基于强化学习的多能源动态滑翔航迹优化方法

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作者 张云飞 王宏伦 +1 位作者 张梦华 巩轶男 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第1期128-139,共12页

针对无人机动态滑翔问题,提出了一种基于深度强化学习的航迹优化方法。该方法综合利用梯度风能和太阳能,引入了障碍物约束以模拟复杂障碍环境。使用神经网络近似逼近高斯伪谱方法求解航迹的策略,在训练得到的策略基础上利用双延迟深度... 针对无人机动态滑翔问题,提出了一种基于深度强化学习的航迹优化方法。该方法综合利用梯度风能和太阳能,引入了障碍物约束以模拟复杂障碍环境。使用神经网络近似逼近高斯伪谱方法求解航迹的策略,在训练得到的策略基础上利用双延迟深度确定性策略梯度算法进行策略改进,在大幅度提升推理实时性的同时解决了传统最优控制算法在动态滑翔领域难以应对变化风场的问题。实验针对动态滑翔2种经典模式进行仿真验证,之后在考虑多种能量源的情况下进行蒙特卡洛仿真。结果表明,基于深度强化学习的动态滑翔航迹优化方法在单个滑翔周期内获能与最优结果相近,而实时推理决策时间减少了91%。在变化风场环境下,文中方法相较于传统方法具有更强的适应性。 展开更多

关键词 动态滑翔 强化学习 高斯伪谱 航迹优化

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自适应蚁群算法的无人机三维航迹规划 被引量：3

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作者 张骜 毛海亮 +1 位作者 卞鹏 陈侠 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2024年第5期24-29,共6页

针对传统蚁群算法三维空间节点多、算法搜索难度大等问题,提出自适应蚁群(IAACO)算法的无人机三维航迹规划算法。首先,通过栅格划分三维空间,使该算法可以应用于三维航迹规划;然后,建立一种不均匀的初始信息素矩阵,并加入一个自适应的... 针对传统蚁群算法三维空间节点多、算法搜索难度大等问题,提出自适应蚁群(IAACO)算法的无人机三维航迹规划算法。首先,通过栅格划分三维空间,使该算法可以应用于三维航迹规划;然后,建立一种不均匀的初始信息素矩阵,并加入一个自适应的信息素挥发因子,提高了算法的搜索效率,同时也加快了算法的收敛速度;最后,通过定义三维的长度指标函数和角度指标函数,进一步建立无人机航迹优化的目标函数,实现了三维航迹规划的全局优化。仿真结果表明,所提算法运行时间更短、收敛速度更快,规划出的航迹也更短更平滑。 展开更多

关键词 无人机 航迹规划 蚁群算法 自适应算法

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面向气热耦合的涡轮叶片计算域模型建模方法 被引量：2

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作者 王添 席平 +2 位作者 胡毕富 李吉星 石晓飞 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期74-82,共9页

针对冷却结构复杂的涡轮叶片在气热耦合数值模拟中计算域模型建模效率低、模型质量不稳定以及对数值模拟适应性差等问题,分析面向制造的涡轮叶片模型及建模方法,结合气热耦合数值模拟对涡轮叶片数值模拟的实际需求,提出一种面向气热耦... 针对冷却结构复杂的涡轮叶片在气热耦合数值模拟中计算域模型建模效率低、模型质量不稳定以及对数值模拟适应性差等问题,分析面向制造的涡轮叶片模型及建模方法,结合气热耦合数值模拟对涡轮叶片数值模拟的实际需求,提出一种面向气热耦合的涡轮叶片计算域建模方法。通过外型冷却特征自动定位生成算法,创建涡轮叶片冷气域部分;通过自适应管道求交算法、边界自动匹配算法,创建能够适应不同叶型的涡轮叶片燃气域部分;此外,在创建流体域的过程中提取气热耦合数值模拟所需的关键几何特征及非几何信息,并与冷气域、燃气域、叶片实体集成,完成气热耦合计算域模型的生成。基于以上研究开发涡轮叶片气热耦合计算域模型快速建模系统,验证所提方法的有效性。 展开更多

