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基于强化学习的多无人车协同围捕方法

工程科学学报 2024年第7期46卷 1237-1250页

作者：苏牧青王寅濮锐敏余萌南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;... 详细信息

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;针对网络结构中引入LSTM所导致的状态空间维度增大、效率低的问题,提出引入注意力机制,通过对状态空间进行注意力权重的计算和选择,将注意力集中在与任务相关的关键状态上,从而约束状态空间维度并保证网络的稳定性,实现多无人车之间稳定高效的合作并提高算法的训练效率.为解决协同围捕任务中奖励稀疏的问题,提出通过混合奖励函数将奖励函数分为个体奖励和协同奖励,通过引入个体奖励和协同奖励,无人车在围捕过程中可以获得更频繁的奖励信号.个体奖励通过引导无人车向目标靠近来激励其运动行为,而协同奖励则激励群体无人车共同完成围捕任务,从而进一步提高算法的收敛速度.最后,通过仿真和实验表明,该方法具有更快的收敛速度,相较于SAC算法,围捕时间缩短15.1%,成功率提升7.6%.

关键词：无人车协同围捕柔性执行者-评论家算法注意力机制奖励函数设计

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无轴轮缘推进器电磁驱动结构优化设计

科学技术与工程 2024年第8期24卷 3236-3242页

作者：鲁浩然张健吕传茂潘康李政民卿南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

无轴轮缘推进器对中国水下事业有重要作用,其电磁驱动部分采用大内径内转子永磁无刷直流电机结构。对无轴轮缘推进器电磁驱动部分的永磁无刷直流电机结构进行设计,并基于Maxwell进行电机性能优化分析,以提高其性能。选取效率和起动电流... 详细信息

无轴轮缘推进器对中国水下事业有重要作用,其电磁驱动部分采用大内径内转子永磁无刷直流电机结构。对无轴轮缘推进器电磁驱动部分的永磁无刷直流电机结构进行设计,并基于Maxwell进行电机性能优化分析,以提高其性能。选取效率和起动电流等4个参数为优化目标,选取与槽型相关的6个参数为优化变量。采用反向传播(back propagation,BP)神经网络建立优化变量与优化目标的关系式,采用线性加权法确定适应度函数,对电机进行多目标优化分析以提高其性能。最后将求得的最优解代回到Maxwell电机模型,验证求解结果的有效性。结果表明:优化后电机各项性能有所提升,优化结果较好,达到了预期效果。

关键词：结构优化神经网络线性加权法多目标优化

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结构间隙对起落架地面滑跑摆振特性影响分析

振动与冲击 2024年第2期43卷 234-243页

作者：阮爽张明聂宏南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

针对两种常见的飞机滑跑状态,即减摆状态和操纵状态,建立多自由度起落架摆振动力学模型,研究间隙对两者的影响机理,得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明... 详细信息

针对两种常见的飞机滑跑状态,即减摆状态和操纵状态,建立多自由度起落架摆振动力学模型,研究间隙对两者的影响机理,得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明,减摆状态下,起落架摆振频率会略微增大,结构库伦摩擦能够减弱结构间隙引发的持续摆振影响。对于操纵状态,通过快速傅里叶变换进行频域特性分析,发现支柱侧弯以及扭转之间耦合严重,两者的刚度直接决定起落架的摆振频率;存在结构间隙后,起落架整体的频率会变小,最终系统均会逐步趋于稳定的极限环震荡状态。

关键词：起落架摆振结构间隙非线性动力学分岔分析频域分析

连续碳纤维3D打印圆形增强蜂窝的面内压缩性能

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1776-1787页

作者：孟云聪周光明蔡登安南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

为提高圆形蜂窝(CH)的抗压缩性能和吸能性能,以CH结构为基础,在横向和竖向上增设树叶形支撑,提出了单向增强圆形蜂窝(SEH)和双向增强圆形蜂窝(DEH)两种改进型蜂窝。以碳纤维(CF)作为增强体,聚乳酸(PLA)为基体,使用连续纤维3D打印技术制... 详细信息

