飞行器虚拟实验平台开发及其在教学中的应用

为让学生掌握飞行器约束影响、轨迹规划及跟踪制导方法及仿真实验过程,开发飞行器虚拟仿真实验网络平台。该设计基于PostgreSQL数据库的网络平台开发方案,论述飞行器约束影响、轨迹规划和跟踪制导原理,阐述实验仿真过程、结果及在教学中的应用。通过该虚拟实验平台可显著提升学生的学习效率,提高学生的实践和动手能力。

民机航电系统虚拟化计算平台功能安全评估研究

围绕虚拟化后影响机载计算平台安全的时空隔离性、故障隔离性、可调度性等主要问题,开展虚拟化环境下机载计算平台的安全等级评定研究,考虑虚拟化后航电系统的特点,提出了一种基于层次分析法(AHP)和灰度关联分析法(GARD)的安全性计算方法。建立了机载虚拟化计算平台安全评估判断树,利用AHP方法计算了各安全能力的权重,给出了系统整体安全性得分,并在此基础上,结合GRAP方法,参照航空电子系统安全性评估,计算得出了测试系统与DAL安全等级要求适配度最高的安全等级。

基于超星平台的飞机性能工程课程群线上教学质量监控指标研究

针对线上教学质量不均衡和难以监控的问题,有必要对混合式教学模式下的线上教学质量进行监控和评价。以飞机性能工程课程群为对象,开展学习效果和线上学习行为的关联性研究。基于超星平台4个学年的统计数据,初步形成6个一级指标、24个二级指标。首先通过数据预处理删除无效和共线性指标;然后通过描述性统计分析,得出样本数据的分布规律,删除异常指标;接着对15个指标进行相关性分析,得出影响期末考试成绩的相关性指标;最后对剩余指标进行主成分分析并进行排序,形成飞机性能工程课程群线上教学质量监控指标的依次为签到完成率(x_(8))、章节测验总均分(x_(24))、视频观看时长(x_(3))、章节测验参与均分(x_(23))、章节学习次数(x_(1))、任务完成率(x_(5))、章节测验参与率(x_(22))7个学生线上学习行为指标。

民航领域机器人实验教学平台设计和应用

针对机器人学实践教学环节薄弱、缺乏民航行业特色的问题,聚焦采用机器人作业的飞机蒙皮损伤检测业务,设计了一款无人车实验教学平台。该无人车具有同时定位与建图、覆盖任务点规划、自动导航与控制、数据分析等模块,能够实现飞机机身蒙皮数据的自动采集与智能分析。依托学校提供的机坪实验环境以及教学飞机,基于该平台对机器人学实践教学环节进行了设计,覆盖知识内容完整、与科研有机结合,不仅可以使学生对机器人理论知识有更深的认识和应用水平,而且可以提高学生在民航领域的技术素养和实践能力。

基于微服务架构的航空产品协同设计平台架构设计

为加速航空发动机跨专业协同设计,缩短研发周期,节省研制成本,针对当前型号研制过程中存在的协同过程隐性化导致监控回溯较困难、计划驱动模式导致数据迭代过程未有效管理、设计流程未有效积累和复用等问题,设计了一种基于微服务架构的航空发动机协同设计平台。在快速响应协同设计功能需求方面,研究是平台构建过程中使用微服务架构技术,满足航空发动机型号快速迭代的需求。基于上述研究工作,自主开发了高效、轻量、跨专业的协同设计平台,结果表明:平台实现了轻量的型号协同流程,使隐形的流程变得显性化,实现设计及仿真工具的集成,实现协同设计数据的版本管理,能够有效提升协同的效率与质量,为数字工程的推进提供工具支撑。

航空发动机通用飞行台液压负载系统设计与应用

随着航空发动机试验技术的发展,航空发动机通用飞行台作为未来发动机试验技术的关键环节将越来越重要。为解决绝大多数航空发动机飞行测试项目中的液压功率加载技术问题,设计航空发动机通用液压负载系统,并详细介绍通用系统的基本设计原则、换热设计、管路压损设计以及整体施工技术。最后,进行现场地面调试试验和空中试飞验证。结果显示:设备集成度高、对流换热性能好、维护性高,可以达到对某型号航空发动机液压泵机械效率的提取要求。

航空航天发展新阶段创新型人才培养模式改革与实践

面对航空航天技术发展和产业界对创新型高素质人才培养的迫切需求,该文以“共研一架飞机”为牵引,充分发挥“北京一号”第一代航空领军人才精神,重点针对航空航天发展新阶段创新型人才培养所面临的三大问题,依托飞行器综合化数字实验平台,采用课程群联合教学、团队毕设等实践形式,打通“课程—专业—学院—学校”四个壁垒,深化科教融合、产教结合,构建跨课程/跨学院/跨学科/跨专业的联合人才培养体系,推动形成航空航天发展新阶段的创新人才培养模式,为国家培养具备“六位一体”的新一代空天创新型人才。