关键词 计算机辅助设计 涡轮叶片 气热耦合 数值模拟 几何建模

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基于数字图像的高温光学变形测量方法研究 被引量：5

4

作者 秦强 张翔宇 +1 位作者 郭翔 张超 《航空科学技术》 2021年第10期1-11,共11页

随着航空航天飞行器的高速发展,高温结构件变形准确测量变得愈发重要,而传统光学测量方法在超高温下面临图像纹理模糊、灰度集中的问题,散斑稳定存在与图像稳定采集可以有效提升应变测量精度。使用等离子喷涂金属钨粉末的方法,实现了260... 随着航空航天飞行器的高速发展,高温结构件变形准确测量变得愈发重要,而传统光学测量方法在超高温下面临图像纹理模糊、灰度集中的问题,散斑稳定存在与图像稳定采集可以有效提升应变测量精度。使用等离子喷涂金属钨粉末的方法,实现了2600℃散斑的稳定存在能力;对比金属钨与碳纤维材料在可见光范围内的黑体辐射强度,表明其在450nm处辐射差异明显,可以产生明暗的散斑纹理;使用了带通滤光片、线性偏振片和减光片抑制强烈的辐射光源和无关光污染,表明其可适用于超高温下的图像采集;使用改进的灰度均匀化方法解决超高温下灰度信息不明显的问题;通过高温2600℃拉伸试验进行比较测量,结果表明,本文提出方法所测得变形应变信息与等效引伸计相比较基本一致,弹性阶段内,两种方法的平均应变偏差小于200με。通过对同一批次加工的多个试件的重复测量可知,提出方法的多次测量平均偏差小于100με。最后,在110℃下进行蠕变试验,使用了高温喷漆和线性滤光片测得3D打印高分子材料在高温下的蠕变行为,验证了所提出方法在高温蠕变方面的精度和有效性。 展开更多

关键词 高温力学性能 数字图像 高温变形 高温蠕变 高温散斑图像增强

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ALE数值波浪与直升机应急漂浮研究 被引量：3

5

作者 杨周 陈建平 +2 位作者 杨晓华 王文强 凌蕾 《航空计算技术》 2019年第1期76-79,共4页

为了研究带应急气囊直升机着水后的运动和漂浮的姿态,通过ALE与罚函数方法求解流固耦合作用响应。有限元模型中包含直升机拉格朗日壳单元和欧拉流体单元,基于N-S方程,采用ALE方法实现了三级海况规则波的建立;采用数值模拟计算的方法,建... 为了研究带应急气囊直升机着水后的运动和漂浮的姿态,通过ALE与罚函数方法求解流固耦合作用响应。有限元模型中包含直升机拉格朗日壳单元和欧拉流体单元,基于N-S方程,采用ALE方法实现了三级海况规则波的建立;采用数值模拟计算的方法,建立直升机与风浪载荷相耦合的模型,得出了直升机着水后的运动响应,结果表明,直升机在倾覆之前横摇角度保持在0°～14°之间,带应急气囊直升机的构型具有很好的漂浮特性,有利于水上救生的开展。 展开更多

关键词 应急气囊 波浪 数值模拟 流固耦合 直升机

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基于多尺度方法的平动圆柱贮箱航天器刚–液耦合动力学研究 被引量：5

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作者 李晓玉 岳宝增 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1448-1454,共7页

