多尺度特征与注意力检测头的轻量化FOD检测

针对现阶段机场跑道异物碎片(FOD)目标检测算法存在的缺陷,进行了降低参数量和提高精度的改进。以你只看一次(YOLO)v5s目标检测算法为基础,提出多尺度特征与注意力检测头的轻量化FOD检测算法。首先,提出一种全新的轻量化网络结构。该结构使用深度可分离卷积和逐点卷积,并设计大卷积核架构,使模型感受野提升,从而解决大量特征图冗余问题。接着,融合多尺度特征图。通过移除大目标检测层、增加小目标检测层,在提升小目标检测能力的同时降低网络参数量。最后,提出一种动态头部框架来统一目标检测头和注意力,通过连贯地结合多个自注意力机制,进一步提升了网络检测精度。试验结果表明:所提出的使用鬼影卷积大卷积核架构下的多尺度特征注意力检测头的YOLOv5s(GRD-YOLOv5s)网络的参数量减少为3.39 MB,仅为原网络的48%;平均检测精度从98.40%提升至99.45%;检测速度为53.42帧/秒。该网络的提出为实现对小目标的准确检测提供了新思路。

FOD对TC4合金扩散焊板材HCF性能影响

针对外物损伤(FOD)对航空发动机宽弦空心风扇叶片高循环疲劳(HCF)性能的影响,以TC4合金3层扩散焊板件模拟宽弦空心风扇叶片典型冲击部位,采用空气炮法对TC4合金3层扩散焊板进行FOD模拟试验,对冲击角度为25°、40°和80°时的损伤状况进行了宏微观测量;采用逐级加载法对FOD后的扩散焊焊板进行HCF强度试验,获得各条件下扩散焊板件的条件疲劳极限。结果表明:在各冲击条件下,冲击角度为25°时对材料造成的损伤最严重,HCF强度降低幅度最大;FOD不仅会造成材料表面损伤,还会对内部焊缝层造成损伤。在上述因素共同作用下,扩散焊板件FOD后HCF强度显著降低,相应的疲劳缺口系数明显增大。

用于FOD探测的毫米波-光电一体化复合天线设计

机场跑道异物探测是飞行安全的重要保障措施之一。从发展趋势看,“雷达+光电”的多源复合探测系统是机场跑道异物探测技术的发展方向,迫切需要高集成度、高协调性的一体化设备。文章针对跑道异物探测场景,基于光电探测和雷达原理,通过异形天线设计,高效分配毫米波探测和光学探测能力、合理规划毫米波天线口面和光学探测镜头布局,进行光学成像系统和毫米波系统的协同设计和优化,实现该复合探测系统前端最重要的一体化探测天线。该复合天线在确保最大限度发挥光电和毫米波雷达探测能力的同时,获得紧凑、合理的一体化结构,为高集成度、高性能的多源探测系统奠定技术基础。

民机试飞中基于图像分割和水雾模型FOD检测

机场外来物(FOD)给机场带来安全隐患。针对FOD雷达检测成本高以及环境因素限制等问题,以民机试飞跑道为对象,提出采用图像分割和水雾模型法对试飞跑道上的FOD进行智能识别,为试飞安全提供保障。研究了灰度检测、主动轮廓检测和大津法检测对FOD的识别效果。结果表明:图像灰度检测FOD轮廓存在较多的不连续区域,主动轮廓检测对单个FOD识别效果较好,采用大津法时,跑道线会对自适应阈值产生较大干扰,FOD图像轮廓与背景区别不明显。水雾模型法可以快速检测试飞跑道内的多个FOD,检测时间小于5 s,识别准确率95.67%。

基于CFAR和Duffing振子的FOD联合检测算法

机场跑道异物(Foreign Object Debris,FOD)对飞行器的安全运行危害巨大。图像处理识别目标,容易受到天气、光照的影响;毫米波雷达中常用的杂波图CFAR检测算法由于机场跑道的散射,在信杂比较低时,存在虚警较大的问题。针对现有的问题,提出一种CFAR与Duffing振子相结合的双层异物检测算法。利用传统的杂波图CFAR抑制杂波、设置阈值处理后,得到含有虚警信号的FOD回波信号,并提取FOD目标信号或者是虚警信号对应的频率信息,生成Duffing振子对应的本帧信号;再对FOD回波信号进行检测以剔除虚警信号,筛选出目标信号。通过Monte Carlo仿真验证了算法的有效性。

