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机场航班时刻资源管理研究进展

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1065-1076页

作者：王艳军水笑雨王梦尹南京航空航天大学民航学院南京211106

繁忙机场都会面临严重的交通拥堵和航班延误问题。解决该问题的一个有效手段是对机场航班时刻资源进行优化管理。全面介绍了航班时刻资源管理相关的研究进展,系统回顾了机场公布容量设置、机场航班时刻配置的主要方法和手段。从公布容... 详细信息

繁忙机场都会面临严重的交通拥堵和航班延误问题。解决该问题的一个有效手段是对机场航班时刻资源进行优化管理。全面介绍了航班时刻资源管理相关的研究进展,系统回顾了机场公布容量设置、机场航班时刻配置的主要方法和手段。从公布容量确定、单机场、机场网络层面和机场群航班时刻配置及航班时刻配置技术复杂性等方面,得出机场航班时刻资源优化配置的关键技术问题。展望了机场航班时刻资源管理的主要方向,并对下一步研究提出建议。

关键词：机场容量时刻分配容量需求管理战略流量管理资源优化

仿生爬壁机器人:研究基础、关键技术及发展预测

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科学通报 2024年第17期69卷 2380-2400页

作者：裴香丽刘书豪师瑞卓魏安民吴志伟戴振东南京航空航天大学机电学院仿生结构与材料防护研究所南京210016

爬壁机器人是移动机器人的重要分支,能代替人工在高危、狭小、恶劣等环境工作.研制仿生爬壁机器人从筛选具有优异攀爬能力的动物,研究其运动行为、机体结构、附着能力、感知控制的规律入手,凝练爬壁机器人设计准则,发展灵活、轻质、微... 详细信息

爬壁机器人是移动机器人的重要分支,能代替人工在高危、狭小、恶劣等环境工作.研制仿生爬壁机器人从筛选具有优异攀爬能力的动物,研究其运动行为、机体结构、附着能力、感知控制的规律入手,凝练爬壁机器人设计准则,发展灵活、轻质、微型、适应性广的移动机器人,为航空、航天、救援等提供必要的装备.这类研究受到基础科学、工程技术和产业应用等领域专家的广泛关注.本文梳理仿生爬壁机器人研究的现状,总结典型攀爬动物的运动行为、附着机制,归纳爬壁机器人的附着方式、移动机构和运动控制等方面的关键技术,分析仿生爬壁机器人附着和移动方式的特点,给出已有爬壁机器人的仿生度,并展望仿生爬壁机器人的核心问题和发展趋势,为未来仿生爬壁机器人的发展提供参考意见.

关键词：仿生爬壁机器人仿生附着机理移动方式控制方法

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组合式仿枫树子飞行器与空中分体技术

航空学报 2024年第6期45卷 74-89页

作者：童晟翔史志伟耿玺王力爽孙志坤陈其昌南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶... 详细信息

仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶素-动量理论完成了单体飞行器和组合体飞行器的气动建模,分析发现组合体飞行器的飞行效率相比单体飞行器提升了13.3%;完成了飞行器动力学建模和外环控制律设计,并通过六自由度飞行仿真对飞行器的典型飞行状态、空中分体过程进行了研究,结果表明飞行器具备可控飞行和空中稳定分体的能力;在实际飞行试验中,成功实现了三机组合体的空中分体。组合式设计与空中分体技术,使飞行器具备了高飞行效率和无人机集群的双重优势。

关键词：可分体飞行器气动构型飞行仿真气动建模飞行试验

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挠性航天器姿态动力学数据驱动辨识与控制

力学学报 2024年第2期56卷 433-445页

作者：陈竑宇陈提南京航空航天大学航空学院南京210016

挠性航天器的姿态机动与其挠性部件的振动存在强耦合,这导致系统表现出明显的非线性特征,其动力学行为的描述与控制是非常具有挑战的问题.为了处理挠性航天器建模与姿态控制中的非线性问题,针对挠性航天器的姿态控制问题提出了一种基于K... 详细信息

