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基于惯性导航与数据链的飞机间相对定位方法

航空学报 2024年第15期45卷 260-272页

作者：李坤布树辉贾旋董逸飞陈霖西北工业大学航空学院西安710000

飞行器编队飞行成为当前一种新兴的飞行器工作模式,编队内飞行器间准确的相对定位是编队飞行的基本保障。全球卫星导航系统(GNSS)拒止环境下,飞行器失去全局定位信息,仅依靠局部定位信息难以获得飞行器间的相对定位信息。为了解决GNSS... 详细信息

飞行器编队飞行成为当前一种新兴的飞行器工作模式,编队内飞行器间准确的相对定位是编队飞行的基本保障。全球卫星导航系统(GNSS)拒止环境下,飞行器失去全局定位信息,仅依靠局部定位信息难以获得飞行器间的相对定位信息。为了解决GNSS拒止环境下编队内飞机间的相对定位问题,提出了一种数据链与惯性导航相结合的相对定位方法。首先,采用惯性导航的方法实时解算出每一架飞行器的定位信息,并通过自身搭载的数据链将定位信息发送给其他飞行器;其次,每架飞行器基于其接收的其他飞行器的信息及数据链测量信息计算编队内飞行器间的相对位置;最后,基于飞行器连续时间序列的惯导信息及数据链测量信息,建立相对位姿优化因子图实时解算飞行器间的相对位姿。以2架飞行器编队为例进行了仿真与实验验证,结果表明该方法能够实时估计编队内飞行器的相对位置,实验结果显示:该方法将数据链测量的距离误差降低了76%,能够为编队飞行提供精准可靠的相对位置信息。

关键词：相对定位数据链惯性导航集群飞行图优化

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基于神经核网络高斯过程回归的甲板运动预测

西北工业大学学报 2024年第3期42卷 377-385页

作者：秦朋罗建军马卫华武黎明西北工业大学航天学院陕西西安710072

甲板运动预测与补偿是舰载机自动着舰的关键技术之一。传统甲板运动预测方法依赖于运动建模的准确性和参数调整,面临复杂海况、不同舰型、航态变化时具有适应性差、预测时长短、结果可靠性低等问题。提出一种基于神经核网络高斯过程回归... 详细信息

甲板运动预测与补偿是舰载机自动着舰的关键技术之一。传统甲板运动预测方法依赖于运动建模的准确性和参数调整,面临复杂海况、不同舰型、航态变化时具有适应性差、预测时长短、结果可靠性低等问题。提出一种基于神经核网络高斯过程回归(NKN-GPR)的甲板运动预测模型,使用神经核网络(NKN)实现高斯过程回归(GPR)模型自动复合核构造,有效改善基于规则库自动核搜索(ACKS)算法依赖人工先验知识的不足。以正弦波组合模型和功率谱模型构造仿真数据,对NKN-GPR模型和基于最小二乘法的自回归(AR)模型进行对比仿真验证,仿真结果表明,NKN-GPR模型在运动预测精度、平滑性、预测时长等方面具有显著优势,证明了所提算法的有效性,可为舰载机自动安全着舰提供理论支撑。

关键词：自动着舰甲板运动预测高斯过程回归神经核网络自动复合核构造

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双油箱燃油热管理系统性能分析

航空学报 2024年第14期45卷 229-240页

作者：魏宇豪葛玉雪赵倩裴扬西北工业大学航空学院西安710072

随着飞机热载荷的增加,燃油热管理逐渐成为现代飞机设计和运行中的重要考虑因素。建立了考虑热损失的双油箱拓扑结构燃油热管理系统的动力学模型,给出了考虑热损失情况下的管理策略,并利用热续航时间、热沉利用效率和废热利用效率这3个... 详细信息

随着飞机热载荷的增加,燃油热管理逐渐成为现代飞机设计和运行中的重要考虑因素。建立了考虑热损失的双油箱拓扑结构燃油热管理系统的动力学模型,给出了考虑热损失情况下的管理策略,并利用热续航时间、热沉利用效率和废热利用效率这3个指标对该系统的性能进行评价。结合典型示例,对所推导的动力学模型进行了验证。与传统单油箱系统相比,双油箱拓扑结构燃油热管理系统可以提升系统的热续航时间。对于本文所研究的双油箱燃油热管理系统,其增幅可达36.8%。在此基础上,分析了热管理系统设计参数对运行效果的影响。结果显示:总燃油质量流率的降低可以增强系统的热沉利用效率和废热利用效率。在油箱总容量不变的前提下,适当地缩小再循环油箱容量,则可以提高系统的热续航时间。对于本文算例,当总燃油质量流率为1 kg/s时,再循环油箱容量减少100 kg,热续航时间提高约109 s。本文研究可为飞机燃油热管理系统设计提供参考。

