高速飞行器气动控制耦合优化设计方法研究

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作者 董超 潘鑫 +1 位作者 姜璐璐 陈刚 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期196-204,共9页

针对传统串行设计过程由于空气动力学和控制系统数学模型复杂、无法综合考虑气动和控制的多目标优化的问题,提出了一种面向高速飞行器气动控制耦合优化设计方法。基于气动单学科代理优化(SBO)算法,将飞行器主动控制技术(ACT)的思想与多... 针对传统串行设计过程由于空气动力学和控制系统数学模型复杂、无法综合考虑气动和控制的多目标优化的问题,提出了一种面向高速飞行器气动控制耦合优化设计方法。基于气动单学科代理优化(SBO)算法,将飞行器主动控制技术(ACT)的思想与多学科优化方法(MDO)相结合,构建了高速飞行器气动控制耦合多目标优化流程架构。在2马赫来流条件下,对带有控制舵的双锥体外形开展了气动耦合优化设计研究,以提升飞行器的气动性能和控制能力为优化目标。结果表明:经过气动控制耦合优化后的最优模型在超声速环境下,升力系数和升阻比分别提升了0.401%、2.999%,同时超调量与控制增益分别降低了2.769%、0.655%,气动性能和控制能力得到提升,验证了耦合策略的可行性;气动控制耦合优化的最优模型不仅使飞行器在超声速工作环境下性能更卓越,还有助于降低后续控制系统的设计难度,提高飞行器设计效率。所提气动控制耦合优化设计方法为高速飞行器的先进设计提供了必要的技术支撑。 展开更多

关键词 高速飞行器 气动控制耦合 多学科优化 外形设计

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存在证据冲突的临近空间飞行器遥测数据相关性评价与融合方法

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作者 张少杰 荣海军 +1 位作者 杨朝旭 侯凯振 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期100-109,共10页

为了解决单一的相关性分析方法在分析临近空间飞行器遥测数据时存在局限性以及证据冲突问题,在相关系数分析评价与优势组合的基础上,提出了基于支持因子的证据理论融合算法。首先分别利用Pearson相关系数、Spearman相关系数与距离相关... 为了解决单一的相关性分析方法在分析临近空间飞行器遥测数据时存在局限性以及证据冲突问题,在相关系数分析评价与优势组合的基础上,提出了基于支持因子的证据理论融合算法。首先分别利用Pearson相关系数、Spearman相关系数与距离相关系数对遥测数据进行相关性评价分析,表明3种相关系数可优势互补。其次,建立了基于支持因子的证据理论融合算法,实现证据的冲突基本概率赋值函数分配,避免Dempster-Shafer证据理论(D-S证据理论)的一票否决和合成规则失效问题。最后,利用3种相关系数构造相关性证据并开展遥测数据相关性分析实验。结果表明:基于支持因子的证据理论融合方法能使Pearson相关系数、Spearman相关系数与距离相关系数的证据融合更加合理;在证据冲突大的情况下,相比相容系数的证据理论融合方法,相关概率计算结果准确度提高约6.55%,能更有效地处理证据冲突问题。 展开更多

关键词 遥测数据 相关系数 证据冲突 支持因子 D-S证据理论

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翼型下表面柔性襟翼流动控制机理研究 被引量：1

3

作者 孟俊苗 韩佳坤 陈刚 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期22-30,共9页

为解决低雷诺数下仿生飞行器设计中边界层流动分离这一热点问题,仿照鸟类次级羽毛的流动控制机制,提出了利用翼型下表面柔性襟翼进行非定常流动控制的方法。建立了一种以浸入边界法为核心的通用IB-LB-FEM流固耦合数值模拟框架,并系统研... 为解决低雷诺数下仿生飞行器设计中边界层流动分离这一热点问题,仿照鸟类次级羽毛的流动控制机制,提出了利用翼型下表面柔性襟翼进行非定常流动控制的方法。建立了一种以浸入边界法为核心的通用IB-LB-FEM流固耦合数值模拟框架,并系统研究了下表面柔性襟翼位置和刚度系数对NACA0012翼型非定常流动的影响,揭示了柔性襟翼流固耦合效应下的变形规律及其非定常流动控制机理。研究结果表明:当柔性襟翼靠近尾缘时,其对翼型气动性能的影响较为明显,其中最大平均升阻比相比无襟翼翼型提升了33.32%;下表面柔性襟翼并没有直接参与翼型表面流动分离的控制,但其通过扰动翼型下表面的非定常流动在襟翼后方形成新的流动分离从而影响了翼型的气动特性。此外,改变下表面柔性襟翼的刚度系数,将充分利用流固耦合特性有效改善翼型的气动性能。研究对于深入柔性襟翼流动控制机理,解决仿生飞行器的流动分离提供了新的研究思路。 展开更多