基于数字孪生的精准调装实验平台及教学项目设计

以飞机大尺寸机身筒形结构件插接装配过程为对象,围绕插接部位不可见、不可测问题,基于数字孪生思想,提出了一种虚实结合、以虚控实的迭代递进式精准调装算法,搭建了包含飞机前机身、中机身比例实验件(以MA700前机身和中机身为参考)、六自由度并联调姿系统、手持式激光扫描仪、双目摄影测量系统、集成控制系统的实验教学平台,给出了“以虚控实”的实验流程。构建了大空间测量的实时感知、六自由度并联调姿和基于数字孪生的试装配仿真验证3个实验模块,不仅实现了智能装配、数字孪生等先进技术方法与飞机装配知识互补的理念,更锻炼了学生独立自主解决复杂工程问题的能力。

基于三维激光扫描的教学用飞机结构虚拟实践平台构建

依据教育部虚拟仿真实验教学课程的建设要求和航空类人才培养目标,结合飞行器设计与工程本科专业特点,利用三维激光扫描、逆向建模和可视化演示等数字化技术手段,为“飞行器结构设计”“结构维修与适航”等航空专业核心课构建了教学用飞机结构虚拟实践平台,营造了“沉浸式”“虚拟机库”的教学氛围,取得了显著的教学成效,满足了在线教学资源共享、多校区实物教学演示等要求,储备了大量的典型飞机结构数字化案例。

四旋翼飞行器创新实验平台的渐进式教学实践

以微控制器为主控系统,电子调速器和无刷电动机为动力系统,开发了四旋翼飞行器创新实验平台,并通过各类传感器采集四旋翼飞行器的姿态数据和高度数据,确保其稳定飞行。该实验平台涵盖机械结构、硬件电路设计、嵌入式程序设计、传感器应用以及自动控制等多项课程内容。构建四旋翼飞行器创新实验平台的渐进式实践教学模式,综合运用不同课程知识,将仿真环节与实物实验相结合,采用由浅入深、由易到难、层层递进的方式设置实验,形成完备的知识体系和实践内容,加深学生对工程对象及其控制系统的理解,激发学生的创新意识。

基于北斗+5G融合的飞行器定位系统设计

设计一套飞行器定位系统,系统由北斗+5G智能终端以及软件系统组成。结合北斗导航系统与地基增强系统的高精度定位能力,将北斗系统和5G技术进行深度融合开发一款新型通用飞行器智能监控终端,实现通航飞行器的定位、飞行要素信息回传等功能。终端采用天线和主机分体式设计,支持北斗/GPS定位、北斗RDSS短报文通信、5G通信,能够通过北斗、5G通信链路进行位置上报或者飞行信息回传;软件系统实现对飞行器的数字化、图形化、实时化管理,提高飞行器监控力度,能够为通航用户提供飞行服务支撑。

基于微服务的民机工业软件架构设计

工业软件作为大型复杂装备制造的核心,是实现工业4.0的重要角色,但我国工业软件面临卡脖子问题。本文分析民机工业软件发展现状以及未来战略需求,引入互联网微服务架构技术,面向民机全产业链设计民机工业软件架构,并应用于某民机制造企业。该企业创新“业务+技术”理念,实现面向业务过程微服务与技术中台微服务,采用精益管理模式精细管理庞大复杂的业务模块和公共技术模块。系统试运行半年,持续发布交付版本成功率达到98%,开发的质量系数越来越高。虽受疫情等因素影响,但通过软件测试的一次发布成功率依然明显提升了75%。

基于视觉的空投系统姿态获取及解算技术研究

空降空投技术是空军装备发展的基础,为使远距离投放的空降装备平稳着陆,需获取货台模块的姿态数据,以实时调整降落姿态避免着陆侧翻事故。本文设计开发了一种基于视觉的方法来解算空投货台姿态,以准确地估计空投货台在空投降落过程中的姿态。空投系统的降落距离分为远地160m和近地20m两个阶段。设计了不同尺度的标志作为不同降落阶段的视觉参考,有效地提高了空投货台的自主降落高度。当空投货台初始降落高度为160m时,利用合作目标的固有几何性质识别环境中的整体合作目标;当到达近地面20m时,利用Hu不变矩作为地面辅助特征筛选出中心合作目标,最后利用单应性对空投货台的运动进行估计。该算法有效地提高了空投货台姿态解算技术的准确性、实时性和鲁棒性,也满足了空投货台实时姿态精确计算的要求。试验结果表明了基于视觉的空投货台姿态解算技术的意义和可行性,具有较好的应用前景。

光环境模拟中的样机转运系统设计

天空光环境模拟系统能在地面人工模拟所有在飞行中遇到的日、夜全天候的天空光环境,以开展各型号驾驶舱光学集成试验为出发点,以各型号机头样机为最大被试对象,充分考虑后续机型的可扩展性,以适应后续衍生型或者新型号飞机驾驶舱,为驾驶舱的光学集成设计、视觉功效设计、验证试验、人因工程研究等提供多功能、可复现的光学验证条件。光环境模拟中的样机转运系统包含平台车、样机转运工装和调度管理系统,可将各型号机头样机转运至天空光环境模拟系统内部指定试验点,开展各项驾驶舱相关的试验研究。

