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航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1806-1818页

作者：徐金全林华鹏郭宏北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315800

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过... 详细信息

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

关键词：航空电推进电机永磁同步电机散热结构热网络模型电机功率密度

基于轻量残差复合增强收敛神经网络的粒子场计算层析成像伪影噪声抑制

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物理学报 2024年第10期73卷 162-174页

作者：施岳欧攀郑明邰含旭王玉红段若楠吴坚北京航空航天大学物理学院北京100191 北京航空航天大学仪器与光电工程学院北京100191

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所... 详细信息

由于流场中的微粒分布状态能够充分表征场的特性,因此通过稀疏采样实现快速和高质量的粒子场成像始终是实验流体力学等领域高度期盼的.近年来,随着深度学习应用于粒子计算层析成像,如何提高神经网络的处理效率和质量,以消除稀疏采样所致的粒子层析图像伪影噪声仍然是一个挑战性课题.为解决这一问题,本文提出了一种新的抑制粒子场层析成像伪影噪声和提高网络效率的神经网络方法.该方法在设计上包含了轻量化双残差下采样图像压缩和特征识别提取、快速特征收敛的上采样图像恢复,以及基于经典计算层析成像算法的优化信噪比网络输入样本集构建.对整个成像系统的模拟分析和实验测试表明,相比于经典的U-net和Resnet50网络方法,本文提出的方法不仅在输出/输入的粒子图像信噪比、重建像的残余伪影噪声(即鬼粒子占比)和有效粒子损失比方面获得了极大的改进,而且也显著提高了网络的训练效率.这对发展基于稀疏采样的快速和高质量粒子场计算层析成像提供了一个新的有效方法.

关键词：粒子场成像计算层析成像深度学习噪声抑制

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L波段数字航空通信系统技术发展现状与挑战

航空学报 2024年第10期45卷 1-15页

作者：朱衍波王志鹏郭凯淡志强北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学人工智能研究院北京100191

L波段数字航空通信系统(LDACS)具有大带宽、高速率、低延迟、高安全等优势,是未来通信基础设施(FCI)框架中重要的地空宽带通信数据链,也是国际民航组织(ICAO)认证的第一个真正实现通信、导航和监视(CNS)一体化的系统。首先分析了民航地... 详细信息

L波段数字航空通信系统(LDACS)具有大带宽、高速率、低延迟、高安全等优势,是未来通信基础设施(FCI)框架中重要的地空宽带通信数据链,也是国际民航组织(ICAO)认证的第一个真正实现通信、导航和监视(CNS)一体化的系统。首先分析了民航地空通信系统的发展需求,梳理了LDACS的发展现状,包括LDACS技术的提出、LDACS国际标准化的推进进程以及典型的应用场景。其次,介绍了LDACS的关键技术,包括频谱资源受限下空地宽带通信技术、L波段同频段信号电磁兼容技术、通导融合技术、基于航空电信网互联网协议簇(ATN/IPS)的移动性管理与多链路接入技术、数据安全传输技术等。最后,总结了中国民航LDACS的发展现状与面临的挑战。

关键词：航空宽带通信 LDACS 通导一体电磁兼容 ATM现代化

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端壁移动对悬臂静子气动性能的影响

航空动力学报 2024年第4期39卷 193-204页

作者：安广丰范竹于贤君刘宝杰北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

为了探究端壁移动对悬臂静子性能的影响,对轮毂移动与否、轮毂移动速度大小以及移动轮毂情况下间隙大小对某一低速轴流压气机悬臂静子内部流动及压气机性能的影响进行了详细的研究。结果表明,随着端壁移动速度的增加或者端壁移动情况下... 详细信息

为了探究端壁移动对悬臂静子性能的影响,对轮毂移动与否、轮毂移动速度大小以及移动轮毂情况下间隙大小对某一低速轴流压气机悬臂静子内部流动及压气机性能的影响进行了详细的研究。结果表明,随着端壁移动速度的增加或者端壁移动情况下叶根间隙的减小,静子近轮毂区域的流动堵塞/流动损失减小、压气机性能得到提升,造成这一现象的主要原因是端壁移动情况下二次流的消失以及参与掺混的泄漏流流量的减小;端壁移动也会影响静子进口流场,进而影响转子的特性,但相对于对静子特性的影响,转子特性的变化幅值较小。