关键词 柔性襟翼 浸入边界法 流动控制 流固耦合 非定常流动

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非保形平流层飞艇升空过程热力耦合建模与压差控制分析

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作者 侯凯振 杨朝旭 +1 位作者 荣海军 靳鹏飞 《航天控制》 CSCD 北大核心 2023年第3期33-42,共10页

针对非保形平流层飞艇升空过程中气囊膨胀导致压强变化的问题,将飞艇升空阶段分为自由膨胀上升阶段和成形上升阶段,建立非保形平流层飞艇升空热力耦合模型,该模型很好地反映了飞艇内部的气体体积变化和压强变化,为研究平流层飞艇压差控... 针对非保形平流层飞艇升空过程中气囊膨胀导致压强变化的问题,将飞艇升空阶段分为自由膨胀上升阶段和成形上升阶段,建立非保形平流层飞艇升空热力耦合模型,该模型很好地反映了飞艇内部的气体体积变化和压强变化,为研究平流层飞艇压差控制提供模型基础;考虑飞艇内部状态不能实时获取,提出基于模糊观测器的平流层飞艇压差控制方法,为保证在线学习能力,采用在线顺序模糊极限学习机(OS-Fuzzy-ELM)去训练模糊系统参数。对非保形平流层飞艇升空过程进行运动仿真分析,阐述了控制飞艇压差的必要性;对不同目标压强差下的压差控制进行仿真分析。结果表明,所设计的压差控制器具有良好的输入跟踪能力,对飞艇压差控制器的设计具有重要参考价值。 展开更多

关键词 平流层飞艇 热力耦合建模 压差控制 模糊观测器

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多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命预测方法 被引量：37

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作者 赵广社 吴思思 荣海军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期150-155,172,共7页

针对统计数据驱动方法中多变量无法建立退化模型的问题,提出了一种多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命(RUL)预测方法。建立了基于欧氏距离的航空发动机监测信息融合模型,综合多源监测数据以量化发动机健康状态退化过程;构建了基于非... 针对统计数据驱动方法中多变量无法建立退化模型的问题,提出了一种多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命(RUL)预测方法。建立了基于欧氏距离的航空发动机监测信息融合模型,综合多源监测数据以量化发动机健康状态退化过程;构建了基于非线性漂移维纳过程的航空发动机退化模型,推导发动机剩余寿命概率密度函数解析式,实现对发动机剩余寿命的估计。选取C-MAPSS数据集进行仿真实验,结果表明,与已有研究结果相比,所提方法预测结果在确定系数和惩罚得分两项均有所改进。该方法可为其他非线性退化系统的RUL预测提供一定的参考。 展开更多

关键词 剩余寿命 航空发动机 概率密度函数 统计数据驱动

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应用LabVIEW软件开发的气体绝缘金属封闭开关设备声振联合检测系统 被引量：12

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作者 王永泉 杨朝旭 +2 位作者 周淳 张涛 陶思宇 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期131-140,共10页

为在线采集气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部异物缺陷作用下的声发射、振动信号,并满足GIS检测工作需要数据采集、记录、异物缺陷分析和评估等对检测系统功能的要求,基于LabVIEW软件开发了一套GIS声振联合检测系统。首先,在分析系统... 为在线采集气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部异物缺陷作用下的声发射、振动信号,并满足GIS检测工作需要数据采集、记录、异物缺陷分析和评估等对检测系统功能的要求,基于LabVIEW软件开发了一套GIS声振联合检测系统。首先,在分析系统功能需求的基础上,采用声发射、振动传感器和高速数据采集卡等搭建多通道便携式GIS声振信号采集装置;其次,运用模块化和功能化的设计思想,在软件设计中重点开发集声、振两路信号的采集与记录、分析与处理、存储与查看等功能模块,开发测试和评估界面;最后,利用环境类传感器搭建GIS检测场景环境变量检测模块,并调用Matlab软件对提取到的声振信号进行频谱分析和结果评估。实验结果表明,系统通过连接测量传感器可有效获得GIS异物缺陷产生的声振信号,实现GIS内部异物缺陷自由金属颗粒的三维动态仿真和飞行图图谱功能。所开发系统功能可扩展性强,软件界面简洁直观、易于操作,对GIS异物缺陷检测准确率高于90%,为GIS检测工作带来了便利。 展开更多

