线性运动目标检测问题,提出了一种基于LSTM的红外弱小目标检测算法。首先设计了提取可疑目标位置信息的预处理方法,解决了LSTM网络结构与序列图像不匹配的问题;然后,针对传统算法难以检测非线性运动轨迹的问题,利用LSTM提取目标运动特征,实现序列图像中高动态目标的检测。通过与序列假设检验等算法的对比,在自研的红外序列图像数据集上验证了所提出的算法能够实现不低于0.9347的精确率与不低于0.8633的召回率。

关键词：天基预警目标检测 LSTM 高动态

扑旋翼刚度和翼梢形状对气动升力和效率的影响

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航空学报 2023年第12期44卷 139-156页

作者：贺媛媛张航王琦琛杨炫北京理工大学宇航学院北京100081

具有垂直起降及悬停性能的扑旋翼刚度分布和形状对其气动升力和效率的影响与传统仿昆虫扑翼明显不同。针对扑旋翼刚度和翼梢形状对其悬停飞行模式下的气动升力和效率的影响开展实验研究,研制了12种不同结构构型及翼梢后掠角的传统矩形... 详细信息

具有垂直起降及悬停性能的扑旋翼刚度分布和形状对其气动升力和效率的影响与传统仿昆虫扑翼明显不同。针对扑旋翼刚度和翼梢形状对其悬停飞行模式下的气动升力和效率的影响开展实验研究,研制了12种不同结构构型及翼梢后掠角的传统矩形扑旋翼样件和一种仿蜻蜓翅外形的扑旋翼样件,通过实验测试定量分析了各扑旋翼样件的展向和弦向刚度、翼梢刚度及形状对其运动、气动升力和效率的影响。结果表明,弦向刚度和翼梢形状对扑旋翼运动影响显著,优化展向和弦向刚度分布对翼膜的支撑和采用仿蜻蜓翅梢形状可显著提高扑旋翼的气动升力和效率。以本实验中采用的重量为30.1 g的扑旋翼模型为例,在输入电压3.4 V时,优化后的仿生扑旋翼平均升力(49.6 g)比初始矩形扑旋翼提高74%,升力效率从3.5 g/W提高到5.9 g/W。本研究对扑旋翼微型飞行器气动性能的提升具有重要意义。

关键词：扑旋翼微型飞行器仿生扑旋翼扑旋翼刚度翼梢形状气动升力升力实验

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固体火箭发动机喷管化学烧蚀的动态数值模拟

北京理工大学学报 2023年第7期43卷 693-701页

作者：于勇张航维北京理工大学宇航学院北京100081

为分析固体火箭发动机喷管的化学烧蚀过程,准确预测喷管壁面烧蚀率,在Fluent平台上采用UDF二次开发方法,结合壁面化学反应模型和动网格技术建立了动态烧蚀模型,实现了喷管型面衰退和内流场变化的双向耦合作用.针对推进剂中不同Al质量分... 详细信息

为分析固体火箭发动机喷管的化学烧蚀过程,准确预测喷管壁面烧蚀率,在Fluent平台上采用UDF二次开发方法,结合壁面化学反应模型和动网格技术建立了动态烧蚀模型,实现了喷管型面衰退和内流场变化的双向耦合作用.针对推进剂中不同Al质量分数的工况,利用动态烧蚀模型对70-lb BATES发动机喷管的二维非定常流固热耦合过程进行了数值仿真计算,论证了模型的准确性.结果表明:烧蚀率计算值与试验值基本一致;烧蚀率随推进剂中Al质量分数的增加而降低;动态烧蚀模型能更准确地预测喷管壁面烧蚀率;型面衰退改变了喷管流场,在喉部附近产生了更高的压强和温度;采用动态烧蚀模型计算的喷管在喉部壁面附近的H_(2)O和CO_(2)的浓度更高.

关键词：数值模拟喷管化学烧蚀流固耦合