关键词：燃油系统双油箱拓扑结构热沉热管理系统热续航时间

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考虑气动-结构的高空螺旋桨多学科优化方法

航空动力学报 2024年第4期39卷 75-83页

作者：口启慧王海峰江泓鑫聂波西北工业大学航空学院西安710072

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋... 详细信息

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋势。为避免优化周期太长,提出以下阶段性优化方法。阶段1:根据上述Pareto解集拟合趋势和平台约束,确定最优桨径;阶段2:进行基于最优桨径的气动优化获得气动外形,结构优化获得结构方案。使用该方法对高空太阳能无人机螺旋桨优化,两个阶段耗时分别为96 h和4 h。对获得螺旋桨制造,仿真和试验,对比结果表明:推力最大误差为10.9%,质量误差为6.9%,刚度误差为15.2%,固有频率误差为15.4%,试验结果也表明该方法的合理有效性。

关键词：高空螺旋桨多学科优化 Pareto解集气动优化结构优化复合材料螺旋桨试验验证

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基于贝叶斯框架的旋翼气动力数据融合

航空学报 2024年第8期45卷 133-145页

作者：杨华陈树生高正红姜权峰张伟西北工业大学航空学院西安710072

由于气动环境的复杂性,旋翼在气动评估中存在较多不确定性且对旋翼性能影响较大。当前旋翼气动评估方法不能考虑气动数据不确定性,本文将数据融合技术应用于旋翼气动预测以在记及某些不确定因素影响的条件下,获得具有更高可信度的气动... 详细信息

由于气动环境的复杂性,旋翼在气动评估中存在较多不确定性且对旋翼性能影响较大。当前旋翼气动评估方法不能考虑气动数据不确定性,本文将数据融合技术应用于旋翼气动预测以在记及某些不确定因素影响的条件下,获得具有更高可信度的气动力分布及置信区间,为进一步开展旋翼气动数据的不确定度分析及工程应用奠定基础。基于不同来源的气动力数据均为正态分布的独立随机变量这一假设,将分布气动数据和测量值之间的关系作为融合准则,以实现最佳匹配测量值为目标,采用贝叶斯估计求解融合数据的最大后验概率分布,从而构建一种基于贝叶斯框架的气动数据融合方法。以UH-60A旋翼及Caradonna-Tung旋翼为例,采用所提方法进行不同来源气动数据的融合,对融合结果的估计方差与预测误差进行对比分析。结果表明,首先,所提方法对于输入数据的来源无特殊要求,能够给出融合结果的置信区间并降低不同来源数据的估计方差,基于此结果后续可进行不确定度分析与研究;其次,融合所得结果并不局限于不同来源数据之间,扩大了数据覆盖范围;最后,融合所得结果相比于单一数据来源更符合物理规律。

关键词：旋翼气动评估数据融合贝叶斯框架不确定度分析 CFD

基于增强内积矩阵的PMI泡沫夹层结构损伤检测

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工程力学 2024年第2期41卷 244-256页

作者：田鑫海王乐西北工业大学航空学院西安710072

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层复合材料结构因其独特的力学性能而广泛应用于航空航天领域,如何快速、准确、低成本地检测面板与芯材的脱粘损伤对结构安全使用具有重大意义,然而传统的基于超声波的无损检测技术由于... 详细信息

聚甲基丙烯酰亚胺(polymethacrylimide,PMI)泡沫夹层复合材料结构因其独特的力学性能而广泛应用于航空航天领域,如何快速、准确、低成本地检测面板与芯材的脱粘损伤对结构安全使用具有重大意义,然而传统的基于超声波的无损检测技术由于PMI泡沫的吸声特性难以有效地检测到此类结构的脱粘损伤,该文探索基于振动响应测试的方法在PMI泡沫夹层结构损伤检测中的可行性及有效性。以振动时域响应相关性分析建立的结构损伤特征——内积矩阵(inner product matrix,IPM)为基础,通过将不同激励点下计算得到的IPM进行堆叠,提出了增强内积矩阵(enhanced inner product matrix,EIPM)的概念,并以EIPM为卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的输入、PMI泡沫夹层结构的损伤状态为输出,建立了基于EIPM及CNN的结构损伤检测方法。PMI泡沫夹层悬臂梁结构的脱粘损伤检测仿真算例及实验验证结果表明,所提方法在3个及以上测点时的平均识别准确率均在99%以上,且与基于IPM的方法相比,EIPM方法具有更好的收敛速度和稳定性。

关键词：结构损伤检测 PMI泡沫夹层结构内积矩阵增强内积矩阵卷积神经网络

基于全局/梯度优化方法的宽速域乘波-机翼布局气动设计

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航空学报 2024年第6期45卷 134-148页

作者：陈树生冯聪张兆康赵轲张新洋高正红西北工业大学航空学院西安710072

宽速域高超声速飞行器是航空航天领域新的战略制高点,其飞行速域与空域极大化特点导致亚/跨/超/高超声速气动性能难以兼顾。为了缓解高低速气动设计的矛盾,以典型宽速域乘波-机翼布局为研究对象,结合基于代理模型的全局优化方法和基于... 详细信息