面向飞机装配应用场景的工具管理平台研究与应用

飞机装配中工艺流程复杂,涉及的工具品类繁多、规格参数差异大,给工具管理和选用策划带来极大挑战。通过对涉及的飞机装配工具应用场景研究,开展工具属性研究和参数结构化研究,系统地整理涉及工具应用的相关知识并形成智能选用匹配规则,开发了工具管理平台。经过实际使用验证,该平台可实现预期的工具智能选用。

农田信息采样方式及飞行器平台设计

针对目前的航空航天遥感平台成本高、采样精度低、实时性不强的特点,提出了带有采集装置的四旋翼飞行器作为采样农田信息的低空平台。总结了农田土壤信息获取的主要方式与特点,指出四旋翼飞行器将是适合高密度、实时性强等特点的农田信息采集新平台。同时讨论了四旋翼飞行器的国内外研究进展,分析了带有采集装置低空平台的结构构成、惯性测量系统,研制了重量为1 200g,续航时间大于20min的低空平台样机,并提出了远地面无线传感器获取、近地面旋翼风作用和直接接触地面采集的3种新采集方式。

基于无人机和决策树算法的榆树疏林草原植被类型划分和覆盖度生长季动态估计

植被覆盖度是评估生态环境质量与植被生长的重要指标,也是全球众多陆面过程模型和生态系统模型中表达植被动态的重要参数。卫星遥感和地面测量是估算植被覆盖度的常见方法。然而,如何精确估计榆树疏林草原上木本、草本不同类型植被的覆盖度仍然具有挑战性。无人机飞行系统有效的补充了区域尺度低空间分辨率的卫星遥感影像与样地尺度实地调查之间的缺口,为精确的监测、评估疏林草原的植被动态提供了新途径。利用无人机监测平台和决策树算法构建了一套快速、准确、自动获取景观尺度植被类型和估算植被覆盖度的自动化工具,以浑善达克沙地榆树疏林草原为对象,应用无人机监测平台对榆树疏林草原长期定位监测大样地2017年生长季植被状况进行7次监测。结果表明:1)无人机植被监测平台数据飞行高度100 m,获取的样地数字正射影像空间分辨率为2.67 cm/像元,远高于高分卫星影像,利用决策树算法基于数字正射影像可以实现自动划分榆树疏林草原木本和草本植被类型和估算植被覆盖度; 2)生长季内榆树疏林草原木本植被覆盖度为(19±2)%,草本植被覆盖度为(50±8)%,植被总覆盖度为(69±9)%,相对于木本植被,草本植被生长季内盖度变幅较大; 3)在整个生长季中,木本植被和草本植被对植被总覆盖度的平均贡献率分别为27%和73%,草本植被对植被总盖度的贡献远大于木本植被,榆树疏林草原植被的盖度主要受草本植被的影响。本研究证明无人机监测平台是一种高效、准确的植被监测工具,结合机器学习算法,实现了景观尺度植被类型的自动划分和不同类型植被覆盖度快速获取;在浑善达克沙地榆树疏林草原地区首次获取了木本植被和草本植被覆盖度的生长季动态。该平台未来可应用于各种类型生态系统植被类型划分、监测和评估。

微波探火及其在低空平台中的系统设计

微波遥感可以实现全天时、全天候的对地观测,因此在林火探测的技术领域具有一定的优势。为了采用测定火焰微波辐射强度的方式来判断火灾发生的区域,先后分析了火焰的微波辐射和微波接收原理,并对宽频微波探测接收系统进行了方案设计。为满足应急或灵活探测的需要,对低空平台的GPS接收单元和惯性导航单元进行了组合设计,以确保林火微波探测的可靠性和稳定性。

一种飞机机翼支撑平台尺度综合方法研究

设计了一种新型飞机机翼支撑平台,其主要结构为并联机构。该并联机构由动平台、静平台和两者之间3条相同的PRS支链组成,具有适用飞机机型多的优点,并研究了其尺度综合方法。在建立并联机构的静力雅可比矩阵基础上,提出当动平台所受外力和外力矩变化时,支链驱动力和约束力变化量的最大全域均值最小的静力学性能评价指标。同时兼顾具体工作实际给出约束条件,利用单调性分析的方法,研究了并联机构静力学性能和各约束条件随尺度参数的变化规律,进而寻求满足约束条件的最优尺度参数。最后通过算例验证了该尺度综合方法的有效性。

四旋翼飞行器测控综合实训教学设计

设计了一种以四旋翼飞行器作为实验对象的综合性实验教学平台。通过陀螺仪、电子罗盘、气压计、超声波等实现位姿的测量实验;采用基于ARM架构的STM32F407VGT6为控制器,经电子调速器控制四旋翼飞行器的4个无刷直流电机,可实现PID算法实验;采用图形化界面对系统参数进行了整定,通过无线方式与上位机间的通信,测试了四旋翼飞行器的飞行姿态与传感器参数特性。实验结果表明,该实验平台运行稳定可靠,适合学生做测控类综合实训。