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基于EMSDBO算法的无人机三维航迹规划

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1756-1766页

作者：隋东杨振宇丁松滨周婷婷南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)三维航迹规划问题,提出一种增强型多策略蜣螂算法的UAV航迹规划方法。首先,将飞行接近率和响应时间的动态约束添加到威胁成本代价中,并考虑UAV转弯性能的影响,建立三维任务空间模型与航迹代价... 详细信息

针对无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)三维航迹规划问题,提出一种增强型多策略蜣螂算法的UAV航迹规划方法。首先,将飞行接近率和响应时间的动态约束添加到威胁成本代价中,并考虑UAV转弯性能的影响,建立三维任务空间模型与航迹代价函数。其次,在蜣螂算法中引入偏移估计策略、变螺旋搜索策略、准反向学习策略和逐维变异策略,提高算法的全局寻优能力和收敛速度。最后,给出了改进算法在三维环境下航迹规划的仿真结果。结果表明:综合考虑UAV机动性能和转弯性能,规划出的路径可以更加安全有效地避开危险源。相比其他算法,改进算法的寻优能力更好,规划的航迹质量更优。

关键词：无人机路径规划飞行接近率蜣螂优化算法

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面向复杂多任务的异构无人机集群分组调配

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 972-981页

作者：高程都延丽步雨浓刘燕斌王宇飞南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 北京机电工程研究所北京100854

针对复杂多任务下的异构无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)集群分组调配问题,提出一种基于改进K均值和延迟接受(deferred-acceptance,DA)算法的先聚类后匹配方法。在任务聚类分组环节,通过离群点检测和固定初始聚类中心的方法来提高K... 详细信息

针对复杂多任务下的异构无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)集群分组调配问题,提出一种基于改进K均值和延迟接受(deferred-acceptance,DA)算法的先聚类后匹配方法。在任务聚类分组环节,通过离群点检测和固定初始聚类中心的方法来提高K-means聚类的精度,并设计余量裕度下的分组均衡性调整策略,在最优性的前提下提高分组的均衡性。在集群匹配分组环节,改进了DA算法,通过任务倾向的偏好列表快速生成预中选方案,并设计两阶段冲突消除来保证匹配的稳定性和收敛性。仿真实验表明,所提方法能够快速有效地解决复杂多任务下的UAV集群分组调配问题,具备良好的最优性和时效性。

关键词：异构无人机集群分组调配聚类延迟接受算法稳定匹配

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镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

中国机械工程 2024年第1期35卷 67-73,82页

作者：崔海涛钱春华南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200~450℃及400~650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模... 详细信息

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200~450℃及400~650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模型参数;采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估,结果表明,提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。

关键词：镍基高温合金热机械疲劳(TMF) 损伤应变能寿命预测

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双组元离心喷嘴液膜吸合特性数值模拟

航空动力学报 2024年第3期39卷 224-230页

作者：吴佳蔓刘勇张祥南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为研究双组元离心喷嘴液膜的吸合特性,采用流体体积法(VOF)耦合Level Set方法对不同工况下双组元离心喷嘴进行数值计算,分析了喷嘴的流动特性,揭示了内外喷嘴锥形液膜之间的相互影响规律。研究结果表明:当外喷嘴的进出口压差大于1.6 MP... 详细信息

为研究双组元离心喷嘴液膜的吸合特性,采用流体体积法(VOF)耦合Level Set方法对不同工况下双组元离心喷嘴进行数值计算,分析了喷嘴的流动特性,揭示了内外喷嘴锥形液膜之间的相互影响规律。研究结果表明:当外喷嘴的进出口压差大于1.6 MPa时出现吸合现象,过程表现为内外液膜逐渐重叠、相互吸合;吸合后喷嘴出口下游液雾速度相对减小;推力室室压的增加导致吸合时机缩短,而压差对吸合时机的影响相对较小,随着压差的增加其规律表现为先减小后增加。

关键词：双组元离心喷嘴吸合特性吸合时机 CLSVOF方法两相流

基于纳米划痕的熔石英玻璃去除机制与亚表面裂纹研究

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表面技术 2024年第16期53卷 151-158页

作者：郭佳乐伊浩朱力敏孙玉利左敦稳南京航空航天大学机电学院南京210016 上海航天控制技术研究所上海201109

目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌... 详细信息

目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌,分析材料去除机制;采用逐层截面显微法对划痕截面的亚表面裂纹形貌进行观测,研究动态载荷下工件亚表面裂纹的形成与扩展机理。结果当动态载荷小于118mN时,材料发生塑性变形,亚表面未产生裂纹;当动态载荷大于118mN且小于245mN时,材料处于塑脆转变阶段,亚表面裂纹以动态载荷加载点为起点,向试样内部扩展形成赫兹锥形裂纹并伴有横向裂纹的存在;当动态载荷超过245mN时,材料进入完全脆性断裂阶段,亚表面裂纹不断扩展至表面导致材料破碎。结论随着动态载荷的不断增大,熔石英玻璃的材料去除经历了弹塑性变形、塑脆转变、脆性断裂3个阶段;亚表面裂纹受到动态载荷的影响,裂纹从载荷加载点形成,并沿着应力最大方向不断扩展,导致材料表面发生脆性断裂;熔石英玻璃的临界切深与其动态弹性模量成正比,与其流动应力成反比,动态冲击载荷使熔石英玻璃的临界切削深度下降,亚表面裂纹更易扩展,材料去除更快进入塑脆转变阶段。