宽速域高超声速飞行器是航空航天领域新的战略制高点,其飞行速域与空域极大化特点导致亚/跨/超/高超声速气动性能难以兼顾。为了缓解高低速气动设计的矛盾,以典型宽速域乘波-机翼布局为研究对象,结合基于代理模型的全局优化方法和基于伴随梯度的局部优化方法,对该宽速域构型的布局参数和剖面形状进行了从全局到局部的多目标分步优化。结果表明,在约束亚声速升力系数、高超声速阻力系数的情况下,基于代理模型的布局参数优化方法能够在维持高超声速气动性能的同时,将亚声速的升阻比提升9.5%。进一步选取布局参数优化结果 Pareto面上亚声速气动特性最优的构型,利用基于伴随梯度的优化方法,对机翼剖面进行梯度优化。优化结果表明,梯度优化能够有效地改善飞行器亚/高超声速状态下的阻力特性,并将翼型在几何上优化为兼顾亚/高超声速气动特性的双S翼型。通过上述从布局参数到剖面参数的优化,乘波-机翼构型的亚声速升阻比相比初始构型提升了12.4%,高超声速升阻比相比原始构型提升了6.2%。

关键词：乘波-机翼构型宽速域代理模型伴随方法分步优化

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目标气动特性下动力翼参数影响分析与优化

航空学报 2024年第6期45卷 198-215页

作者：孙蓬勃周洲李旭王科雷西北工业大学航空学院西安710072

基于一种以弦向环量分布为目标的分布式动力翼(DPW)二维反设计方法,对比分析了在保持升力和俯仰力矩不变的条件下,动力翼涵道壁弦长和弦向位置对设计结果的影响;进一步以壁面阻力、桨盘入流总压损失和速度分布畸变最小为目标,开展了分... 详细信息

基于一种以弦向环量分布为目标的分布式动力翼(DPW)二维反设计方法,对比分析了在保持升力和俯仰力矩不变的条件下,动力翼涵道壁弦长和弦向位置对设计结果的影响;进一步以壁面阻力、桨盘入流总压损失和速度分布畸变最小为目标,开展了分布式动力翼二维外形优化设计。结果表明,反设计示例结果的弦向环量分布与目标值的平均相对误差为0.058 7;在涵道壁参数影响分析中,将同一弦向总环量分布作为反设计目标以保持相同的设计升力和俯仰力矩,当固定涵道壁弦长并使其弦向位置前移,或当固定涵道壁后缘位置并使其弦长增加时,动力翼的壁面阻力降低,升力系数随迎角变化斜率升高,俯仰力矩随迎角变化斜率由负变正;在优化分析中,优化后的二维动力翼涵道壁位置前移,壁面阻力系数下降了160%,同时桨盘入流总压基本没有损失,速度分布均匀性则进一步提高。

关键词：环量分布分布式动力翼反设计参数影响气动优化

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纤维增强聚合物复合材料无损检测方法进展

航空学报 2024年第5期45卷 90-116页

作者：黄领才西北工业大学航空学院西安710072

近年来,纤维增强聚合物(FRP)复合材料凭借其卓越的力学性能和显著的重量优势,应用范围日益广泛。然而由于其复杂的损伤模式,需使用先进的损伤表征方法防止潜在的灾难性后果。目前,各种无损检测与评价(NDT&E)技术已被广泛应用于FRP复合... 详细信息

近年来,纤维增强聚合物(FRP)复合材料凭借其卓越的力学性能和显著的重量优势,应用范围日益广泛。然而由于其复杂的损伤模式,需使用先进的损伤表征方法防止潜在的灾难性后果。目前,各种无损检测与评价(NDT&E)技术已被广泛应用于FRP复合材料的损伤检测,这些技术经过不断的发展和改进已能提供可靠的结构检测,尤其是在航空航天领域。本文首先对FRP复合材料损伤诊断领域无损检测技术的最新进展进行全面概述,分别对声发射测试、超声波测试、红外成像测试、激光错位散斑干涉测试、数字图像相关测试、涡流检测、太赫兹成像检测、微波检测、电学层析成像检测和X射线10种无损检测技术进行深入分析和评价,并探讨每种技术的优点和局限性。随后根据特定的准则,采用层次分析法对无损检测技术进行分析。然而由于单一无损检测技术难以实现缺陷识别、定位、分类和评估等功能的统一,因此最后提出了一种组合无损检测的技术方案,以期在实际工程应用中取得更好的效果。

关键词：纤维增强聚合物复合材料损伤检测无损探测层次分析法(AHP) 组合无损探测技术