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适用于激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的裂纹控制与成分设计研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 3-24页

作者：史淑静李卓杨晨曾子恒程序汤海波王华明北京航空航天大学宁波创新研究院浙江宁波315800 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

γ'相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域,激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求,成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技... 详细信息

γ'相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域,激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求,成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技术。然而,传统牌号的高强镍基高温合金的成分及强化机制与激光增材制造快速非平衡凝固及固态相变过程不适配,较宽的凝固温度区间和失衡的高温强韧性易引起微裂纹缺陷,难以保证合金的组织完整性和力学性能,严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。基于此,本文综述了激光增材制造γ'相强化镍基高温合金裂纹的形成原因和影响因素,根据开裂机理从成分修正、成形工艺参数优化、后处理制度调控等方面总结了裂纹控制相关研究进展,探讨了当前能从根源上抑制裂纹的专用合金成分开发策略,并对激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的未来发展方向进行了展望。

关键词：激光技术增材制造高温合金裂纹优化与设计

监控场景下基于单帧与视频数据的行人属性识别方法综述及展望

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年第3期36卷 336-356页

作者：曹雨然逯伟卿于金佐周亦博胡海苗北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191 北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310052

行人属性识别旨在判断目标行人的预定义属性标签,从而生成关于该行人的结构化描述,包括年龄、性别、衣着、配饰等多种层次的语义信息.由于行人属性识别在视频监控领域具有极大的应用潜力,该任务广受研究者关注.随着深度学习的快速发展,... 详细信息

行人属性识别旨在判断目标行人的预定义属性标签,从而生成关于该行人的结构化描述,包括年龄、性别、衣着、配饰等多种层次的语义信息.由于行人属性识别在视频监控领域具有极大的应用潜力,该任务广受研究者关注.随着深度学习的快速发展,研究者提出众多识别行人属性的方法,以获得更为精准的识别结果.针对当前复杂场景下,该任务面临的监控画面不清晰、行人状态变化、遮挡等问题,对监控场景下基于单帧与视频数据的行人属性识别方法进行综述,首先围绕行人属性识别这一任务,介绍其研究背景及任务概念,指出当前研究所面临的问题与挑战;其次根据“单帧图像”和基于视频数据的“序列图像”2种不同的样本类型,对行人属性识别方法进行分类,并依据属性识别过程中所采用的技巧和思路,归纳总结最新提出的行人属性识别方法,概述研究现状;再对当前主流使用的数据集进行分析比较,总结其特点;最后,从状态引导行人属性识别、立体属性、多任务融合、新数据集构建4个方面,思考该领域的未来发展方向并作出展望.

关键词：深度学习智能视频监控多标签分类行人属性识别数据集分析

航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1806-1818页

作者：徐金全林华鹏郭宏北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315800

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过... 详细信息

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

关键词：航空电推进电机永磁同步电机散热结构热网络模型电机功率密度

基于扩展决策场的机场落客区车辆—旅客行为建模分析

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交通运输系统工程与信息 2024年第5期24卷 309-317页

作者：唐铁桥钟静燃袁小婷覃梦欣北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 杭州市北京航空航天大学国际创新研究院杭州311115

近年来,随着航空旅客运输的发展,机场陆侧交通资源愈发紧张。机场落客区作为衔接机场航站楼内部与外部交通之间的交互面,行人和车辆交互冲突严重,落客区运行压力大。本文以某国内机场为研究对象,基于实地调查的视频数据,建立基于Logisti... 详细信息

近年来,随着航空旅客运输的发展,机场陆侧交通资源愈发紧张。机场落客区作为衔接机场航站楼内部与外部交通之间的交互面,行人和车辆交互冲突严重,落客区运行压力大。本文以某国内机场为研究对象,基于实地调查的视频数据,建立基于Logistic回归模型的车辆让行模型;发布调查问卷,从效率、安全和舒适这3种属性收集该机场落客区场景下旅客做出的选择,最终建立落客区环境下的人车冲突仿真模型,利用仿真模型探究落客区内人车冲突情景。仿真结果表明:在多幅路结构的落客区内,旅客乱穿马路的选择与交通密度和过街次数有关,交通密度越大,旅客需要过街的次数越多,旅客乱穿马路的频率越低,在中幅路落客的旅客最高违规过街率为6.8%,在外幅路落客的旅客最高违规过街率为2.1%;当人行道和入站口相互间距扩大1倍,外幅路落客的旅客平均违规过街率提升1.6%,中幅路落客的旅客平均违规过街率提升0.9%;此外,通过限制旅客乱穿马路,可以有效减少非高峰时期车辆让行次数,提升落客区车辆通行效率。