2D-SiC/SiC复合材料的弹丸冲击损伤及冲击后拉伸性能

连续纤维增韧陶瓷基复合材料以其良好的高温性能而被广泛应用在航空发动机等高温部件处,但服役过程中容易受到异物碎片冲击,这受到了广泛关注。研究采用轻气炮对化学气相渗透(CVI)技术制备的2D-SiC/SiC试样进行弹丸冲击,利用高速摄像机记录冲击过程,使用光学显微镜和CT观察异物损伤(FOD)的表面和内部结构,探讨了2D-SiC/SiC复合材料的高速冲击损伤特性。结果表明,2D-SiC/SiC复合材料的高速冲击损伤形式包括锥形裂纹、层间分层、纤维断裂以及基体压溃等。通过表征损伤发现,试件背部损伤和边缘处分层损伤由反射拉伸波造成,随着冲击速度提升,弹丸与拉伸波共同作用会造成试件穿透,试件边缘分层损伤减弱。对高速冲击后的试件进行准静态拉伸试验,明确了剩余力学性能与冲击速度、弹丸直径的关系,表明剩余拉伸强度是表征冲击损伤程度的有效参数。同时,采用数字图像相关(DIC)方法获得拉伸过程中的应变分布,并结合不同弹丸直径、冲击速度冲击后的剩余拉伸强度,进一步对比探究不同变量对冲击损伤的影响。研究结果表明弹丸直径是高速冲击损伤程度的主要影响因素。

激光冲击强化对外物损伤叶片前缘的疲劳强度影响研究

为研究激光冲击强化对某型离心叶轮外物损伤后疲劳强度的影响,设计了反映真实叶片前缘部位的特征模拟件,并结合空气炮法模拟外物损伤,对比有/无激光冲击强化模拟件的高周疲劳试验结果,发现经激光冲击强化处理后,模拟件的疲劳强度提高约37%。同时,开展了激光冲击强化以及外物损伤后的残余应力/应变场数值仿真,结合Kitagawa-Takahashi(K-T)图法建立了考虑外物损伤与激光冲击强化的疲劳强度预测方法,与试验结果相比平均误差为7.3%,验证了方法的有效性。

Al_(2)O_(3)改性等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的异物损伤行为及失效机理

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用寿命的重要因素。为了提高等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的耐冲蚀性能,采用磁控溅射和真空热处理在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备一层致密的α-Al_(2)O_(3)。系统研究热障涂层的异物损伤行为,并采用第一性原理计算对α-Al_(2)O_(3)/c-ZrO_(2)界面进行研究。结果表明,PS-PVD、大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的冲蚀质量损失率分别为324、248和139μg/g,而Al_(2)O_(3)改性的PS-PVD热障涂层的冲蚀质量损失率降至199μg/g。此外,在Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)-O的顶部构型模型中观察到的界面结合能最高(3.88 J/m^(2)),远高于ZrO_(2)/Ni(2.011 J/m^(2)),使界面结合性能得以提高。

基于检索任务和改进ResNet的机场跑道异物目标识别方法

针对机场跑道异物(FOD)普遍存在目标尺度差异大、小目标占比大且同种材质目标形态不统一等特性,提出一种基于检索任务和改进ResNet的FOD目标识别方法。首先,在网络训练阶段通过训练得到特征提取网络,将训练集中的样本数据输入特征提取网络,得到样本特征库;其次,在测试阶段,将测试样本输入特征提取网络,获取测试样本特征向量,计算测试样本特征向量与样本特征库中特征向量的距离;最后,将距离最近的样本类型赋予该测试样本。所提方法采用的检索任务思想在出现新类型目标时,无需重新训练网络模型,大幅地节约了人力和物力成本。另外,所提方法将ResNet50作为特征提取网络,并在此基础上增加多尺度特征提取模块(MSM)、通道注意力模块(CAM)和特征融合模块。实验结果表明,与Faster-RCNN和YOLO-V5-n方法相比,所提方法的平均识别率分别提高了2.44和0.18个百分点,能在实际应用中实现更精确的FOD识别。

车载手机无线充电的金属异物检测

针对车载手机无线充电系统安全问题日益凸显的现象,分析金属异物对无线充电系统中电磁感应的影响.首先,基于电磁感应原理构造品质因子Q算法模型,得出一种基于品质因子Q值的异物检测算法模型;然后,通过电路原理和客户需求设计车载无线充电电路,并通过仿真计算验证该异物检测算法模型的有效性.仿真结果显示,若有金属异物的工况,品质因子Q值会降低.本研究不仅能为车载无线充电系统开发提供计算模型,还能为车载充电系统的无线传感线圈参数设计提供理论依据.

