城市实景模型结构化线面特征重构方法

为了改善城市实景模型边缘模糊,提出了一种曲率引导的结构化线面特征重构方法。根据曲率特征将网格分割为平面、可展凹、可展凸以及不可展曲面4类,在平面分割结果内提取平面,在可展凹和可展凸分割结果内提取直线,对过度弯曲的不可展区域进行保留,最终形成包含几何特征的复合网格模型。结果表明,结合曲率信息预先设置几何特征的潜在范围,使得结构化线面特征更可靠,同时保证城市实景中复杂的树结构不被错误地提取为平面。

螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术综述

随着螺旋桨发动机安装系统国产化研制进程的加快,需要开展相关的安装系统技术研究,而动力学设计是其中的重要组成部分。本文对比分析了不同结构形式安装系统的动态性能特点,进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计的技术要求,梳理了安装系统动力学设计技术的发展历程和国内外现状,指出国内外差距主要体现在设计理念、关键技术和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术的发展趋势,为当前及未来螺旋桨发动机安装系统的设计技术研究提供了参考。

大型飞机多支柱交联式起落架一体化载荷校准及建模研究

针对某大型飞机多支柱交联式起落架结构受力及传力特点,首次采用一体校准、独立建模的载荷试验方法,三支柱起落架侧挂正向一体安装、一体加载,解决了多支柱之间的载荷影响问题。根据交联式多支柱结构受力及传力特点,进行应变电桥及载荷工况设计,载荷工况既包括常规的单支柱加载,还包括满足多支柱影响的两支柱及三支柱组合加载工况。提出了多支柱广义响应系数概念,并通过广义响应系数对支柱之间的影响效果进行分析,显示支柱载荷向前单向传递,后支柱影响紧邻前支柱,前支柱不影响后支柱。据此提出了支柱独立建模、载荷逐次迭代、基于广义响应系数的支柱消扰载荷建模方法,获得了满足精度要求的载荷模型。

氢电-锂电通勤飞机分布式推进系统匹配设计

针对通勤类飞机总体设计参数和飞行任务剖面需求,根据氢电-锂电推进系统架构方案,提出了推进系统参数匹配方法和能源动态平衡管理策略。以19座级通勤飞机作为验证对象,对其动力装置和储备能源进行了选型和管理研究。根据选型的分布式推进气动布局方案,进一步采用全析因试验设计方法分析了螺旋桨转向对飞机气动特性的影响,获得了有利于飞机巡航状态的螺旋桨转向配置方案。

公务机驾驶舱内饰布局设计感性评价

为提升公务机的航空安全和适航性能,营造合适的驾驶舱环境氛围,构建了公务机驾驶舱内饰布局设计的感性评价模型,提出了系统化的设计知识以指导公务机驾驶舱内饰布局的感性设计优化。首先,基于图像边缘检测技术提取设计特征,建立了公务机驾驶舱内饰布局设计案例库。其次,通过对感性语汇的搜集与聚类,构建了能诠释公务机驾驶舱内饰布局设计表象、抽象、意象信息的“实体层—秩序层—氛围层”感性意象空间。然后,融合“主观评价—眼动—面部表情”3个指标的数据,从“实体层—秩序层—氛围层”3个感性意象评价维度建立了公务机驾驶舱内饰布局设计的综合感性评价模型。最后,分别从整体层和细节层两个层次剖析了公务机驾驶舱内饰布局设计特征与感性评价之间的映射关系,并形成系统的设计优化知识。为公务机驾驶舱内饰布局设计感性评价提供了新的实验范式及数据分析体系,为其内饰布局设计提供了方法指导。

基于正交试验的民用飞机抗爆结构参数敏感性分析

最小风险炸弹位置(LRBL)结构是放置飞机上可疑爆炸物的装置,探究结构尺寸和炸药位置对其抗爆性能的影响程度可为其改进设计提供参考。基于正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以LRBL结构各危险部位的最大应变和变形为评价指标,分别运用极差分析法和方差分析法对LRBL结构的罐体壁厚、底盖厚度、连接凸台厚度、剪切销直径和炸药位置5个影响因素开展参数敏感性分析。结果表明:在200 g炸药当量的工况下,各因素对LRBL结构的抗爆性能的影响显著程度从大到小为炸药位置、罐体壁厚、底盖厚度、凸台厚度和剪切销直径;结合评价指标综合分析得到各个因素最优水平下的LRBL结构设计方案。

变体飞行器智能材料驱动器和柔性蒙皮研究进展

变体飞行器需要改变气动外形以在不同的工况下获得最佳的气动性能,智能材料驱动器和柔性蒙皮是变体飞行器的关键技术。智能材料具有质量轻、结构简单、驱动力大等优点,柔性蒙皮可满足大变形、承受局部气动载荷的要求,二者均具有非常好的应用前景。本文阐述了形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料驱动器的研究进展,分析了基于材料弹性和基于结构的柔性蒙皮发展现状,并对智能材料驱动器和柔性蒙皮研究存在的问题和发展方向进行了总结和展望。

拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。

梯度风场滑翔仿生飞行器设计与仿真

将信天翁从梯度风场中获取能量滑翔数千英里的飞行策略应用在飞行器上是突破飞行器续航瓶颈的重要方法之一。本文结合信天翁身体特性和飞行策略,设计了一种具有信天翁仿生外形、气动布局和控制方式的仿信天翁飞行器,巡航时升阻比为梯形翼飞行器的1.13倍,最大可达梯形翼飞行器升阻比的1.31倍,通过翼尖变形阻力最高可减小12%,翼根载荷减小35%。根据信天翁在滑翔时不时扑动翅膀的行为提出了间歇动力梯度风滑翔方法,对仿信天翁飞行器进行了风梯度滑翔操控性能仿真。结果表明实际飞行路径与风梯度滑翔路径的误差小于5%,能量消耗为匀速飞行的51.5%,验证了间歇动力梯度风滑翔策略的合理性。

垂直起降无人机气动布局设计研究进展

垂直起降无人机是当前航空领域的研究热点。文章介绍了倾转旋翼、倾转涵道和双系统式三类垂直起降无人机的工作原理和典型机型,分析和讨论了其气动布局特征及其设计研究进展,提出了垂直起降无人机气动布局设计和优化、飞行控制、侧风效应和结构轻量化设计方面的研究建议。

ML组合的CYGNSS海面风速反演质量控制模型

卷积神经网络(CNN)可用于气旋全球导航卫星系统(CYGNSS)的海面风速反演。虽然在模型训练前设置了质量控制指标来检测和削弱CYGNSS的异常观测数据,但CYGNSS观测数据中仍存在异常值导致模型反演精度降低,甚至出现错误反演结果。因此,提出一种基于机器学习(ML)组合的海面风速反演模型。在基于CNN回归模型的CYGNSS反演海面风速基础上,ML分类模型生成CNN回归结果的质量标志位,该标志位可以检测并删除CNN回归结果的异常值,进一步提高风速反演结果的数据质量,ML分类模型能够更好地考虑各种数据误差之间的相互作用,而不是单独使用每个条件的阈值,以达到更优的海面风速反演精度的效果。实验对比了Logistic回归(LR)、决策树(DT)、朴素贝叶斯模型、K最邻近(KNN)算法、神经网络(NN)模型、支持向量机(SVM)算法等6个分类模型,其中,基于KNN算法的分类模型对风速反演质量控制的效果最优。所提风速反演组合模型显著提高了反演结果的精度,在0~20 m/s区间内,异常样本过滤率为81.27%,在所有被过滤的数据中,过滤正确率为86.03%;风速反演误差的均方根误差从无ML分类模型的1.7 m/s降低到有ML分类模型的1.44 m/s,其中,训练样本为0~10 m/s的反演结果精度提升效果较为明显,证明了所提风速反演组合模型对风速质量控制的有效性。

考虑配平特性的超声速客机低声爆气动布局优化研究

降低声爆水平是下一代超声速运输机研制需要解决的关键问题之一。低声爆优化通常使飞行器布局向着机翼后掠角增大、机翼沿机身方向分布范围增大的趋势发展,给飞行器的配平和低速特性带来不利影响。以某超声速客机基本构型为研究对象,建立基于类别/形状函数的翼身组合体参数化建模方法;基于超声速线化理论分析外形几何参数对声爆水平的影响。在此基础上,分别针对机身轮廓、机翼平面形状以及扭转角分布对该构型进行低声爆优化和俯仰力矩特性优化,并采用CFD方法对优化结果进行校核。结果表明:与基准构型相比,在不显著增加俯仰力矩的基础上,优化构型的阻力降低了19 cts,近场过压显著降低,地面声爆响度降低5.1 PLdB。

考虑磨损演化的铰链式襟翼机构动力学仿真研究

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。

舰载直升机主动甲板着舰气动载荷特性

被动与主动流动控制可减小舰艇艉流强度,但直升机着舰甲板处仍存在明显回流现象,由此导致直升机气动载荷变化显著。提出了自动升降的舰艇主动甲板,建立基于格子玻尔兹曼方法 (LBM)的舰艇主动甲板流场分析方法,并结合单向耦合模型,嵌入旋翼黏性涡粒子法,研究直升机主动甲板着舰气动载荷特性。通过与SFS2舰艇流场试验、分离涡模拟(DES)方法、大涡模拟(LES)方法比较,验证了所建方法的准确性。随后研究主动甲板对舰艇流场和直升机着舰气动载荷的影响特性。结果表明:相比于标准SFS2舰艇,主动甲板有效抑制了直升机着舰甲板处回流,以及直升机旋翼拉力损失、滚转和俯仰力矩,最大降幅分别为21.6%、55.1%、74.6%。