关键词：端壁移动悬臂静子气动性能泄漏流轴流压气机

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空地无人集群自调节控制与动态路径规划方法

航空学报 2024年第16期45卷 207-226页

作者：赵江张璇池沛王英勋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191

针对异构感知条件下空地无人集群协同避障与导航问题,提出了集群队形自调节控制与动态路径规划方法。首先,建立了无人机(UAV)与地面机器人的运动、感知与通信模型,设计了空地无人集群协调运动控制架构,满足异构集群协同避障与导航的控... 详细信息

针对异构感知条件下空地无人集群协同避障与导航问题,提出了集群队形自调节控制与动态路径规划方法。首先,建立了无人机(UAV)与地面机器人的运动、感知与通信模型,设计了空地无人集群协调运动控制架构,满足异构集群协同避障与导航的控制目标。其次,提出了机器人集群队形边界动态生成方法,分别设计了形状控制、个体避碰、编队控制与导航控制分量,实现了基于动态边界的集群队形自调节控制。结合机器人动态队形边界特性,提出了基于动态窗口优化的无人机路径规划方法,通过设计优化目标函数在集群协同运动的基础上实现了安全导航避撞。最后,设计了队形边界缩放、变形和旋转下的队形调节场景与狭窄廊道协同避障与导航任务想定,通过仿真算例验证了空地无人集群队形自调节控制与动态路径规划方法的有效性,并给出了所述方法能力边界的分析。

关键词：空地无人集群无人机地面机器人协同避障与导航队形自调节控制动态路径规划

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航空煤油多液滴蒸发特性实验

清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 63-74页

作者：王方韩琪炜李典望金捷北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学江西研究院南昌330096 北航成都航空动力创新研究院成都611930

燃烧室中燃料经喷油嘴或甩油盘等装置破碎、雾化成含有密集微小液滴的液滴群,液滴群在燃烧室的高温对流环境中先蒸发,而后与高压空气混合燃烧。该文开展了多液滴蒸发实验,旨在解决以往研究中以单液滴蒸发代替实际工况中液滴群蒸发产生... 详细信息

燃烧室中燃料经喷油嘴或甩油盘等装置破碎、雾化成含有密集微小液滴的液滴群,液滴群在燃烧室的高温对流环境中先蒸发,而后与高压空气混合燃烧。该文开展了多液滴蒸发实验,旨在解决以往研究中以单液滴蒸发代替实际工况中液滴群蒸发产生的忽略液滴间相互作用的问题,为多液滴蒸发数值模拟理论提供实验数据支撑。该研究使用高速摄影机拍摄石英纤维悬挂的航空煤油液滴在高温400、500和600℃静止工况下蒸发的过程,并处理特定帧数的图片得到液滴蒸发特性曲线;多液滴蒸发实验中选择的液滴间距范围为1~4倍液滴直径。结果表明:多液滴的平均蒸发速率随着液滴间距的增大而增大,最终趋近于单液滴的平均蒸发速率,且近似成指数规律;液滴间距超过临界间距时,双液滴可看作2个独立的单液滴,此时的平均蒸发速率与单液滴平均蒸发速率基本没有区别;当2个液滴足够接近时,双液滴的平均蒸发速率降到单液滴的80%~90%。随着温度升高,液滴之间的影响距离会增大。该文得到了双液滴和三液滴蒸发的实验数据,以及双液滴关于液滴间距和温度的经验公式,实验结果与理论分析结论相吻合,为多液滴蒸发模型提供了实验数据支撑和理论创新依据。