外物形状对发动机叶片中残余应力场的影响分析

综合运用显、隐式有限元算法对航空发动机叶片进气边受不同形状外物的撞击进行数值分析,在Ansys/LS-DYNA中进行不同形状外物撞击的瞬态显式分析,然后通过显—隐式算法的转换,获得受不同形状的外物撞击后叶片中的残余应力场分布。结果表明,外物的形状对叶片所受的损伤是有影响的,外物撞击部位的形状越尖锐,撞击叶片后叶片中分布的最大残余拉应力值越大,导致叶片的抗疲劳强度受削弱较大;几何外形相近的外物撞击后,叶片中的残余应力场分布趋势相近。

航空发动机叶片外物损伤研究现状

全面地介绍了航空发动机叶片外物损伤研究的现状。叶片鸟撞击损伤是一种软物损伤。从鸟撞击叶片过程的理论研究、计算研究和试验研究三个方面进行了详细地介绍。叶片冰撞击损伤既可能是软物损伤又可能是硬物损伤。叶片冰损伤的研究文献较少,对此进行了简要地介绍。叶片硬物损伤包括金属块、石块和冰块三种形式。对叶片硬物损伤研究的各个方面,包括叶片硬物损伤的形成、叶片硬物损伤后的疲劳强度、叶片由于硬物损伤而产生微裂纹和微裂纹增长等,进行了详细地介绍。最后,提出了国内进行叶片外物损伤的研究方向。

外物形状对航空发动机压气机转子叶片撞击损伤的影响

为研究外物形状对航空发动机压气机转子叶片撞击损伤的影响,以某型航空发动机一级转子叶片为研究对象,采用塑性随动硬化本构模型,利用ANSYS/LS-DYNA通用商业软件模拟了飞机滑跑过程中相同体积的圆柱体钢钉和钢球对叶片进气边同一部位的撞击损伤情况。在研究过程中,以发动机的最大工作状态为初始状态,外物以相对速度438.36m/s、与发动机轴线夹角为65.5o的方向撞击叶片进气边,并将相对速度每递减10%作为一个模拟状态。研究发现:相同速度(动能)下,圆柱体钢钉和钢球导致叶片产生不同形状、不同大小的缺口;对于缺口深度来说,当相对动能rE≤16 J时,钢球的撞击深度小于钢钉的撞击深度,但当rE>16 J时,情况正好相反;对于缺口宽度来说,当rE≤11 J时,钢球的撞击宽度小于钢钉的撞击宽度,但当rE>11 J时,钢球和钢钉的撞击宽度相等且保持恒定;钢球、钢钉导致叶片产生缺口的最小动能分别是6.6J和2.4J,钢钉的撞击持续时间总是大于钢球的撞击持续时间。

叶片砂石撞击损伤的数值模拟与分析

航空发动机叶片常受到被吸入的砂石等外物的撞击而产生损伤。针对这一问题,该文采用非线性瞬态动力学软件LS-DYNA中的接触冲击算法,对航空发动机叶片的砂石撞击的瞬态响应进行了数值分析。研究了不同的撞击位置及撞击速度对叶片瞬态响应及损伤的影响。结果表明:外物撞击速度越大,接触撞击力就越大,对叶片的损伤也越大;撞击位置越接近叶片尖部,叶根处的塑性硬化越强。该文结果对于进行叶片抗外物撞击研究,尤其是硬体外物的损伤研究具有参考价值。

叶片受软体和硬体外物撞击的损伤分析

针对发动机叶片常遭受外物的撞击损伤,不同材料的外物的撞击损伤存在着差别。从能量守恒和基本水动力学的角度分析了软体和硬体撞击叶片时的不同的撞击载荷模型。通过在LS-DYNA中就软体(以明胶为例)和硬体(以砂石为例)外物对叶片的撞击损伤过程进行了数值仿真分析。结果表明:在相同的初始撞击能量、相同的撞击速度及相同的撞击入射角度下,砂石撞击叶片时的撞击接触力幅值较大,但持续时间较明胶撞击时的要短,在撞击瞬间砂石和叶片获得最大的应变能。撞击过程中,由于明胶发生了流变,其对叶片产生的局部损伤比砂石要小。