为提高圆形蜂窝(CH)的抗压缩性能和吸能性能,以CH结构为基础,在横向和竖向上增设树叶形支撑,提出了单向增强圆形蜂窝(SEH)和双向增强圆形蜂窝(DEH)两种改进型蜂窝。以碳纤维(CF)作为增强体,聚乳酸(PLA)为基体,使用连续纤维3D打印技术制造了试验件,并规划结构内部CF的成型路径,同时设置PLA对照组。通过准静态压缩试验研究各蜂窝的面内压缩性能、吸能特性和结构的变形失效模式。结果表明:CF增强后的DEH-CF相较CH-CF在比吸能上提升167.63%。CH、SEH和DEH在采用CF增强后,比吸能相比PLA对照组分别提高43.37%、63.17%和161.58%,平均压缩力分别提高51.72%、61.81%和96.09%。研究发现,CF增强结构内部的纤维路径规划会影响结构的刚度和变形行为,采用“支撑一体化成型”路径的DEH-CF在压缩时,其结构动态泊松比保持在PLA对照组33.36%以下。

关键词：圆形蜂窝面内压缩连续纤维路径规划 3D打印复合材料

垂直上升通道内气泡–液态金属MHD流动与传热的数值研究

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中国电机工程学报 2024年第3期44卷 1058-1069,I0017页

作者：王军鹿鹏黄护林王彦利王少政陈田田航天进入减速与着陆技术实验室(南京航空航天大学航天学院) 江苏省南京市211106 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省南京市210016

在聚变堆的冷却系统中,由于强磁场的影响,液态金属流动受到抑制,通过掺入气泡到液态金属中可减小磁流体力学(Magnetohydrodynamic,MHD)效应,提升传热速率。该文基于VOF多相流模型,在不同的磁场强度(0~1.3 T)和不同的气泡雷诺数(1.3×10^... 详细信息

在聚变堆的冷却系统中,由于强磁场的影响,液态金属流动受到抑制,通过掺入气泡到液态金属中可减小磁流体力学(Magnetohydrodynamic,MHD)效应,提升传热速率。该文基于VOF多相流模型,在不同的磁场强度(0~1.3 T)和不同的气泡雷诺数(1.3×10^(4)~6.76×10^(4))范围内,对横向磁场作用下垂直上升通道中气泡-液态金属两相流动传热特性进行数值研究。结果表明,无磁场时气体呈柱状流,而在磁场作用下,由于MHD箍缩效应的影响,气柱破裂、分离,形成了气泡流;随着磁场增大,其分离点由入口逐渐向上移动,且气泡运动速度随之增加。与液态金属单相流相比,气泡-液态金属两相流动的平均换热系数随磁场强度和气泡雷诺数增加均呈下降趋势,但因两相流动显著减小由MHD效应引起的压降,从而提升通道内综合换热因子,且在磁场较小时,提升效果更好。

关键词：两相流 VOF模型 MHD效应换热系数综合换热因子

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双轴承旋转喷管型面设计及数值模拟研究

推进技术 2024年第5期45卷 95-106页

作者：李瑶徐惊雷潘睿丰张玉琪黄帅南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

针对短距/垂直起降战斗机高机动飞行的迫切需求及其矢量喷管机械结构复杂笨重的问题,提出了基于轴对称双喉道气动矢量喷管设计的双轴承旋转喷管,通过采用双轴承结构和双喉道气动矢量喷管相结合的方式,减少驱动结构,使喷管能更高效、轻... 详细信息

针对短距/垂直起降战斗机高机动飞行的迫切需求及其矢量喷管机械结构复杂笨重的问题,提出了基于轴对称双喉道气动矢量喷管设计的双轴承旋转喷管,通过采用双轴承结构和双喉道气动矢量喷管相结合的方式,减少驱动结构,使喷管能更高效、轻便地实现短距/垂直起降,并且赋予了飞行器平飞模态高机动飞行的潜力。基于典型轴对称双喉道气动矢量喷管构型,开展了双轴承旋转喷管的型面设计和运动规律研究,利用数值模拟开展关键设计参数对喷管流场的影响研究,获得喷管的性能变化规律。结果表明,短距/垂直起降模态下,典型构型的双轴承旋转喷管推力矢量角最大可达108°,满足短距/垂直起降飞行器对喷管的要求。凹腔段的长短轴比值对喷管短距/垂直起降模态的性能影响较大,相同落压比条件下,长短轴比值越大,喷管的总推力系数越低,推力矢量角越大,并且推力矢量角最大差值达到41°。本文所提出的双轴承旋转喷管可为未来具备短距/垂直起降、高机动性能的飞行器动力系统提供一种新的解决方案。