关键词 气体绝缘封闭开关设备 LABVIEW 声振联合 异物缺陷检测

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几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响研究 被引量：7

7

作者 陈刚 苑宗敬 +2 位作者 张鸿志 韩佳坤 龚春林 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期131-137,共7页

为了研究几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响,基于IB-LBM算法开发了可在天河2号超级计算机上运行的大规模并行求解器。实现过程包括用浸入边界法在翼型表面构造力函数,并通过插值函数将翼型表面的力函数分散到周围流体网格点,然后... 为了研究几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响,基于IB-LBM算法开发了可在天河2号超级计算机上运行的大规模并行求解器。实现过程包括用浸入边界法在翼型表面构造力函数,并通过插值函数将翼型表面的力函数分散到周围流体网格点,然后通过格子波尔兹曼方法进行流体计算,更新速度场。以椭球翼、平板翼、NACA0012翼、长方体翼为研究对象,系统研究了仿生翼的几何形状对推力系数与涡系结构的影响。研究表明:椭球翼表面的涡系结构饱满且距离翼型表面最近,其推进性能最好;NACA0012翼和平板翼的涡系结构类似,推进性能相近;长方体翼由于钝体效应导致涡系结构细小且距离翼型表面较远,其推进性能最差。研究结果表明,在仿生飞行器设计中,应避免采用类似于长方体外形的钝体仿生翼,椭球翼推进性能最佳,但是由于椭球型质量分布导致对仿生飞行器连接部位质量要求较高,可采用推进性能相近的平板翼。 展开更多

关键词 仿生运动翼 浸入边界法 格子玻尔兹曼法 推进性能 几何参数

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考虑热场的重型燃气轮机组合转子盘间接触应力分析 被引量：3

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作者 卓明 杨利花 +1 位作者 夏凯 虞烈 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期58-64,共7页

为了研究重型燃气轮机组合转子热场引起的盘间接触应力分布变化,建立了组合转子的1/12循环对称有限元模型。对组合转子的冷态预紧、升速工况及其应用于燃气-蒸汽联合循环发电机组的一个典型工作循环,分别进行了结构分析和热-结构耦合分... 为了研究重型燃气轮机组合转子热场引起的盘间接触应力分布变化,建立了组合转子的1/12循环对称有限元模型。对组合转子的冷态预紧、升速工况及其应用于燃气-蒸汽联合循环发电机组的一个典型工作循环,分别进行了结构分析和热-结构耦合分析,得到了冷态、稳态、启停、盘车工况下各盘间接触应力分布的变化规律。结果表明:稳态温度场引起的盘间接触应力均值最大降幅为15%,冷启动过程中关键接触界面的接触应力均值最大增幅为33%,且接触应力分布不均匀性变化最大。从盘间接触应力均值和接触应力分布均匀性来说,热载荷是组合转子结构完整性的不利因素,在设计盘间接触界面及拉杆预紧力的安全裕度时应充分考虑。 展开更多

关键词 燃气轮机 组合转子 接触应力 温度场 热-结构耦合分析

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低雷诺数下展弦比对仿生拍动翼推进性能的影响研究 被引量：4

9

作者 苑宗敬 韩佳坤 陈刚 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期156-162,共7页

研究自然界中生物的非定常运动对于人类开发新概念飞行器和水下航行器具有重要指导意义。本文采用浸入边界格子玻尔兹曼方法(IB-LBM),发展了一套三维IB-LBM并行求解器。以NACA0012仿生拍动翼为对象,在中国天河2号超级计算机上对不同展... 研究自然界中生物的非定常运动对于人类开发新概念飞行器和水下航行器具有重要指导意义。本文采用浸入边界格子玻尔兹曼方法(IB-LBM),发展了一套三维IB-LBM并行求解器。以NACA0012仿生拍动翼为对象,在中国天河2号超级计算机上对不同展弦比在低雷诺数条件下对其推进性能影响进行大规模数值。捕捉到了NACA0012拍动翼尾迹区中的精细涡系结构及其演化过程,给出了NACA0012翼拍动过程中产生的非定常力的变化趋势。研究结果表明:随着展弦比增加NACA0012拍动翼尾迹区中涡系结构二维效应越发明显,而其推进性能则随着展弦比增大先增加后减小。因此在设计仿生扑动翼时必须仔细选择仿生翼的展弦比。 展开更多