以充液航天器为工程背景,借助多尺度方法研究刚–液耦合动力学系统非线性动力学特性.利用多维模态方法,将描述横向外激励下圆柱贮箱中液体非线性晃动的自由边界问题转换为液体模态系数相互耦合的有限维非线性常微分方程组.推导液体晃动... 以充液航天器为工程背景,借助多尺度方法研究刚–液耦合动力学系统非线性动力学特性.利用多维模态方法,将描述横向外激励下圆柱贮箱中液体非线性晃动的自由边界问题转换为液体模态系数相互耦合的有限维非线性常微分方程组.推导液体晃动产生的作用于贮箱壁的晃动力和晃动力矩的解析表达式,进而建立航天器刚体部分平动和液体晃动耦合的非线性动力学方程组.应用多尺度方法对刚–液耦合系统的动力学特性进行解析分析,通过固有频率的特征方程求解耦合系统固有频率,推导外激励频率接近耦合系统第一阶固有频率时液体晃动稳态解的幅值频率响应方程.结合数值方法,研究了液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线和激励–幅值响应曲线.结果表明,随充液比变化,液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线会发生软、硬弹簧特性转换现象和'跳跃'现象;幅值频率响应曲线的软、硬弹簧特性转换点受重力加速度和弹簧刚度系数影响;以上所得研究结果表明,考虑非线性效应时的刚–液耦合系统动力学特性与传统的线性系统模型所显示的动力学特性具有本质区别.本文的研究工作对进一步分析充液航天器刚–液耦合非线性动力学特性具有重要参考价值. 展开更多

关键词 充液航天器 多尺度方法 幅频响应 非线性动力学

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适用于弹性飞机飞行动力学仿真的气动力降阶方法

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作者 师妍 万志强 +1 位作者 吴志刚 巩轶男 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1689-1706,共18页

针对低速太阳能无人机在由阵风引起的大迎角非线性气动力情况下的高精度、高效率气动弹性及飞行动力学工程仿真问题,对气动力降阶方法及其在飞行动力学仿真中的应用进行深入探索。以二维翼型为例,分别基于自回归外部输入模型(ARX)方法... 针对低速太阳能无人机在由阵风引起的大迎角非线性气动力情况下的高精度、高效率气动弹性及飞行动力学工程仿真问题,对气动力降阶方法及其在飞行动力学仿真中的应用进行深入探索。以二维翼型为例,分别基于自回归外部输入模型(ARX)方法、多小波Volterra级数方法、反向传播(BP)、径向基函数(RBF)神经网络方法和支持向量回归(SVR)方法建立了非定常气动力降阶模型,并比较了5种方法的收敛性及泛化能力。在此基础之上综合ARX和神经网络方法的优点提出一种计算精度高,收敛性、泛化能力较强的ARX-BP/RBF组合建模方法。将基于ARXRBF的组合气动力降阶方法和弹性飞机刚弹耦合动力学方程相结合建立基于气动力降阶的弹性飞机飞行动力学仿真模型。以一架太阳能无人机模型为例,开展数值验证,对算例对象在阵风及舵面激励下的响应进行仿真研究,并和计算流体力学(CFD)-计算结构动力学(CSD)结果及基于线性气动力的仿真结果进行对比。结果表明:所建立的弹性飞机仿真模型能有效反映气动力非线性特性,且仿真效率高于CFD-CSD分析方法,适用于工程实践。 展开更多

关键词 气动力降阶 飞行仿真 刚弹耦合动力学方程 太阳能无人机 阵风响应

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细长体自旋与锥动耦合运动作用下的流动结构研究 被引量：3

8

作者 彭程 郭洋 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期519-527,共9页

利用刚性网格运动技术和计算流体力学数值模拟相结合的方法,分析了带鸭舵细长体锥形运动和自转运动耦合作用下的空气动力学特性。研究了带鸭舵细长体耦合运动下的气动力系数随旋转角变化情况,对相同转速、不同攻角下的鸭舵诱导涡系结构... 利用刚性网格运动技术和计算流体力学数值模拟相结合的方法,分析了带鸭舵细长体锥形运动和自转运动耦合作用下的空气动力学特性。研究了带鸭舵细长体耦合运动下的气动力系数随旋转角变化情况,对相同转速、不同攻角下的鸭舵诱导涡系结构和尾翼流场结构进行了对比分析。研究结果表明:耦合运动状态下,细长体的流场结构兼顾锥形运动和自转运动的特点,但又互相干扰、相互融合,涡系发展情况更为复杂,气动力曲线呈现周期性且有规律的振荡;攻角的增加将加剧涡系结构的破坏程度,并改变尾翼附近环状压力等值线的分布形状。 展开更多