挠性航天器的姿态机动与其挠性部件的振动存在强耦合,这导致系统表现出明显的非线性特征,其动力学行为的描述与控制是非常具有挑战的问题.为了处理挠性航天器建模与姿态控制中的非线性问题,针对挠性航天器的姿态控制问题提出了一种基于Koopman算子理论的数据驱动建模方法,并基于数据驱动辨识得到的模型设计了最优控制器,实现对挠性航天器的姿态控制和振动抑制.首先,提出了一种基于Koopman算子理论和非线性系统稀疏性辨识算法(SINDY)的SO(3)上挠性航天器姿态动力学数据驱动辨识方法,根据SO(3)上挠性航天器姿态的动力学特点,设计了一组包含姿态动力学状态的观测函数,用于提升空间上挠性航天器姿态动力学的广义线性模型稀疏性辨识.然后,在小角速度假设下进行全局线性化,通过去除广义线性模型中的高阶项来得到挠性航天器姿态动力学的有限维Koopman稀疏模型,并通过仿真验证了广义线性SINDY模型与Koopman线性化模型的预测能力.最后,以数据辨识得到的线性化模型为基础,提出了基于Koopman算子的最优线性二次型调节器(LQR)用于挠性航天器的姿态控制与振动抑制.通过仿真验证了所提出控制器的效果,并将所提出的控制器与经典非线性最优控制方法进行对比,证明了所提出算法的优势.

关键词：挠性航天器 SO(3) Koopman算子数据驱动 SINDY LQR

展开式变体垂直起降飞行器气动布局与控制策略设计及飞行验证

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航空学报 2024年第6期45卷 149-166页

作者：陈其昌史志伟张维源姚灵珑童晟翔南京航空航天大学航空学院南京210016

垂直起降飞行器具有固定翼飞行器飞行航程远、飞行速度快的性能优势,又同旋翼飞行器一样机动灵活,具有垂直起降的功能,近年来成为飞行器研究领域的研究热点之一。尤其是尾座式垂直起降飞行器由于其结构简单、重量利用率高等优点,受到了... 详细信息

垂直起降飞行器具有固定翼飞行器飞行航程远、飞行速度快的性能优势,又同旋翼飞行器一样机动灵活,具有垂直起降的功能,近年来成为飞行器研究领域的研究热点之一。尤其是尾座式垂直起降飞行器由于其结构简单、重量利用率高等优点,受到了较多关注。本文提出了一种机翼可展开的尾座式变体垂直起降飞行器总体布局方案,为该布局设计了一种具有自锁功能的机翼变体驱动机构。利用风洞测力实验对飞行器固定翼巡航模态、四旋翼悬停模态及变体过渡过程的气动力进行研究,给出了飞行器在固定翼巡航模态下的配平能力与飞行性能,及前倾加速及变体过渡过程中的气动特性。并提出了一种升降副翼-旋翼协调航向增强控制策略,有效提升飞行器悬停模态的航向控制力矩。通过对飞行器变体转换过程的受力情况研究,为该构型飞行器设计了一种基于空速与俯仰姿态角的变体过渡控制策略。对该构型飞行器进行了飞行试验验证,结果表明飞行器在四旋翼悬停和固定翼巡航模态下表现出良好的操纵性和抗风能力,成功实现了平稳的无高度损失模态转换,验证了控制策略的有效性。

关键词：变体机翼展开尾座式垂直起降风洞实验控制策略飞行验证

基于双向长短时记忆与混合奖励函数的多无人车协同围捕控制

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中国科学：技术科学 2024年第9期54卷 1665-1675页

作者：顾健王寅苏牧青孔小平段可香余萌南京航空航天大学航天学院南京211106

针对未知、不确定环境下多无人车协同围捕问题,本文提出了一种基于双向长短时记忆与混合奖励函数(BM-MADDPG)的多智能体协同围捕决策算法解决无人车围捕策略生成与协同控制问题.首先,通过双向长短时记忆(bidirectional long short-term ... 详细信息

针对未知、不确定环境下多无人车协同围捕问题,本文提出了一种基于双向长短时记忆与混合奖励函数(BM-MADDPG)的多智能体协同围捕决策算法解决无人车围捕策略生成与协同控制问题.首先,通过双向长短时记忆(bidirectional long short-term memory,Bi-LSTM)网络捕捉状态和动作序列间时序信息特征,评估当前状态采取不同动作的长期效果,解决协作围捕信息数据利用率低的问题.针对无人车围捕任务场景中奖励稀疏、反馈延时而导致的学习效率低的问题,提出了一种稀疏奖励与密集奖励相结合的混合奖励函数(mixed reward function),引导围捕者探索,提高多无人车间的协作能力.仿真和实验表明,在多无人车协作围捕场景中,所提出的BMMADDPG算法相较于MADDPG的围捕成功率提高了4.5%,有效提高多无人车协作围捕能力与学习训练效率.