关键词 NACA0012仿生翼 浸入边界法 格子玻尔兹曼方法 涡系结构 推力系数

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阈值自适应的极线距离变换算法及其在立体匹配中的应用 被引量：1

10

作者 王瑞 杨朝旭 +2 位作者 荣海军 张涛 刘馨媛 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期132-140,共9页

为了提升图像在不重叠区域和弱纹理区域的匹配率,提出一种基于图像局部纹理信息的阈值自适应的极线距离变换(AT-EDT)算法。选取左右视图对应视差范围内的点,将对应点在特定窗口中的灰度信息作为参考,去除图像不重叠区域;针对在极线距离... 为了提升图像在不重叠区域和弱纹理区域的匹配率,提出一种基于图像局部纹理信息的阈值自适应的极线距离变换(AT-EDT)算法。选取左右视图对应视差范围内的点,将对应点在特定窗口中的灰度信息作为参考,去除图像不重叠区域;针对在极线距离变换(EDT)中使用固定阈值会产生二次弱纹理和重复纹理的现象,将局部标准差与灰度梯度进行融合来表示图像局部纹理信息,并由此信息获得图像中每个像素对应的距离变换阈值;利用AT-EDT算法对图像进行变换,并通过立体匹配得到最终视差图。实验结果表明:利用AT-EDT算法可有效去除图像的不重叠区域并显著提升弱纹理区域的像素可分性,同时避免了EDT算法导致的二次弱纹理和重复纹理现象;对变换后的图像进行立体匹配,可有效提升视差图的深度连续性;与EDT后的图像立体匹配得到的视差图相比,AT-EDT的匹配率至少提升了20%。 展开更多

关键词 立体匹配 弱纹理 阈值自适应 极线距离变换 图像重叠区域分割

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采用仿射迭代最近点的晶圆分割方法 被引量：1

11

作者 杨静 尚夏 +1 位作者 荣海军 杜少毅 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期56-61,共6页

针对依赖硬件设施的晶圆分割方法存在生产成本高、工艺复杂且分割效果不稳定的问题,提出以仿射迭代最近点(ICP)算法为核心的基于图像形状配准思想的晶圆分割方法。该方法采用Canny算子提取图像边缘,建立晶圆模板图像与目标图像的特征点... 针对依赖硬件设施的晶圆分割方法存在生产成本高、工艺复杂且分割效果不稳定的问题,提出以仿射迭代最近点(ICP)算法为核心的基于图像形状配准思想的晶圆分割方法。该方法采用Canny算子提取图像边缘,建立晶圆模板图像与目标图像的特征点集;对目标图像的边缘图像进行基于Hough的直线检测,得到粗略的晶圆矩形边框信息;以矩形左上角的点坐标作为匹配搜索区域的初始值进行基于仿射ICP算法的精确配准,通过晶圆产品图像与模板图像的特征匹配,实现晶圆的快速、准确分割。理论分析及实验结果表明:该方法计算复杂度较低,单独样本分割时间约为0.9s,样本分割精度明显高于其他算法,满足自动化生产线的实时在线检测需求。 展开更多

关键词 晶圆分割 直线检测 形状配准 仿射迭代最近点

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多孔压电分流超材料及其带隙特性研究

12

作者 肖峰 张红艳 +1 位作者 郭少杰 白长青 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期136-142,共7页

设计了一种新型多孔压电分流超材料构型,以单、双孔元胞构型为例,研究了其带隙特性和有限周期振动传递特性,并与未开孔压电分流超材料板进行了对比分析。计算结果表明:与未开孔压电超材料相比,两种构型在低频处的压电局域共振带隙频率更... 设计了一种新型多孔压电分流超材料构型,以单、双孔元胞构型为例,研究了其带隙特性和有限周期振动传递特性,并与未开孔压电分流超材料板进行了对比分析。计算结果表明:与未开孔压电超材料相比,两种构型在低频处的压电局域共振带隙频率更低,带宽变窄,且均会在高频范围内出现额外带隙,随着孔宽δ的增大,额外带隙数量逐渐增多;对应特定的孔宽δ的两种元胞构型均产生带宽大于1kHz的超宽带隙。该构型结合了压电分流超材料和声子晶体的特点,与传统未开孔压电分流超材料相比,具备低频和高频同时抑振的特性。 展开更多

关键词 压电分流超材料 能带结构 带隙特性 有限元法

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