关键词：交通工程落客区扩展决策场车辆—旅客行为 Logistic回归模型

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通信速率约束下一体化角度协同制导控制方法

宇航学报 2024年第6期45卷 914-923页

作者：王青马雪虎王培生北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学国际创新研究院杭州311115 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次... 详细信息

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次传输数据的字长、两次传输数据间隔的通信速率约束,采用量化器-编码器-解码器实现限制通信速率情况下的协同一体化制导控制设计。之后,通过严格的理论分析证明了满足强连通图有向通信网络下,多飞行器系统能够达成一致性且收敛到期望的相对视线角,并给出了满足收敛条件的参数选择范围。最后,通过数学仿真校验,验证了所提出的方法在较低的通信速率下能够完成协同。

关键词：飞行器拦截协同制导通信限制扩张状态观测器(ESO) 制导控制一体化

SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料高温环境损伤原位监测研究进展

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无机材料学报 2024年第6期39卷 609-622页

作者：吴晓晨郑瑞晓李露马浩林赵培航马朝利北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191

连续SiC纤维增强SiC(SiC_(f)/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点,在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiC_(f)/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构,其服役环境... 详细信息

连续SiC纤维增强SiC(SiC_(f)/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点,在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiC_(f)/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构,其服役环境苛刻、损伤失效过程复杂,深刻理解与准确分析其在近服役环境下损伤失效模式对于材料和构件的可靠服役具有重要意义。传统的“事后分析”方法无法获取材料在复杂服役环境下的损伤失效过程数据,因此迫切需要发展面向高温服役环境的复合材料原位表征测试技术。本文介绍了基于扫描电子显微镜、数字图像相关、显微计算机断层扫描、声发射、电阻等原位监测方法的基本原理、优势与局限性,重点讨论了以上各种原位监测方法及多种原位监测方法联用在SiC_(f)/SiC复合材料高温环境力学表征中的最新研究进展。最后,总结了SiC_(f)/SiC复合材料高温环境原位监测技术存在的挑战,并对多种原位技术联用、太赫兹辐射等新型检测技术、复杂构件的损伤原位监测方法等未来发展方向进行了初步展望。

关键词： SiC_(f)/SiC复合材料原位监测数字图像相关声发射显微计算机断层扫描综述

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基于横截函数的欠驱动航天器姿态跟踪方法

航空学报 2024年第1期45卷 29-39页

作者：段超邵小东胡庆雷吴淮宁北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 天目山实验室杭州310023

针对航天器姿态跟踪任务,考虑一种配置2个独立动量交换型执行机构的欠驱动航天器,提出了一种基于横截函数的任意姿态轨迹跟踪控制律。利用三维特殊正交群SO(3)建立航天器姿态运动学方程,并基于动量守恒条件,将动力学方程与运动学统一写... 详细信息

针对航天器姿态跟踪任务,考虑一种配置2个独立动量交换型执行机构的欠驱动航天器,提出了一种基于横截函数的任意姿态轨迹跟踪控制律。利用三维特殊正交群SO(3)建立航天器姿态运动学方程,并基于动量守恒条件,将动力学方程与运动学统一写成以执行机构输出角动量为控制输入的降阶系统。利用横截条件与Lie代数秩条件构造基于SO(3)的横截函数,其本质为能够任意逼近平衡点的一个嵌入子流形,并基于横截函数与姿态误差建立降阶跟踪控制系统的伴随系统。针对伴随系统,提出了一种光滑静态反馈控制律,利用Morse函数证明了对于任意轨迹闭环系统的最终有界稳定性。进一步针对可行轨迹,基于零动态系统设计了横截函数的参数自调整律,使得在零动态时横截函数趋近跟踪系统的平衡点,证明了闭环系统具有指数稳定性。最后,通过数值仿真验证了提出控制器的有效性。