关键词：多无人车 BM-MADDPG 围捕策略 Bi-LSTM 混合奖励函数

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皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法

生物化学与生物物理进展 2024年第5期51卷 1161-1173页

作者：彭俊文胡松佩洪志扬王莉莉刘凯姚佳烽南京航空航天大学机电学院南京210016

目的随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛... 详细信息

目的随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法。方法首先,建立四层皮肤模型,采用数值分析方法研究角质层对BIS测量的阻碍作用。其次,使用去除角质层的皮肤模型研究混有不同半径和浸润深度的皮肤肿瘤组织电学特性。最后,使用凝胶处理后的猪皮组织实验验证肿瘤浸润深度(h)的影响。结果角质层仿真结果表明,去除角质层的皮肤对激励信号的响应更明显。皮肤肿瘤模型仿真表明,当肿瘤半径(R_(tumor))及h>1.5 mm时能够区分肿瘤组织与正常组织。同时根据实验结果中正常组织与肿瘤组织虚部弛豫阻抗(Z_(imag-relax))定义了组织病变度(ε_(worse),为肿瘤组织虚部阻抗相对于正常组织虚部阻抗变化的百分比),并绘制了肿瘤组织浸润深度(Depth)与Z_(imag-relax)的拟合曲线。当ε_(worse)=0.4920时,BIS即可识别微浸润肿瘤组织,且拟合曲线修正决定系数为0.9468,拟合效果良好。结论基于BIS技术的方法具有实时、便捷、无创的优点,有望应用于皮肤肿瘤的检测。

关键词：皮肤癌检测无创/实时肿瘤早筛应用生物阻抗谱

基于ISVM-DS的红外多传感器融合识别方法

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系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1555-1560页

作者：吴钇达王彩云王佳宁李晓飞南京航空航天大学航天学院南京江苏210016 北京电子工程总体研究所北京100854

弹道中段目标为一个目标群,包括弹头、诱饵、碎片等,并且由于距离传感器较远,红外成像为点目标,可用信息较少,因此单一的红外传感器往往难以满足识别要求,需要融合多个传感器进行识别。针对红外多传感器的融合识别问题,本文提出了基于... 详细信息

弹道中段目标为一个目标群,包括弹头、诱饵、碎片等,并且由于距离传感器较远,红外成像为点目标,可用信息较少,因此单一的红外传感器往往难以满足识别要求,需要融合多个传感器进行识别。针对红外多传感器的融合识别问题,本文提出了基于增量支持向量机和D-S(increment support vector machine-Dempster-Shafer,ISVM-DS)证据理论的融合识别方法。首先,训练多个波段传感器红外特征的支持向量数据描述(support vector data description,SVDD)模型,生成壳向量并训练其ISVM模型;接着,采用ISVM模型的后验概率生成基本概率赋值(basic probability assignment,BPA);最后,利用D-S证据理论对多个证据的BPA进行融合,输出分类结果。实验结果表明,该方法能有效提高目标识别的准确性。

关键词：弹道目标识别多传感器融合 Dempster-Shafer证据理论支持向量机

激光熔化沉积TiC/TC4复合材料热-流行为及陶瓷颗粒分布状态

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焊接学报 2024年第5期45卷 74-83页

作者：蔡绪康王磊磊杨兴运占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106 南京航空航天大学深圳研究院深圳518000

颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景,采用仿真与试验相结合的方法,对激光熔化沉积TiC/TC4复合材料过程中的热-流行为和沉积层中陶瓷颗粒的分布状态进行了研究.结果表明,工艺参数对熔池的热-流行为及沉积层形貌具... 详细信息

颗粒增强钛基复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景,采用仿真与试验相结合的方法,对激光熔化沉积TiC/TC4复合材料过程中的热-流行为和沉积层中陶瓷颗粒的分布状态进行了研究.结果表明,工艺参数对熔池的热-流行为及沉积层形貌具有显著的影响,熔池表面的流体流动呈波纹状,熔融金属从熔池中心向四周流动;熔池底部等温面上熔融金属从四周流向熔池底部,并出现漩涡现象.在激光熔化沉积过程中,TiC颗粒穿透熔池表面的Marangoni对流区,在熔池中与流体交互作用,最终在沉积层中出现沉积层中上方部位团聚、沉积层中下方部位团聚、沉积层中均匀分布等分布状态.

关键词：激光熔化沉积 TC4钛合金复合材料热-流行为颗粒分布