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具有防撞安全约束的无人机集群智能协同控制

航空学报 2024年第5期45卷 398-408页

作者：蔡云鹏周大鹏丁江川航空工业沈阳飞机设计研究所沈阳110035

针对无人机(UAV)集群协同控制问题,本文提出了一种结合深度强化学习(DRL)与防撞策略的无人机集群智能协同控制方法。首先,对研究的无人机集群控制问题进行了整体描述并建立了无人机的运动模型。其次,在深度强化学习架构下建立了无人机... 详细信息

针对无人机(UAV)集群协同控制问题,本文提出了一种结合深度强化学习(DRL)与防撞策略的无人机集群智能协同控制方法。首先,对研究的无人机集群控制问题进行了整体描述并建立了无人机的运动模型。其次,在深度强化学习架构下建立了无人机集群控制策略的训练机制,通过分析无人机的观测空间与动作空间,设计了无人机集群控制策略的网络结构,并且以无人机集群的安全性与紧密一致性为主要目标设计了奖励函数。为了解决深度强化学习方法缺乏安全保障的问题,同时设计了无人机集群的防撞策略,可根据无人机之间以及无人机与威胁区之间的相对运动状态计算防撞指令,避免无人机发生碰撞。仿真结果表明,提出的结合防撞策略的无人机集群协同控制方法可有效避免无人机之间发生碰撞的风险,保障无人机集群的安全性,并且可使得无人机集群更加紧密。

关键词：无人机集群协同控制深度强化学习防撞策略安全约束

典型钛合金壁板高温环境下振动疲劳分析与试验研究

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应用力学学报 2024年第1期41卷 36-41页

作者：梁元吕锦锋刘江华王斌王纯航空工业第一飞机设计研究院西安710089 中国飞机强度研究所西安710065

振动和高温一直是影响飞机结构安全的重要因素,受到振动载荷和高温环境联合作用的飞机结构更容易出现疲劳破坏。本研究中的典型钛合金壁板结构形式包括加筋壁板和蜂窝壁板,通过改变壁板厚度、加筋间距以及结构连接方式,使用分析和试验... 详细信息

振动和高温一直是影响飞机结构安全的重要因素,受到振动载荷和高温环境联合作用的飞机结构更容易出现疲劳破坏。本研究中的典型钛合金壁板结构形式包括加筋壁板和蜂窝壁板,通过改变壁板厚度、加筋间距以及结构连接方式,使用分析和试验的手段对壁板的振动特性、振动疲劳寿命及破坏部位开展规律性研究。研究发现,加筋壁板破坏部位出现在加筋或连接角片上,蜂窝壁板在8 h试验时间内未出现破坏,壁板厚度、加筋间距以及结构连接形式对壁板振动疲劳寿命影响较小。

关键词：钛合金壁板振动疲劳高温环境加筋壁板蜂窝

基于气候实验室的民机整机发动机低温启动实验

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航空动力学报 2024年第2期39卷 235-247页

作者：马建军吴敬涛杜文辉王嘉玺都亚鹏中国航空工业集团有限公司中国飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点实验室西安710065

为解决在密闭大型气候实验室极端低温环境下,进行民机整机发动机低温启动实验带来的强扰动和安全性问题,基于实验室现有能力条件,从发动机尾气排放和极端低温空气补偿两方面开展了民机整机发动机低温启动实验技术研究。对于发动机尾气排... 详细信息

为解决在密闭大型气候实验室极端低温环境下,进行民机整机发动机低温启动实验带来的强扰动和安全性问题,基于实验室现有能力条件,从发动机尾气排放和极端低温空气补偿两方面开展了民机整机发动机低温启动实验技术研究。对于发动机尾气排放,提出了针对大涵道比涡扇发动机的尾气“分割排放”概念和排放质量流量预估方法,降低了从实验室排放的低温空气质量流量。对于空气补偿,采用液氮作为冷源将实验室外常温空气冷却至极端-50℃低温并持续补充进实验室,补偿排放损失、维持实验室内低温环境稳定和室内外压力平衡,保障实验安全。基于该项技术,在国内首次成功实施了民机整机-40℃发动机低温启动适航符合性实验,实验结果表明:飞机低温冷浸时间10 h,实验全过程室内温度波动在±3℃以内;与常温下相比发动机启动功能和性能无明显衰减。该项实验的成功为其他民机在实验室内开展发动机低温启动实验和相关适航标准规范的制定提供了实践依据和技术储备。