关键词：航空煤油双液滴蒸发特性落滴法可变液滴间距

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基于深度强化学习的多无人车系统编队控制

力学学报 2024年第2期56卷 460-471页

作者：曾毓凌郝宇清于颖王青云北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对多智能体编队控制问题,研究了基于DDQN深度强化学习算法的多无人车系统的编队控制器,采用一致性控制与伴随位形相结合的方法对编队控制问题进行建模和简化.建立了基于相对距离和速度的状态空间,使得控制输入不依赖于全局信息,然后... 详细信息

针对多智能体编队控制问题,研究了基于DDQN深度强化学习算法的多无人车系统的编队控制器,采用一致性控制与伴随位形相结合的方法对编队控制问题进行建模和简化.建立了基于相对距离和速度的状态空间,使得控制输入不依赖于全局信息,然后设计了基于九大典型运动方向的动作空间,并设计了基于相对距离和相对速度的奖励函数,基于以上参数进行了神经网络架构的设计和网络训练与运动仿真环境的搭建,并成功训练出有效的控制器.该控制器可以直接应用于带有非完整约束的欠驱动无人车的编队任务,且控制器的网络训练只需要运动数据而不需要精确模型,是一种无模型控制方法.最后,通过大量不同场景下的运动仿真验证了控制器的有效性,包括多队形、多位置、多轨迹仿真以及时变队形、时变通讯和通讯故障等特殊情况的检验,该控制器在所有场景中均能有效完成控制任务.最后优化了编队起始阶段的策略,定义了等候条件与启动条件,有效节约了控制的能耗,利用运动仿真和对比分析验证了优化作用.

关键词：无人车一致性控制编队控制深度强化学习无模型控制

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局部凸起在V形钝前缘模型中的降热特性研究

力学学报 2024年第4期56卷 915-927页

作者：李帅姜振华张珊尹同阎超北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究... 详细信息

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究了局部凸起方案的降热能力以及降热原理,然后初步优化了局部凸起的位置、高度以及宽度等关键设计参数,最后分析了优化后的局部凸起方案的攻角、侧滑角及马赫数的适用性.研究结果表明:上游凸起边缘形成的斜激波与主马赫反射结构形成的透射激波发生干扰,能够减弱其冲击壁面的强度,实现降热的目的;驻点凸起通过改变超声速射流的对撞角度,能够降低其对撞的强度,实现降热的目的.原始方案的降热能力约为37.75%,在对局部凸起的关键设计参数进行初步优化后,优化方案的降热能力将提升至44.60%.设计工况下的优化方案具有良好的攻角适用性,而高度可变的优化方案可以较好地适用于有侧滑角及高马赫数的流动.在研究范围内,高度可变的优化局部凸起方案的降热能力均高于20%.

关键词：内转式进气道 V形钝前缘气动热流动控制局部凸起

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基于非监督对比学习的火星地形特征提取方法

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1842-1849页

作者：杨博魏翔于贺刘超凡北京航空航天大学宇航学院北京100191

火星表面地形智能识别对火星车自主探测具有重要意义,火星地形图像的特征提取方法目前主要分为传统的浅层视觉特征提取和基于监督学习的深层特征提取2类。找回丢失图像信息、获取大量带标签数据是要解决的关键问题。为此,提出一种基于... 详细信息

火星表面地形智能识别对火星车自主探测具有重要意义,火星地形图像的特征提取方法目前主要分为传统的浅层视觉特征提取和基于监督学习的深层特征提取2类。找回丢失图像信息、获取大量带标签数据是要解决的关键问题。为此,提出一种基于非监督对比学习的火星地形特征识别方法,通过建立图像字典数据集,用“问询”和“编码”2组神经网络分别将单个图像与“字典”数据集中其他图像进行对比,用相似度泛函作为损失函数对网络进行训练,从而实现对火星地形图像的特征识别。所提方法还具有对训练数据集之外的新类型地形图像识别能力,后续识别分类优越性突出。仿真结果表明:所提方法识别准确率为85.4%,对新类型地形图像的识别准确率为84.5%。

关键词：对比学习非监督深度学习火星地形特征提取