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满足多维功能需求的通用机场区域布局研究

地球信息科学学报 2024年第5期26卷 1296-1314页

作者：姜雨刘猛猛李智超薛清文戴垚宇南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京211106

目前通用机场建设是我国通航产业发展的重点,合理的通用机场布局是后续通航产业发展的基础,因此本文构建多维需求分析-布局选址-功能定位研究框架,为区域通用机场布局规划提供科学性方法。本文首先构建通用机场运输需求及非运输需求影... 详细信息

目前通用机场建设是我国通航产业发展的重点,合理的通用机场布局是后续通航产业发展的基础,因此本文构建多维需求分析-布局选址-功能定位研究框架,为区域通用机场布局规划提供科学性方法。本文首先构建通用机场运输需求及非运输需求影响指标体系,采用组合赋权法获得通用机场区域运输需求及非运输需求分布;其次改进多边形支配点集法为通用机场多维功能需求最大覆盖问题提供候选设施区位,以最大化多维功能需求覆盖和改善机场可达性为目标构建通用机场布局规划模型,设计NSGA-Ⅲ算法进行求解;最后提出基于k-means聚类的通用机场功能定位方法,实现通用机场差异化功能定位。以某地区为实例,实验结果显示,在近期规划中当通用机场数量增加29个,区域运输需求覆盖率达58.78%,非运输需求覆盖率达66.17%;在远期规划中,当通用机场数量增加64个,运输需求覆盖率达89.20%,非运输需求覆盖率达97.57%,基本覆盖通用机场多维功能需求。在近期和远期规划中,该地区通用机场1 h通勤区域占比由目前28.73%分别提升至60.63%和78.35%。本文根据远期布局方案确定通用机场等级及功能,使得机场功能定位与多维功能需求分布相适应,为通用机场的规划和建设提供理论依据。

关键词：航空运输机场布局优化多维功能需求多边形支配点集法连续设施选址最大覆盖模型 NSGA-Ⅲ算法功能定位

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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

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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典型及衍生激波针构型的减阻降热流动特性

航空动力学报 2024年第4期39卷 52-64页

作者：何坤袁化成南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

为探索激波针对超声速钝头飞行器进行减阻降热时的更优衍生构型,采用数值模拟方法对3种典型单扰流物构型、6种双扰流物构型、两类多扰流物构型和钝锥型激波针的流动特性进行了研究,认为加装激波针后的几何本质相当于“镂空式”的锥型钝... 详细信息

为探索激波针对超声速钝头飞行器进行减阻降热时的更优衍生构型,采用数值模拟方法对3种典型单扰流物构型、6种双扰流物构型、两类多扰流物构型和钝锥型激波针的流动特性进行了研究,认为加装激波针后的几何本质相当于“镂空式”的锥型钝头体。模拟结果显示:激波针头部扰流物相对直径较大时,减阻率随激波针相对长度的变化曲线没有明显的峰值点,而是存在一个变动幅度很小的峰值段,且相对直径在0.3~0.4左右时减阻效果最佳;典型激波针的最大减阻率约为50%,采用双扰流物构型时略有提升;中部增加多个扰流物时减阻率随扰流物数量增多而增大,最大减阻率超过60%,但气动加热问题较严重。相比而言,钝锥型激波针减阻降温的综合性能最好,最大减阻率可达60%左右,降温率约为7%。

关键词：激波针衍生构型超声速减阻降热流动特性

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阵列数字阀控电液压力伺服系统混合编码控制

机械工程学报 2024年第4期60卷 143-154页

作者：高强李林飞朱玉川南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学无锡研究院无锡214000 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013

针对变转速直升机摩擦离合传动对高可靠电液压力伺服控制技术的需求,基于A型半桥液阻回路和并联数字液压技术提出一种阵列数字阀控电液压力伺服结构。在深入分析系统工作原理基础上,建立其数学模型,揭示等值编码型阵列数字阀输出流量特... 详细信息

针对变转速直升机摩擦离合传动对高可靠电液压力伺服控制技术的需求,基于A型半桥液阻回路和并联数字液压技术提出一种阵列数字阀控电液压力伺服结构。在深入分析系统工作原理基础上,建立其数学模型,揭示等值编码型阵列数字阀输出流量特性。为进一步提高数字阀压力控制精度和使用寿命,提出一种融合非线性脉冲数量调制(Pulse number modulation,PNM)编码、非对称差动脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)、信号缓冲分配以及信号循环分配技术的混合编码控制策略。试验结果表明,当采用混合编码控制策略后,在跟踪恒定压力时的最大和平均误差相较于PNM编码控制器分别减少47.6%和87.9%,并且切换次数标准差相较于差动PWM控制器从31.6降至为2.5。因此所提出的混合编码控制策略可有效兼顾压力控制的高精度,以及阵列数字阀切换次数分布均匀性。

关键词：阵列数字阀压力伺服阀 PNM编码差动PWM 混合编码控制

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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

基于自适应EKF的空天飞行器再入段大气参数估计方法

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中国惯性技术学报 2024年第4期32卷 379-386,405页

作者：李荣冰王宇程鉴皓阚梦怡南京航空航天大学导航研究中心南京211106

针对空天飞行器再入段计算虚拟大气参数时,风速状态系统噪声和导航系统量测噪声具有时变特性导致滤波精度下降问题,提出一种基于自适应EKF的大气参数估计方法。首先,基于气动模型下的动力学方程组,建立风速和大气参数估计模型;其次采用S... 详细信息

针对空天飞行器再入段计算虚拟大气参数时,风速状态系统噪声和导航系统量测噪声具有时变特性导致滤波精度下降问题,提出一种基于自适应EKF的大气参数估计方法。首先,基于气动模型下的动力学方程组,建立风速和大气参数估计模型;其次采用Sage-Husa自适应滤波方法对风速状态系统噪声和导航量测噪声进行自适应调整,并且针对可能存在的滤波发散问题,引入滤波发散判据,调整滤波过程参数,提高了滤波稳定性。最后进行了仿真验证,仿真结果表明,所提出的自适应EKF滤波方法具有较好的风速和大气参数估计精度和收敛稳定性,其中在风向、真空速和侧滑角估计精度上较EKF和传统Sage-Husa滤波算法均提高了20%以上。

关键词：空天飞行器虚拟大气参数 Sage-Husa自适应滤波扩展卡尔曼滤波

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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

纤维增强树脂基复合材料筋/拉索数值模拟研究综述

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1653-1671页

作者：朱江涛赵杏南京航空航天大学民航学院南京210016

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体组合而成的一种材料,在各种领域中拥有广泛的应用。利用数值模拟方法可以更加简单、精确地预测FRP筋/拉索性能,从而加快设计效率、减少试验工作量,因此大量学者针对FRP筋/拉索进行了数值模拟研究。本文主要介绍了单向纤维增强聚合物复合材料的模拟控制因素和需求,在微观、细观和宏观尺度下研究FRP的理论模型和分析方法,提出了在不同尺度下对FRP筋/拉索进行数值模拟的不足之处及数值模拟在微观、细观和宏观层面中的应用。重点论述了不同尺度数值模拟方法在FRP筋/拉索中的应用和最新多尺度数值研究进展及FRP筋/拉索在锚固区的数值模拟方法及现状,最后简要阐述了FRP筋/拉索数值模拟在未来可能的研究发展方向。为建立精细化FRP筋/拉索损伤和性能预测模型发展提供参考。

关键词： FRP结构数值模拟多尺度分析有限元法耐久性