关键词：气候实验室民机整机冷浸透大涵道比涡扇发动机低温启动

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基于等效FE-BEM法的层合板隔声性能

航空动力学报 2024年第2期39卷 9-16页

作者：彭涛侯峰邹学锋戚志民韩啸中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 中国飞机强度研究所陕西省飞行器振动冲击与噪声重点实验室西安710065

以对称层合板结构为对象,基于经典层合板理论,将其等效为单层各项异性板,采用FE-BEM法(hybrid finite element-boundary element method)分析了其在宽频噪声激励作用下的隔声特性。为验证等效方法的适用性,开展对称复合材料层合板模态... 详细信息

以对称层合板结构为对象,基于经典层合板理论,将其等效为单层各项异性板,采用FE-BEM法(hybrid finite element-boundary element method)分析了其在宽频噪声激励作用下的隔声特性。为验证等效方法的适用性,开展对称复合材料层合板模态测试和数值分析;为验证预估结论的正确性,将FE-BEM法结果与FE-SEA法(hybrid finite element-statistic energy analysis)结果、试验结果分别进行对比。结果表明:将等效方法用于对称层合板固有特性模拟是正确的,等效层合板的固有特性的仿真结果与试验值一致,误差在6.9%以内;等效方法和FE-BEM法结合进行对称层合板隔声预计是有效的,FE-BEM法预计结果与试验结果吻合良好;等效方法和FE-SEA法结合进行对称层合板隔声预计也是有效的,FE-BEM法比FE-SEA法所建模型计算耗时长,算例中计算耗时增大4.4%。

关键词： FE-BEM 隔声特性复合材料宽频激励层合板

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全机疲劳试验几个问题的探讨

航空工程进展 2024年

作者：张立新航空工业成都飞机设计研究所强度部

全机疲劳试验是规范要求的保障飞机结构完整性以及满足适航要求的大型、复杂以及持续时间长的地面验证试验。全机疲劳试验的几个重要问题，例如试验目的、载荷谱、持续时间和分散系数等，是飞机设计师/工程师非常关注和充分讨论的问题... 详细信息

全机疲劳试验是规范要求的保障飞机结构完整性以及满足适航要求的大型、复杂以及持续时间长的地面验证试验。全机疲劳试验的几个重要问题，例如试验目的、载荷谱、持续时间和分散系数等，是飞机设计师/工程师非常关注和充分讨论的问题，其中的分散系数也是学者们研究较多的问题。针对近年来完成了多个飞机型号的全机疲劳试验，本文介绍了对上述几个问题的研究和认识，对比了中国和欧美几型战斗机的疲劳设计与全机疲劳试验情况，提出了关于全机疲劳试验的工程实用的一些建议。本文研究可为其他飞机全机疲劳试验提供重要的参考。

关键词：全机疲劳试验耐久性损伤容限载荷谱持续时间分散系数

考虑磨损演化的铰链式襟翼机构动力学仿真研究

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西北工业大学学报 2024年第2期42卷 222-231页

作者：冯蕴雯唐家强薛小锋李帅陈先民西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国飞机强度研究所陕西西安710065 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二... 详细信息

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二乘法的动力学建模方法。根据襟翼翼面的连接特点利用C-B法对其进行柔性化,并采用RBE2单元建立刚柔耦合动力学模型。联合UAMP、DISP、UMESHMOTION子程序进行磨损演化仿真,获取铰链轴承的非均匀磨损数据,同时通过最小二乘拟合建立磨损深度和襟翼偏角角度以及摩擦因数的映射关系。将该映射关系以铰链轴承中心点的偏移量和轴承摩擦因数的方式更新刚柔耦合动力学模型,以获取在磨损影响下的襟翼机构动力学响应,验证了方法的适用性和有效性。结果表明,随着磨损的进行,襟翼内外侧轴承转轴同轴度逐渐降低,内外侧驱动力矩随之增加,增加幅度最大为15.08%。该方法可为襟翼机构的设计及轴承选型提供一定支持。