关键词：欠驱动航天器姿态控制 Lie群横截函数可行轨迹

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基于非对称多项式拟合的光谱波纹系数算法

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1283-1290页

作者：孙胜琳徐宏杰杨晟旻方佳豪梁佳辉北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

在光纤陀螺中,常采用超辐射发光二极管(SLD)或放大自发辐射(ASE)光源,其较宽的光谱可有效抑制偏振噪声及背向反射、瑞利散射等影响。在SLD及ASE光源中,波纹系数是一项重要指标,其主要来自于宽带光源中未完全抑制掉的激射部分,会对光纤... 详细信息

在光纤陀螺中,常采用超辐射发光二极管(SLD)或放大自发辐射(ASE)光源,其较宽的光谱可有效抑制偏振噪声及背向反射、瑞利散射等影响。在SLD及ASE光源中,波纹系数是一项重要指标,其主要来自于宽带光源中未完全抑制掉的激射部分,会对光纤陀螺的精度产生影响。目前在国军标中对波纹系数的定义是:光谱曲线峰值波长附近的模式幅值的极差,单位为dB。目前对波纹系数还是采用人眼观察的方法,人眼观察具有一定的主观性和偶然性,不能排除人们主观因素以及外界干扰带来的测量误差,并且经过处理后得到的对数光谱不能准确反映原始光谱特性。针对宽带光源非对称光谱中的波纹系数进行分析,对比多峰高斯拟合和多项式拟合各自的优缺点,选择多项式拟合的方式;通过理论分析及实验验证,采用五次多项式拟合满足要求。基于三倍标准差原理提出了一种新的波纹系数计算方法,可以准确反映波纹系数大小。采用AQ6370D光谱仪和自制的“光谱波纹系数测试”软件对ASE光源和SLD光源进行实验,计算结果与人眼观察数据基本吻合。在此基础上进行重复性验证实验,采集同一光源的五次实验数据,分别计算其波纹系数,并与人眼观察结果比较,结果表明人眼观察只能估算到小数点后两位,而光谱波纹系数算法精度较高,分辨率可达0.0001。自制的“光谱波纹系数测试”软件可以在交互界面上得到测试光谱的平均波长、峰值波长、中心波长、谱宽、波纹系数、线性坐标和对数坐标下的光谱及其拟合曲线表达式,使实验分析更加方便快捷,大大提高了实验效率。提出的基于非对称多项式拟合的光谱波纹系数算法可以更有效地对光源波纹系数进行判断,提高了计算效率,消除了主观性和偶然性的影响,对国军标进行了补充,有较为广阔的应用前景。

关键词：波纹系数多项式拟合光谱拟合光源

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一类不确定环境下的再入滑翔飞行器轨迹规划

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2514-2523页

作者：田牧垠沈作军北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

再入飞行器的飞行过程需要跨越从临近空间到地面的广大区域。在此过程中,即便是微小的建模误差和外界扰动也有可能导致飞行器偏离原先目标点或超出约束边界。为使结果更加鲁棒,对一类不确定环境下的再入飞行器轨迹规划方法进行研究,并... 详细信息

再入飞行器的飞行过程需要跨越从临近空间到地面的广大区域。在此过程中,即便是微小的建模误差和外界扰动也有可能导致飞行器偏离原先目标点或超出约束边界。为使结果更加鲁棒,对一类不确定环境下的再入飞行器轨迹规划方法进行研究,并引入了数据驱动鲁棒优化的概念以处理不确定性,提出一种数据驱动鲁棒优化轨迹规划方法。所提方法的核心思想是利用不确定参数的历史数据,动态构造不确定集合,再用鲁棒优化的方法对包含该集合的问题进行求解。所提方法相比于传统的鲁棒优化或机会约束优化有两大优势:一是无须有关不确定参数分布或范围的先验知识,也无须其符合特定形式;二是通过在线构造数据驱动的支持向量簇,令优化结果不至于过于保守。为提高计算效率,根据再入优化问题的特点进一步对所提方法进行定制。给出了所提方法数值仿真结果与传统方法对比,以说明所提方法的有效性。

关键词：再入轨迹规划数据驱动鲁棒优化不确定性