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空间飞行器的指向误差混合分布模型

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 449-460页

作者：曹冬平井庆丰仲伟志南京航空航天大学航天学院南京211106

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合... 详细信息

在空间探测任务中,飞行器会受到机械冲击、跟踪噪声等因素的影响发生角微振动,使天线指向误差恒不为0,从而影响通信链路.针对典型的指向误差单一分布模型如高斯分布、瑞利分布和莱斯分布忽略多种误差源共同影响的缺点,提出指向误差混合分布模型,将多种误差源同时考虑在内,极大地提高了模型的准确性.首先,根据多个空间飞行器奥林巴斯通信卫星OLYMPUS、工程测试卫星ETS-VI、光学轨道间通信工程试验卫星OICETS和量子科学实验卫星MICIUS角微振动信号的功率谱密度拟合指向误差信号.然后,对比单一分布模型和混合分布模型与指向误差拟合信号的确定系数R^(2),确定最优分布模型.结果表明:由高斯分布和莱斯分布组成的混合分布模型拟合度最高.以OLYMPUS飞行器为例,高斯-莱斯混合分布模型的拟合度比单一分布模型中的瑞利模型提高27.44%,误比特率偏差降低2.87 dB.

关键词：空间飞行器角微振动指向误差模型单一分布混合分布

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基于波动控制的直升机吊挂鲁棒减摆技术

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1629-1638页

作者：李红宏韩艳铧南京航空航天大学航天学院南京211106

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动... 详细信息

直升机在运输重型货物从平飞到悬停的机动过程中,会产生许多稳定性问题,减小吊挂摆角幅度具有重要意义。基于波动控制的方法为直升机吊挂系统设计一种减摆控制器;采用拉格朗日分析力学法,建立直升机吊挂耦合系统四自由度非线性纵向运动模型,采用小扰动的方法在平衡点处对所建模型进行线性化;在此基础上,基于特征值配置法设计状态反馈控制器;设计波动控制器来减小摆角控制具有良好的动态性能和稳态性能。在仿真中对吊挂载荷质量进行拉偏,证明所设计波动控制器具有较强的鲁棒性,结果表明:所设计波动控制器有效。

关键词：直升机吊挂系统动力学模型状态反馈波动控制减摆控制器

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大展弦比飞行器变形辅助高度控制策略

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1746-1752页

作者：佘挽强刘燕斌陈柏屹南京航空航天大学航天学院南京210016

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控... 详细信息

针对变形飞行器结构/飞行耦合动力学的飞行控制问题,以大展弦比飞行器为研究对象开展了变形辅助高度控制策略研究。采用单元翼多体假设,构建了大展弦比飞行器二面角变形结构,建立了结构/飞行纵向耦合动力学模型,基于线性二次型(LQR)控制器设计方法设计了主动变形(AM)和被动变形(PM) 2种控制策略。其中,被动变形控制策略仅采用升降舵作为控制输入,结构二面角动态行为由耦合动力学驱动;主动变形控制策略以二面角铰链处的扭矩作为额外输入对高度跟踪进行协调控制。仿真分析了2种控制策略下的高度跟踪效果及状态变化,研究结果表明:采用主动变形控制策略可有效改善高度跟踪暂态过程的性能,降低姿态回路的阻尼特性,为未来先进变形飞行器的结构/飞行一体化控制提供研究基础。

关键词：大展弦比机翼飞行动力学高度控制控制系统分析变结构控制

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融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

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振动与冲击 2024年第4期43卷 179-189页

作者：曾舒洪康杰孙嘉宝罗杰南京航空航天大学航天学院南京211106

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集... 详细信息

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density,PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。

关键词：工作模态分析(OMA) 非白噪声激励密集模态功率谱密度(PSD)

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分级旋流燃烧室流动及碳烟排放特性研究

航空动力学报 2024年第6期39卷 168-177页

作者：胡阁李建中张靖周金武南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了探究某分级旋流燃烧室流动及碳烟排放特性,结合试验和数值仿真方法对流动特性进行研究,揭示了主、副模分级旋流燃烧室的流动发展过程。通过大涡模拟(LES)非定常流动计算,结果表明:副模出口附近速度存在着1820 Hz的周期性振荡,而主... 详细信息

