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考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 261-272页

作者：聂士达刘辉廖志昊谢雨佳项昌乐韩立金林思豪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

无人驾驶车辆在越野环境中行驶时,往往面临着复杂的地形和多变的路面。为进行可靠且高效的路径规划,保证车辆安全机动行驶,提出一种考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划方法。该方法包括全局路径规划与轨迹规划,针对全局路径规划,... 详细信息

无人驾驶车辆在越野环境中行驶时,往往面临着复杂的地形和多变的路面。为进行可靠且高效的路径规划,保证车辆安全机动行驶,提出一种考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划方法。该方法包括全局路径规划与轨迹规划,针对全局路径规划,提出一种基于崎岖地形人工势场的改进Theta^(*)算法,该算法综合考虑坡度、地面类型、地面高程等因素,使车辆尽量远离崎岖地形,通过减少途经路径的坡度和起伏地形,来提高车辆在越野环境中的通行效率、稳定性及安全性。针对局部轨迹规划,提出面向多变行驶场景的自适应概率路线图算法(Adaptive probabilistic roadmap method,APRM),通过设计不同的采样策略来适应车辆在越野环境中行驶场景以及障碍物的变化,从而提高复杂越野环境局部轨迹规划算法构建路径网络图的效率。通过试验验证,改进Theta^(*)算法输出的全局路径平均坡度减少35.63%,地表起伏程度降低33.56%,APRM算法在非结构化道路与开阔场景下进行局部轨迹规划所用时间分别减少79.68%和54.74%。

关键词：轮式车辆越野环境自动驾驶全局路径规划局部轨迹规划

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高压环境下水滴碰撞动力学研究

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1233-1239页

作者：张宸玮章振宇北京理工大学机械与车辆学院北京100081

考虑到发动机燃烧室内的真实环境,搭建了高压环境下液滴碰撞试验系统。通过高速相机与长焦显微镜头的组合首次实现了较高环境压力下液滴碰撞过程的拍摄并得到高清水滴碰撞图像。基于拍摄得到的图像,开发了一套数据处理方法,完成了液滴... 详细信息

考虑到发动机燃烧室内的真实环境,搭建了高压环境下液滴碰撞试验系统。通过高速相机与长焦显微镜头的组合首次实现了较高环境压力下液滴碰撞过程的拍摄并得到高清水滴碰撞图像。基于拍摄得到的图像,开发了一套数据处理方法,完成了液滴碰撞过程中碰撞韦伯数We与碰撞参数B的量化,并得到了用于分析液滴碰撞结果的We-B诺谟图。发现当水滴碰撞的环境压力较小时,碰撞结果有融合、拉伸分离与反向分离;但当碰撞的环境压力逐渐升高,水滴碰撞后出现了“弹开”的现象。随后参考Estrade等对液滴碰撞结果的分析,将液滴碰撞后的形状因子进行修正,并将环境压力的影响考虑在内,得到了不同环境压力下液滴碰撞后融合与弹开的分界线,实现了与试验数据的高度吻合。

关键词：液滴碰撞弹开高压形状因子

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拉伸变焦线性菲涅尔聚光器集热特性研究

工程热物理学报 2024年第4期45卷 942-948页

作者：梁深马兴龙何谦唐艺郑宏飞北京理工大学机械与车辆学院北京100081

轻薄、光学效率高的线性菲涅尔透镜有望被广泛应用于太阳能聚光领域。然而,线性菲涅尔透镜在光线倾斜入射时焦距会变短,导致其全天有效集热时间短、集热效率低,严重阻碍了其规模化应用进程。为此,本文提出一种由超弹性透明材料制作的拉... 详细信息

轻薄、光学效率高的线性菲涅尔透镜有望被广泛应用于太阳能聚光领域。然而,线性菲涅尔透镜在光线倾斜入射时焦距会变短,导致其全天有效集热时间短、集热效率低,严重阻碍了其规模化应用进程。为此,本文提出一种由超弹性透明材料制作的拉伸变焦线性菲涅尔聚光器。当光线倾斜入射时,通过力学拉伸改变透镜的棱镜结构,以此调整棱镜对光线的偏折角度,实现变焦。通过力学和光学仿真,揭示了该菲涅尔透镜在拉伸变形中的聚光特性。实际制作了开口宽度为200 mm、焦距为360 mm的菲涅尔透镜,并对其进行了实验研究。结果表明,拉伸变焦策略可将线性菲涅尔聚光集热系统的有效工作时长提高2 h以上,其全天高效聚光集热时长达6.5 h,期间的平均集热效率约为0.6。