一种多段机翼水面起降地效无人机气动特性

为改善水面起降性能和气动性能,基于船身式机身、多段机翼和T尾融合设计思路,提出并设计了一种新型仿生式多段机翼地效无人机方案,采用N-S方程和K-Ω-SST湍流模型,详细研究了该型无人机在不同状态下的压力云图、压力系数及升阻特性。仿真结果表明,地效作用随离水高度的增加而减小,离水高度与平均几何弦长之比(高度弦长比H/c)接近1时,地效作用较为显著,无人机在离水高度0.2 m时,升力系数、升阻比分别提升21.91%和40.37%,阻力系数降低15.22%;对提出的多段机翼布局,地效飞行主要影响下表面压力系数和压力云图,下表面压力系数展向上由内向外正压增幅逐渐减小,弦向上前后缘附近压力系数较小,结合压力云图分析,地效对升力增幅的影响主要集中在中段和内段机翼下方区域;地效飞行可明显提高升力线斜率(H/c为1时提高了8.89%),迎角增加时升力系数增幅和阻力系数降幅均逐渐变大,升阻比增幅(H/c为1)在迎角2°后均达到26%以上;通过验证机的多轮水面起降和有、无地效飞行试验,证明设计方案具有优秀的气动性能和飞行性能,可为水质检测、水面地效运输、搜救侦察等提供应用平台。

舰载机前起落架缓冲性能参数敏感性研究

为了同时满足缓冲和突伸性能,舰载机前起落架常采用双腔缓冲器设计。以某型机前起落架为研究对象,建立前起落架缓冲性能分析动力学模型,并将仿真计算结果与试验结果进行验证对比,验证理论模型的有效性和正确性。对缓冲器高、低压腔初始压力以及体积占比进行参数敏感性分析。结果表明,高、低压腔初始充填压力和体积占比对起落架缓冲性能的影响有别于它们对突伸性能的影响,所以对舰载机前起落架缓冲器的设计需不断优化,同时兼顾缓冲和突伸性能。

高速飞行器气动控制耦合优化设计方法研究

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。

基于中国鸟情的鸟撞适航条款充分性和适宜性

以中国民航近十余年运输类飞机鸟撞信息为数据源,利用混合威布尔函数拟合鸟撞能量分布,并应用列文伯格-马夸尔特(L-M)寻优算法得到更为精确的拟合分布参数估计值。对照安全性指标,通过鸟撞能量分布函数评估出现有鸟撞适航条款对机翼而言是具有充分性和适宜性的,对尾翼而言具有充分性但过于保守。以发生灾难性事故的安全性指标为依据,中国鸟情环境下机翼结构抗鸟撞鸟体质量最低适航要求为1.218 kg;同时验证了美国联邦航空局(FAA)在美国鸟情环境下提高机翼结构抗鸟撞鸟体质量最低适航要求的愿景(约3.6 kg),证明了基于两重两参数混合威布尔分布的鸟撞冲击能量统计分析方法的有效性及结果的可信度,为中国民航自主修订相关适航条款修订提供了理论依据和实践参考。

边防哨所风光耦合制氢系统的配置优化

为解决边防哨所地处偏远、环境复杂、对能源需求大且上网成本高的问题,利用风光资源的互补性及氢能的能量密度高、绿色清洁等特点,提出了建立以风能和太阳能作为主要发电能源的风光耦合制氢系统,并选择氢能单元作为系统的储能单元,以满足边防哨所对能源多样性的需求,提高哨所从周边环境获取能量的能力。建立风光耦合制氢系统各子系统数学模型,以减小系统成本、提高可再生能源利用率、增大氢能产量为目标进行系统建设配置优化,选择系统各组件的额定功率作为设计变量,具体地区气象数据作为输入,利用第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解,对优化得到的帕累托解集进行决策。通过层次图的绘制实现多维帕累托前沿可视化,得到了最优配置方案,并与未优化配置方案等进行对比,保障供电可靠性的同时可大幅度提高能源利用率、降低配置成本。

基于损失平滑的对抗样本攻击方法

深度神经网络(DNNs)容易受到对抗样本的攻击,现有基于动量的对抗样本生成方法虽然可以达到接近100%的白盒攻击成功率,但是在攻击其他模型时效果仍不理想,黑盒攻击成功率较低。针对此,提出一种基于损失平滑的对抗样本攻击方法来提高对抗样本的可迁移性。在每一步计算梯度的迭代过程中,不直接使用当前梯度,而是使用局部平均梯度来累积动量,以此来抑制损失函数曲面存在的局部振荡现象,从而稳定更新方向,逃离局部极值点。在ImageNet数据集上的大量实验结果表明:所提方法与现有基于动量的方法相比,在单个模型攻击实验中的平均黑盒攻击成功率分别提升了38.07%和27.77%,在集成模型攻击实验中的平均黑盒攻击成功率分别提升了32.50%和28.63%。