关键词：短距/垂直起降双轴承旋转喷管双喉道气动矢量喷管气动性能数值模拟

混合动力推进系统与飞机数字化设计现状与展望

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推进技术 2024年第3期45卷 84-100页

作者：康乐冉千禧毛军逵余之圳韩枫南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 南京航空航天大学综合能源研究院江苏南京210016 南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016

本文总结了国内外针对混合动力推进系统及飞机发展专门开发的数字化设计工具,归纳了其相应设计方法及特点。综合来看,为了满足混合动力飞机的设计需求,集成高精度电系统和热能管理系统模型,建立针对性的性能评估体系、飞机与发动机设计... 详细信息

本文总结了国内外针对混合动力推进系统及飞机发展专门开发的数字化设计工具,归纳了其相应设计方法及特点。综合来看,为了满足混合动力飞机的设计需求,集成高精度电系统和热能管理系统模型,建立针对性的性能评估体系、飞机与发动机设计的数据耦合交互、研究设计与安全性分析相统一的建模方法、基于人工智能方法提高优化设计管理能力是目前面向其特点的关键发展方向,并为其后续的实验验证、适航条例制定等工程应用提供重要的技术支撑和设计依据。

关键词：混合动力推进系统设计混合动力飞机设计多学科优化设计混合动力评价体系综述

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一种前缘带锯齿的斜楔激波/边界层干扰

航空动力学报 2024年第7期39卷 126-138页

作者：卜炜峻谢旅荣林华川潘纪富于平贺南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

为探究三维锯齿构型对入射激波/边界层干扰流场结构的影响,对一种前缘带锯齿的斜楔/底板流场进行数值仿真分析,并总结了不同锯齿深度对流场的影响规律.结果表明:与前缘平直斜楔相比,锯齿斜楔受溢流的影响.入射激波呈现为三波系曲面结构... 详细信息

为探究三维锯齿构型对入射激波/边界层干扰流场结构的影响,对一种前缘带锯齿的斜楔/底板流场进行数值仿真分析,并总结了不同锯齿深度对流场的影响规律.结果表明:与前缘平直斜楔相比,锯齿斜楔受溢流的影响.入射激波呈现为三波系曲面结构,激波强度减弱,波角减小,流场结构后移;底板上分离区呈现出"凹"型的空间结构,分离区展向表现为中间低、两边高,流向表现为中间短,两边长.随着锯齿深度增大,流场结构更加后移,分离区的三维特性更加明显.在溢流模型中,受侧面溢流影响,对称面处的分离最大,分离区呈现出三维的"半凹"结构;对比基准溢流模型,锯齿溢流降低了入射波系强度,使侧面溢流减少.

关键词：斜楔/底板锯齿状前缘流场特性激波/边界层干扰分离区溢流

直接氨SOFC-GT混合动力系统性能及航空应用

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航空动力学报 2024年第4期39卷 165-179页

作者：徐乐根毛军逵梁凤丽王在兴杨孟林南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

建立了基于直接氨燃料的固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统仿真模型,开发了一种架构优化的高功率-质量比的高效发电系统,并研究了燃料利用率和系统燃料分配对系统功率分配、各子部件质量以及其㶲损失等性能的影响。基于... 详细信息

建立了基于直接氨燃料的固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统仿真模型,开发了一种架构优化的高功率-质量比的高效发电系统,并研究了燃料利用率和系统燃料分配对系统功率分配、各子部件质量以及其㶲损失等性能的影响。基于所建立的模型分析了压气机压比、燃料摩尔流量、空气摩尔流量等输入参数对系统性能的影响,在最优性能条件下对系统进行功率-质量比分析。仿真结果表明该系统的净发电效率为56.85%,㶲效率为50.71%,净发电量为213 kW,功率-质量比为0.7303 kW/kg,达到美国能源部太平洋西北国家实验室(PNNL)为SOFC-GT混合动力系统应用于航空航天领域制定的标准。在此基础上,讨论了该系统在商用飞机主动力和辅助动力上的应用,表明SOFC-GT混合动力系统在航空领域具有良好的应用前景。

关键词：氨燃料电池固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统系统效率功率-质量比航空动力