为了探究某分级旋流燃烧室流动及碳烟排放特性,结合试验和数值仿真方法对流动特性进行研究,揭示了主、副模分级旋流燃烧室的流动发展过程。通过大涡模拟(LES)非定常流动计算,结果表明:副模出口附近速度存在着1820 Hz的周期性振荡,而主模出口流动未见明显脉动,同时钝体下游存在进动涡核(PVC)结构;对分级旋流燃烧室碳烟排放的数值研究,结果表明:中心回流区附近是碳烟主要生成区域,在贫油燃烧时,随着油气比增大,碳烟浓度显著增大,碳烟浓度随沿程轴向距离增加均呈现先上升后减小趋势,且其峰值对应轴向位置逐渐后移,最终导致燃烧室出口冒烟排放的差异。

关键词：燃烧室分级旋流流场非定常碳烟

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面向巡航任务的自适应循环发动机进/发匹配

航空学报 2024年第2期45卷 104-115页

作者：王一凡陈浩颖张海波南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

进/发匹配是整个推进系统稳定、高效、经济工作的前提。针对自适应循环发动机的进/发匹配问题开展研究,提出利用自适应循环发动机特有的FLADE (Fan on Blade)部件实现亚/超声速巡航任务下的进/发匹配。首先,根据进/发匹配原理,分析了超... 详细信息

进/发匹配是整个推进系统稳定、高效、经济工作的前提。针对自适应循环发动机的进/发匹配问题开展研究,提出利用自适应循环发动机特有的FLADE (Fan on Blade)部件实现亚/超声速巡航任务下的进/发匹配。首先,根据进/发匹配原理,分析了超声速进气道流量特性与FLADE部件的作用,在此基础上发展了超声速进气道/自适应循环发动机一体化数学模型;其次,研究了FLADE导叶开、闭状态下发动机的高度、速度特性,结合战机的亚/超声速巡航任务需求,设计了自适应循环发动机进气道捕获面积以实现进/发匹配;最后,在发动机亚/超声速巡航任务点进行了模拟仿真,结果表明在亚声速巡航点打开FLADE导叶吞入溢流能够使进气道的工作点从亚临界向临界状态移动,推进系统降低10.5%的油耗和1%的安装损失,在超声速巡航点下为同时满足进/发匹配特性及发动机安装推力需求,则需要关闭FLADE导叶提高推进系统的单位推力。

关键词：自适应循环发动机进/发匹配 FLADE 超声速进气道安装性能

基于Bi-GLSTM网络的车辆驾驶意图分析与识别

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机械工程学报 2024年第10期60卷 51-63页

作者：李琳赵万忠王春燕南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

驾驶意图识别能有效提高自车对其他交通参与者的轨迹预测能力,是实现智能车自主决策和规划的基础。然而动态复杂交通环境下周围车辆的交互是实现准确可靠驾驶意图识别亟待解决的挑战之一。为提高在动态复杂交通场景下驾驶意图识别的准确... 详细信息

驾驶意图识别能有效提高自车对其他交通参与者的轨迹预测能力,是实现智能车自主决策和规划的基础。然而动态复杂交通环境下周围车辆的交互是实现准确可靠驾驶意图识别亟待解决的挑战之一。为提高在动态复杂交通场景下驾驶意图识别的准确率,提出基于双向图长短时记忆网络(Bidirectional graph long short term memory,Bi-GLSTM)网络的驾驶意图时序识别模型。首先基于局部加权回归散点平滑法对原始数据集中的位置、速度和加速度进行平滑处理,并联合纵横向运动参数为数据标注驾驶意图;然后建立图注意力神经网络,分析和提取周围车辆与目标车辆之间的交互特征,嵌入注意力机制,分析周围车辆对目标驾驶意图的重要性,增强模型对相关性较大的车辆运动状态关注程度;融合周围车辆交互特征和目标车辆历史运动特征,为提高模型在动态复杂交通环境下的鲁棒性和可靠性,基于双向长短时记忆网络提取特征之间的时序特征;最后在公开数据集HighD上训练并验证模型的有效性,结果表明相比于图神经网络、循环神经网络等模型,识别准确率分别提高了11.33%、55.31%;通过可视化注意力权重,说明所提出的模型也一定程度上解决了可解释性问题。