关键词：线性菲涅尔透镜拉伸变焦倾斜入射焦距变化太阳能聚光

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铝热剂应用研究进展

火炸药学报 2024年第7期47卷 575-590,I0001页

作者：邓正亮王亚军刘瑞华甘强冯长根北京理工大学机电学院北京100081

为深入理解铝热剂的应用情况,首先回顾了其发展历程,以实际应用问题为导向,对铝热剂在微含能器件(如微点火器和微推进器)、含能药剂(如烟火药、推进剂及其添加剂、起爆药和炸药添加剂)、材料制备(包括材料制备与合成、材料焊接)及其他领... 详细信息

为深入理解铝热剂的应用情况,首先回顾了其发展历程,以实际应用问题为导向,对铝热剂在微含能器件(如微点火器和微推进器)、含能药剂(如烟火药、推进剂及其添加剂、起爆药和炸药添加剂)、材料制备(包括材料制备与合成、材料焊接)及其他领域(如安全装置、微生物灭杀、金属热切割和油井封堵)的应用研究进行了综述,并探讨了铝热剂应用中的安全性问题(包括感度和毒性问题);总结了当前铝热剂应用研究存在的不足,如性能优异的铝热剂种类较为单一、对新应用场景开拓不足、对铝热剂的安全性研究不够深入等问题。最后对铝热剂应用研究未来的研究方向和发展趋势进行了展望,认为未来应朝着开发新型铝热剂、拓展新的应用领域以及深入研究铝热剂应用安全性等方向发展。附参考文献124篇。

关键词：铝热剂铝热反应含能器件含能药剂微点火器件微推进器

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敏捷转弯伞弹系统动力学建模与分岔特性分析

航空学报 2024年第7期45卷 171-185页

作者：周洪淼于剑桥于勇北京理工大学宇航学院北京100081

传统弹箭类飞行器由于机动能力限制,难以实现快速、小半径、大角度的敏捷转弯。通过导弹上加装可控翼伞作为控制面,提出一种翼伞-导弹系统,实现导弹敏捷转弯。首先针对由导弹、翼伞、伞绳、连接点组成的伞弹系统进行动力学建模,给出9自... 详细信息

传统弹箭类飞行器由于机动能力限制,难以实现快速、小半径、大角度的敏捷转弯。通过导弹上加装可控翼伞作为控制面,提出一种翼伞-导弹系统,实现导弹敏捷转弯。首先针对由导弹、翼伞、伞绳、连接点组成的伞弹系统进行动力学建模,给出9自由度伞弹系统动力学模型。通过纵向平面内的弹道仿真,对比分析了在翼伞襟翼偏转角0°、25°和50°情况下伞弹系统的运动情况,结果表明翼伞-导弹系统可以实现敏捷转弯。通过对伞弹系统动力学模型进行分岔分析,研究了不同襟翼偏转角情况下,以翼伞安装角为连续变化参数时系统的分岔曲线,得到导弹实现敏捷转弯的最小转弯半径及最大转弯末速所对应的目标平衡点,分析了目标平衡点附近的吸引域变化情况。弹道仿真结果表明通过合理选取翼伞襟翼偏转角及安装角,可以使质量为73 kg的导弹实现最小转弯半径14.50 m,最小速度损失20.4 m/s。伞弹系统对于提高传统战术导弹的敏捷转弯性能具有重要参考意义。

关键词：战术导弹冲压翼伞多体动力学敏捷转弯分岔分析

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

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摩擦力对空间非导电绳系释放动力学的影响

兵工学报 2024年第4期45卷 1158-1167页

作者：梁福文苗龙田丰宋家辉白松何梓豪王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081

当前空间非导电绳系释放过程因摩擦力数据缺乏,导致释放动力学仿真结果不能有效反映真实情况。为此,基于绳系地面释放平台,开展非导电绳系释放摩擦力测量实验,研究了系绳材料、直径、缠绕方向和释放速度对系绳释放所受摩擦力的影响,阐... 详细信息