关键词：襟翼机构动力学刚柔耦合磨损演化最小二乘

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风机主轴表面开口裂纹全聚焦成像技术研究

应用基础与工程科学学报 2024年第2期32卷 488-501页

作者：何存富黄星都程俊吕炎宋国荣吴斌北京工业大学信息学部北京100124 航空工业光电所河南洛阳471023 北京强度环境研究所北京100076

基于全聚焦成像技术,对风机主轴表面开口裂纹进行了成像检测和量化表征.建立了含表面开口裂纹的风机主轴阵列检测仿真模型,利用仿真数据和全聚焦算法进行了成像检测;基于圆形声源固体指向性函数,提出了双向补偿与极性一致因子加权的复... 详细信息

基于全聚焦成像技术,对风机主轴表面开口裂纹进行了成像检测和量化表征.建立了含表面开口裂纹的风机主轴阵列检测仿真模型,利用仿真数据和全聚焦算法进行了成像检测;基于圆形声源固体指向性函数,提出了双向补偿与极性一致因子加权的复合全聚焦成像算法,利用仿真数据对算法进行了验证.结果表明,改进的算法能够有效消除伪像,提高成像质量.对主轴试样上的裂纹进行了成像检测与量化,裂纹的轴向定位误差小于2%,深度量化误差小于8%.

关键词：风机主轴阵列检测超声成像全聚焦指向性极性一致因子量化表征

飞翼布局飞机颤振主动抑制的多输入/多输出控制律设计

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：冯宇轩霍应元李俊杰航空工业第一飞机设计研究院强度设计研究所

提出了一种基于鲁棒控制理论的飞翼布局飞机体自由度颤振主动抑制控制律设计方法。该控制律设计方法将受控对象所受干扰及建模过程中存在的不确定参数统一视为 “未知扰动”，通过分析其输入/输出关系对其进行状态估计，最后综合给出反... 详细信息

提出了一种基于鲁棒控制理论的飞翼布局飞机体自由度颤振主动抑制控制律设计方法。该控制律设计方法将受控对象所受干扰及建模过程中存在的不确定参数统一视为 “未知扰动”，通过分析其输入/输出关系对其进行状态估计，最后综合给出反馈控制律。为了验证本文所提出的控制律对于颤振抑制的效果，以一飞翼布局无人机标模为分析对象，分别以机身内侧两副翼舵面作为控制输入，飞机刚体俯仰速度和翼尖运动速度为反馈信号来设计控制器。对闭环系统V-g曲线、闭环时域状态方程等进行了数值仿真，结果表明该控制律设计方法能有效提高飞机颤振临界速度。

关键词：气动弹性飞翼布局飞机颤振主动抑制体自由度颤振 MIMO输出反馈控制器

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固定翼无人机巡逻覆盖协同路径规划方法

航空学报 2024年第6期45卷 323-337页

作者：尹洪玉吴宇梁天骄重庆大学航空航天学院重庆400044 航空工业成都飞机设计研究所成都610091

固定翼无人机(UAV)以其速度快,成本低和可搭载更多设备的优点被广泛应用于侦察任务当中。针对固定翼无人机复杂山地环境协同巡逻覆盖任务中的路径规划问题进行了研究。与以往研究关注无人机实现整个区域的完全覆盖不同,本文关注的重点... 详细信息

固定翼无人机(UAV)以其速度快,成本低和可搭载更多设备的优点被广泛应用于侦察任务当中。针对固定翼无人机复杂山地环境协同巡逻覆盖任务中的路径规划问题进行了研究。与以往研究关注无人机实现整个区域的完全覆盖不同,本文关注的重点是多架无人机对任务区域展开协同巡逻,并保证区域内每个地点都能够被无人机连续访问。以往的研究中,无人机的工作模式为分别负责每个子区域的覆盖任务,而本研究中多架无人机在整个巡逻区域中协同工作,能够在提高覆盖效率的基础上更加灵活地处理紧急情况。针对紧急情况下需要在短时间内访问目标区域,设计了一种设置动态目标点的策略和小尺度下的穿梭覆盖算法,保证执行紧急任务的无人机能够在规定时间内到达目标区域的同时兼顾正常的巡逻任务,且对目标区域实现完全覆盖。最后通过一系列的仿真来验证巡逻覆盖协同路径规划算法在侦察覆盖任务中应用的可行性和优化效果。并且在紧急任务中验证动态目标点设置策略相比于以往静态目标点的优越性。

关键词：固定翼无人机侦察覆盖任务巡逻覆盖协同路径规划算法穿插覆盖算法动态目标点