叶片外物损伤的实验模拟及其疲劳强度的研究

研究了空气炮法模拟外物损伤叶片的可行性,分析了外物损伤对模拟叶片疲劳强度的影响规律。用空气炮发射以300m/s左右速度发射直径1~4mm的钢珠,冲击模拟叶片,空气炮法在发射速度控制和撞击缺口深度方面具有较强的可控性及可重复性。采用光学和扫描电子显微镜对外物损伤的宏观和微观特征进行了观察,冲击损伤处具有材料丢失、塑性变形、剪切撕裂、应力集中、微裂纹、空穴结构和材料的折叠等特征。采用步进法对部分外物损伤模拟叶片进行了高周疲劳强度测试,试验结果比较分散,且冲击损伤引起的高周疲劳强度下降不随缺口深度的增加而单调变化,表明物损伤模拟叶片的疲劳强度是受缺口的宏观特征、微观特征等综合因素的影响。

异物致损铁道车轴的疲劳强度及寿命评估

车轴是高速列车关键承载部件,承受着源自车体、轨道的各种载荷,其疲劳行为直接关乎列车运行安全.疲劳裂纹往往具有较强的隐蔽性和突然性,由车轴断裂发生的列车脱轨事件具有灾难性,因此确保车轴在运行中不发生失效事故,对高速列车可靠运行至关重要.高速列车实际运营中,车轴外表面受到各种异物击打,会形成深度达毫米级的缺陷,破坏车轴表面完整性,严重威胁车辆安全.本研究采用空气炮装置预制合金钢车轴小试样异物致损(foreign object damage,FOD)缺陷,采用扫描电子显微镜和体视显微镜观测损伤特征.开展高周疲劳试验获得光滑试样和FOD损伤小试样的疲劳S–N曲线,考虑载荷模式、表面质量和尺寸系数推证出全尺寸车轴的疲劳性能.断口分析表明,裂纹于FOD附近多处位置萌生,并在不同平面内连续扩展,最终汇聚为一个半椭圆形裂纹.基于Peterson公式和El Haddad模型估算异物冲击速度100 m/s和138 m/s试样的理论疲劳极限远低于试验结果,过于保守;同时也远低于标准推荐值,偏于危险.最后,采用修正的Miner理论公式估算含FOD实物车轴的服役寿命,满足最低25年的服役寿命.

外物损伤对25CrMo4合金车轴钢疲劳性能的影响

为研究外物损伤(FOD)与25CrMo4钢疲劳性能的关联,采用空气炮装置开展高铁车轴钢试样的FOD模拟试验.首先于试样表面预制FOD缺陷;其次,通过旋转弯曲疲劳试验获得光滑试样和含FOD试样的应力-疲劳寿命(S-N)曲线;同时,基于有限元方法估算不同缺陷试样的应力集中系数,结合Peterson公式预测疲劳缺口系数(FNC)和疲劳极限.研究结果表明:FOD车轴钢试样的疲劳性能明显低于光滑试样,冲击速度越高,疲劳性能越低;其中边缺陷的疲劳缺口系数最大为1.52,面缺陷最小,约为1.14,但疲劳寿命分散性较大;与试验结果相比,仿真模拟和理论计算可获得更低(偏于保守)的疲劳强度估算值.

机场跑道异物监测雷达的杂波图恒虚警率检测

随天线扫描平稳变化的强地杂波是实现机场跑道异物(FOD)检测的主要干扰,传统的空域恒虚警率(CFAR)处理不能有效地检测到目标,针对上述问题,提出了一种单元平均杂波图恒虚警率检测算法。首先基于系统特性和跑道环境建立了回波信号模型;然后通过杂波图划分、单元平均、递归滤波等处理技术,实现了距离—方位二维恒虚警率检测;最后进一步分析影响检测性能的主要参数。仿真结果表明,所提算法在低信杂比背景下能有效检测到弱目标,并获得较高的检测概率。

运动参数对叶片外物损伤的影响分析

采用终点弹道学弹丸侵彻原理,运用非正规撞击模型,建立了叶片受外物撞击的运动学模型。运用数值计算,得出了运动参数对叶片损伤的影响规律:叶片随机体的平移速度越大,或旋转的角速度越大,或撞击位置越靠近叶尖,叶片的损伤越大;初始安装角越大,叶片外物撞击时的接触撞击力越大,叶片的损伤越大;由于偏航角与倾斜角的存在,使得运动叶片与静止叶片外物损伤的模式有一定差异。其结果将对叶片抗外物撞击损伤的研究提供依据。