关键词 旋转导弹 细长体 锥形运动 自转运动 气动特性

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倾转旋翼机巡航状态旋翼滑流影响 被引量：2

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作者 马铁林 张子伦 +2 位作者 刘振臣 王祥胜 郝帅 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1124-1137,共14页

倾转旋翼机由于需要兼顾垂直起降和高速平飞2种典型工况下的动力需求,采用大直径旋翼作为推进装置会使机翼大部分处于旋翼滑流区内,这与常规螺旋桨飞机存在较大差异。为评估不同数值计算方法并研究旋翼滑流对倾转旋翼机气动特性的影响,... 倾转旋翼机由于需要兼顾垂直起降和高速平飞2种典型工况下的动力需求,采用大直径旋翼作为推进装置会使机翼大部分处于旋翼滑流区内,这与常规螺旋桨飞机存在较大差异。为评估不同数值计算方法并研究旋翼滑流对倾转旋翼机气动特性的影响,针对选取两叶旋翼的某倾转旋翼机方案,利用激励盘模型、多参考系(MRF)模型、滑移网格模型分别进行了巡航状态下旋翼滑流对全机气动特性影响的数值模拟研究。结果表明:相对于无滑流状态,滑流定常影响使全机阻力增大,最大升阻比降低了7.5%,尾翼产生的升力增大,纵向静稳定度增加了17.1%,全机低头力矩增大;当迎角较小时,滑流虽然改变了机翼表面的升力分布,但是全机升力变化不大;滑流非定常影响会使全机气动特性产生周期性波动,升力系数波动幅度为9.0%,阻力系数波动幅度为10.8%,并且随着迎角的增大,波动幅度也越大。 展开更多

关键词 倾转旋翼机 旋翼滑流 激励盘 多参考系(MRF)模型 滑移网格模型 气动特性

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基于时序逻辑的复杂环境下无人机运动规划算法 被引量：3

10

作者 谢国汕 殷志宏 +2 位作者 杨一 李涧青 李超勇 《上海航天（中英文）》 CSCD 2020年第6期69-76,97,共9页

本文主要考虑基于时序逻辑的无人机运动规划问题。一般地,解决该问题的算法包括两个阶段:上层综合阶段生成一条可行的离散规划;低级综合阶段结合离散任务规划设计无人机的控制输入。但是当第一阶段失败时,即线性时序逻辑(LTL)任务在当... 本文主要考虑基于时序逻辑的无人机运动规划问题。一般地,解决该问题的算法包括两个阶段:上层综合阶段生成一条可行的离散规划;低级综合阶段结合离散任务规划设计无人机的控制输入。但是当第一阶段失败时,即线性时序逻辑(LTL)任务在当前环境中无法实现时,我们希望系统能够进行一定的调整。本文提出了一种任务重规划算法,在深入理解模型检查原理的基础上,利用初始任务自动机生成一个松弛乘积自动机,进而获取有效的离散任务规划;同时设计一个自动机的权重函数,确保该规划在最小程度上违背初始任务所提出的约束。本文提出的重规划算法解决了时序逻辑在复杂环境中无法实现的难题,扩大了时序逻辑在无人机运动规划中的应用范围,同时增加了系统的鲁棒性。 展开更多