关键词：驾驶意图辨识智能网联汽车图神经网络

基于反步滑模法的无人驾驶车辆横向稳定性控制

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机械工程学报 2024年第10期60卷 497-506页

作者：林棻郝明彪王天成王骁侠南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

针对无人驾驶车辆在复杂工况下的横向稳定性问题,提出一种基于反步滑模法的横向稳定性分层控制策略。首先,建立准确描述车辆运动的七自由度模型,选用Dugoff轮胎模型来描述轮胎与路面之间的动力学特性;然后,在运动控制层提出一种反步滑... 详细信息

针对无人驾驶车辆在复杂工况下的横向稳定性问题,提出一种基于反步滑模法的横向稳定性分层控制策略。首先,建立准确描述车辆运动的七自由度模型,选用Dugoff轮胎模型来描述轮胎与路面之间的动力学特性;然后,在运动控制层提出一种反步滑模控制算法,分别对纵向速度、侧向速度以及横摆角速度进行单独控制,得到它们在李雅普诺夫稳定条件下的控制率;在力矩分配层基于轮胎负荷率对轮胎的纵向力和侧向力进行重新分配;在执行层基于Dugoff轮胎逆模型和车轮模型计算得到前轮转角和车轮转矩;最后,构建出Matlab/Simulink-Carsim联合仿真平台,并在正弦留驻工况和连续正弦工况下对所提出的横向稳定性分层控制策略进行验证。仿真结果表明提出的控制策略能够有效地对无人驾驶车辆的横摆角速度、质心侧偏角进行控制;并且,相较于纯滑模控制器,反步滑模控制策略下的横摆角速度和质心侧偏角的平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)和方均根误差(Root mean squared error,RMSE)较小,无人驾驶车辆的横向稳定性得到进一步提升。

关键词：无人驾驶车辆横向稳定性反步滑模控制力矩分配

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空天飞行器可调进气系统关键问题研究进展

航空学报 2024年第11期45卷 14-50页

作者：王子运于航张悦谭慧俊金毅李鑫南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

空天飞行器未来在军民诸多领域均能够扮演极其重要的角色,其关键技术之一便是能够在大气层内提供动力的吸气式组合循环发动机。进气道作为吸气式组合循环发动机的关键部件,迫切需要解决几何/气动大范围调节需求、宽域内流的精细化组织... 详细信息

空天飞行器未来在军民诸多领域均能够扮演极其重要的角色,其关键技术之一便是能够在大气层内提供动力的吸气式组合循环发动机。进气道作为吸气式组合循环发动机的关键部件,迫切需要解决几何/气动大范围调节需求、宽域内流的精细化组织和预测需求以及发动机多模态间的平稳转换需求。为回应上述3大需求,可调进气系统需要在定几何/变几何调节技术、激波主导流动机理及控制技术、模态转换中流场动态演化特性这3个方面加深研究。就研究现状而言,转动是二元进气道的主要调节方式;平动是轴对称进气道的主要调节实现方式;变形调节对于二元和轴对称可调进气道均具有重要的补充和辅助价值。国内外研究人员对于激波/边界层干扰机理、进气道喘振机理、不起动/再起动迟滞机理等均建立了较为深刻的认识,在不起动/再起动边界的建模与预测方面也取得了相当大的进展,边界层放气依然是对激波主导流动中各种不利现象的有效控制措施。在模态转化方面,外并联组合进气道流道间的耦合干扰较弱,内并联组合进气道则表现出较为明显的流道间耦合干扰。未来,还应重点发展高效轻质的进气道调节技术,努力建立面向宽域可调进气道的快速设计体系,加强模态转换过程中进气道复杂内流机理研究,并积极与发动机控制学科交叉,突破智能化进气道调控技术,支撑我国空天飞行器的研制迈上新的台阶。

关键词：空天飞行器可调进气系统宽范围调节流动控制模态转换