当前空间非导电绳系释放过程因摩擦力数据缺乏,导致释放动力学仿真结果不能有效反映真实情况。为此,基于绳系地面释放平台,开展非导电绳系释放摩擦力测量实验,研究了系绳材料、直径、缠绕方向和释放速度对系绳释放所受摩擦力的影响,阐明非导电绳系释放过程影响球形效应不稳定现象的主要因素,确定非导电绳系释放摩擦力与释放条件之间的定量关系。进一步建立考虑摩擦力的绳系释放动力学模型。仿真结果表明,非导电绳系释放摩擦力对释放过程影响较大,对于500 m长的系绳,初始释放速度为2 m/s,在未考虑释放摩擦力时,绳系释放完成时间与考虑摩擦力的实际情况相差约20%。

关键词：空间绳系释放摩擦力地面实验释放速度动力学仿真

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基于马蹄涡前缘吸气控制的压气机叶栅流动机理

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1282-1291页

作者：唐耀璇刘艳明安宇飞孙运政北京理工大学宇航学院北京100081

为探究从源头抑制角区分离的流动控制方法,采用数值模拟方法,以NACA65叶栅为研究对象,利用叶栅前缘端壁吸气技术控制马蹄涡,结合拓扑分析对叶栅通道内的三维流动结构进行精确重构,以研究前缘端壁吸气控制马蹄涡进而改善叶栅通道流场结... 详细信息

为探究从源头抑制角区分离的流动控制方法,采用数值模拟方法,以NACA65叶栅为研究对象,利用叶栅前缘端壁吸气技术控制马蹄涡,结合拓扑分析对叶栅通道内的三维流动结构进行精确重构,以研究前缘端壁吸气控制马蹄涡进而改善叶栅通道流场结构的机理。结果表明:叶栅前缘端壁吸气技术可以有效推迟马蹄涡形成并削弱其强度,同时在吸气狭缝末端形成一对反旋流向涡对,在向下游发展过程中与通道涡相互作用;前缘端壁吸气通过控制马蹄涡,降低端壁边界层厚度,叶栅前缘通道涡发展受限,由回流组成的叶表分离被抑制;前缘及压力面侧吸气(EPS)直接作用于马蹄涡压力面分支,通道涡强度进一步被削弱,角区分离模式由闭式分离转为不完全闭式分离。最后,对比最优吸气系数下不同方案出口总压损失,发现当吸气量为进口质量流量的0.2%时,EPS方案出口截面总压损失降低5.8%;并且通过调整吸气系数,可以获得较好的变工况控制性能。

关键词：压气机叶栅马蹄涡角区分离前缘吸气拓扑分析

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基于视觉图像的空对空多无人机目标跟踪

航空学报 2024年第14期45卷 14-29页

作者：褚昭晨宋韬金忍林德福北京理工大学宇航学院北京100081

基于视觉的空对空多目标跟踪技术是对无人机目标态势感知的关键技术,目前的研究局限于单目标无人机跟踪和通用多目标跟踪算法的迁移运用。针对空对空条件下现有算法对多无人机目标跟踪不准确的问题,提出一种基于分块增强特征提取与局部... 详细信息

基于视觉的空对空多目标跟踪技术是对无人机目标态势感知的关键技术,目前的研究局限于单目标无人机跟踪和通用多目标跟踪算法的迁移运用。针对空对空条件下现有算法对多无人机目标跟踪不准确的问题,提出一种基于分块增强特征提取与局部几何信息关联的级联多目标跟踪算法,将无人机图像按照机身和机臂特点分块处理,提取目标细粒度形态特征,利用连续时间内目标间相对几何关系变化微小的特性,构建局部区域目标相对几何关系向量,综合上述技术组件设计级联关联算法,提高所提出的算法对无人机目标的检索能力和关联成功率,从而提高算法的跟踪性能。实验表明,在测试集中,所提出的算法相比于目前最先进的多目标跟踪算法OC-SORT算法,身份编号F1值(ID F1 Score,IDF1)提升了5.6%,相比于在通用多目标跟踪领域较优的ByteTrack算法,多目标跟踪准确率(Multiple Object Tracking Accuracy,MOTA)提升了2.7%,实现了对多无人机目标跟踪的最优性能。同时,所提出的算法中用到的技术可应用于SORT、BYTE等数据关联算法中,从而可提高这些关联算法的性能。

关键词：无人机多目标跟踪深度学习特征提取数据关联