关键词 无人机 运动规划 时序逻辑 重规划 松弛乘积自动机

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基于自抗扰控制的无人机光电载荷视轴稳定技术 被引量：1

11

作者 孙立志 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第1期104-108,113,共6页

无人机系统重要的侦察设备是光电载荷。为了使光电载荷获得清晰的图像,提出了新的控制策略,以抑制视轴的扰动。首先,以两轴两框架光电载荷为研究对象,分析了其结构和工作原理;然后,分析了影响视轴稳定精度的扰动因素并将其分类;接着,提... 无人机系统重要的侦察设备是光电载荷。为了使光电载荷获得清晰的图像,提出了新的控制策略,以抑制视轴的扰动。首先,以两轴两框架光电载荷为研究对象,分析了其结构和工作原理;然后,分析了影响视轴稳定精度的扰动因素并将其分类;接着,提出了双速度环控制策略,设计了自抗扰稳定控制器;实验研究表明,采用该视轴稳定技术的光电载荷,其扰动抑制的效果能够达到技术指标要求。 展开更多

关键词 侦察无人机 光电载荷 视轴稳定 自抗扰控制 双速度环

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冲压翼伞充气过程的数值模拟 被引量：3

12

作者 田似营 常浩 +1 位作者 凌蕾 杨周 《航空科学技术》 2019年第8期28-34,共7页

基于冲压翼伞的MSD模型,采用流场、结构松耦合方法对冲压翼伞的充气过程开展数值模拟研究。通过将冲压翼伞简化为二维的伞衣剖面,分析单个伞衣剖面受到的气动力、重力和应力,并离散作用于由弹簧阻尼连接的质点上,建立了伞衣多节点模型,... 基于冲压翼伞的MSD模型,采用流场、结构松耦合方法对冲压翼伞的充气过程开展数值模拟研究。通过将冲压翼伞简化为二维的伞衣剖面,分析单个伞衣剖面受到的气动力、重力和应力,并离散作用于由弹簧阻尼连接的质点上,建立了伞衣多节点模型,编写了多节点模型动力学方程组解算代码。结合流场计算得到的伞衣充气过程表面的气动力,对充气过程进行了动态仿真,初步分析了翼伞充气过程伞衣外形、流场和气动特性变化特点。 展开更多

关键词 冲压翼伞 MSD模型 松耦合 充气过程 数值模拟

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超高速飞行器平尾大迎角气动弹性特性研究

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作者 郝帅 马铁林 +3 位作者 王一 张子伦 罗文莉 向锦武 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期983-993,共11页

临近空间超高速飞行器在飞行过程中受到外部干扰作用时会出现大迎角飞行姿态,此时需大角度偏转全动平尾进行配平,带来平尾大迎角下的气动弹性问题。采用计算流体力学/计算固体力学/计算热力学(CFD/CSD/CTD)耦合方法分析了一种超高速飞... 临近空间超高速飞行器在飞行过程中受到外部干扰作用时会出现大迎角飞行姿态,此时需大角度偏转全动平尾进行配平,带来平尾大迎角下的气动弹性问题。采用计算流体力学/计算固体力学/计算热力学(CFD/CSD/CTD)耦合方法分析了一种超高速飞行器全动平尾的气动弹性特性,重点研究了大迎角下平尾的气动响应及结构变形特点。结果表明:各迎角时的气动力曲线均出现波动,随时间变化逐渐衰减至平衡位置。迎角越大,初始振幅越大,气动力系数减小的比例越大,但随时间衰减得越快。平尾存在弯曲/扭转耦合现象,结构变形导致表面压力分布发生变化,使得整体压力减小、升力系数降低,迎角越大现象越明显。平尾最大应力在迎角30°时达1.2 GPa,已达到所用镍合金材料的屈服强度极限。应在结构设计时在翼轴与平尾接触部位附近加强,或在控制方案设计时限制全动平尾的工作角度。结构发生轴向与法向变形,轴向变形主要由气动热引起,法向变形由气动力和气动热共同引起。 展开更多

关键词 超高速 全动平尾 大迎角 气动弹性 响应特性

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