关键词：熔石英玻璃材料去除划痕轮廓亚表面裂纹动态载荷断裂机制

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共线平动点中心流形上的轨道转移问题

空间科学学报 2024年第3期44卷 556-569页

作者：杨富涛张汉清南京航空航天大学航天学院南京211106

圆形限制性三体问题共线平动点附近的平动点轨道由于其独特的动力学特性,在深空探测任务中有着重要价值,这些轨道间的轨道转移问题值得进行系统性研究.针对平动点轨道的计算与延拓,提出了一种基于数值的系统性计算平动点轨道的方法以及... 详细信息

圆形限制性三体问题共线平动点附近的平动点轨道由于其独特的动力学特性,在深空探测任务中有着重要价值,这些轨道间的轨道转移问题值得进行系统性研究.针对平动点轨道的计算与延拓,提出了一种基于数值的系统性计算平动点轨道的方法以及状态伴随法的轨道稳定维持策略.在此基础上,通过对大量平动点轨道不变流形以及平动点相空间中心流形的研究,设计了一套通过脉冲机动实现平动点轨道间轨道转移的系统性解决方案.该方法充分利用平动点动力学特性,在仿真验证中证实了方案的有效性,为平动点轨道转移研究提供了新的思路.

关键词：圆形限制性三体问题平动点轨道轨道转移庞加莱截面

大口径空间光学望远镜桁架结构关键技术研究进展

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南京航空航天大学学报 2024年第1期56卷 31-43页

作者：郭崇岭陈佳夷陈传志陈金宝北京空间机电研究所北京100094 南京航空航天大学航天学院南京211106

近年来大口径空间光学望远镜以高像质、宽波段、大幅宽等特点,在开展空间科学探索、精细化对地观测等方面越来越重要。大口径望远镜的主承力结构、大型光学组件的支撑结构往往采用桁架结构,本文围绕实现桁架结构的超轻、超稳特性,从构... 详细信息

近年来大口径空间光学望远镜以高像质、宽波段、大幅宽等特点,在开展空间科学探索、精细化对地观测等方面越来越重要。大口径望远镜的主承力结构、大型光学组件的支撑结构往往采用桁架结构,本文围绕实现桁架结构的超轻、超稳特性,从构型优化设计、新型材料、先进制造工艺、精确测量标定方法等方面,系统性梳理了其理论基础、研究方法、应用现状等,并探讨了空间桁架结构技术的发展趋势。

关键词：空间光学望远镜桁架结构热稳定性尺寸稳定性

基于多目标蚁狮优化算法的月球InSAR卫星编队构型设计

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系统工程与电子技术 2024年第9期46卷 3128-3138页

作者：舒睿贾庆贤于丹杜耀珂南京航空航天大学航天学院江苏南京210016 上海航天控制技术研究所上海200233

本文研究了月球干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)卫星编队构型设计问题。首先,建立了基于相对偏心率/相对倾角(eccentricity/inclination,E/I)矢量的月球InSAR卫星相对动力学模型。然后,研究了月球轨... 详细信息

本文研究了月球干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)卫星编队构型设计问题。首先,建立了基于相对偏心率/相对倾角(eccentricity/inclination,E/I)矢量的月球InSAR卫星相对动力学模型。然后,研究了月球轨道摄动环境下的编队飞行长期稳定飞行条件。进一步,以相对测高精度和模糊高度为优化指标,同时考虑星间安全性,给出了月球InSAR卫星编队构型优化的目标函数。针对现有的研究方法难以解决构型设计的多目标问题,应用改进多目标蚁狮优化算法实现了月球InSAR卫星编队构型设计。仿真结果表明,其在基线使用率方面更优,从而验证了所提算法的适应性和有效性。

关键词：月球InSAR卫星编队构型设计蚁狮优化算法

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基于空间对抗的多智能体编队控制方法

系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2082-2091页

作者：张杰刘开蓉陈金宝张迎雪陈传志余虹志张云啸南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 上海航天控制技术研究所上海201109

针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的... 详细信息

针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的效用,设计一种基于应力矩阵和领导跟随策略的24机编队立体构型,通过灵活地仿射变换队形,提高MAS编队空间对抗效率。其次,基于一致性理论、滑模理论和鲁棒性控制,利用时变编队应力矩阵,设计了一种鲁棒一致性跟踪控制器,以在外部未知扰动条件下,确保MAS时变编队在机动与仿射变换时跟随者对领导者的精确协同跟踪。然后,通过构造Lyapunov函数证明了外界未知扰动下3维MAS时变编队连续机动和队形变换的稳定性。最后,通过仿真实验验证了所提出的控制器能够使时变编队在机动和队形变换过程中实现精确协同跟踪。

关键词：多智能体系统空间对抗编队队形控制应力矩阵