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。

无人机全电刹车系统级联快速终端滑模控制

无人机防滑刹车系统具有高阶非线性、强耦合以及参数时变性等特点,会对无人机的地面滑跑性能造成不利影响。提出了一种无人机全电防滑刹车系统快速终端滑模控制方法,实现对最佳滑移率的准确跟踪,并保证刹车系统的稳定性。建立了无人机全电刹车系统整体模型,在控制器设计过程中避免了对地面结合系数拟合公式的依赖。结合反演控制的思想,逐级设计了快速终端滑模控制器实现对滑移率以及刹车压力参考值的精确跟踪,并通过Lyapunov稳定性理论证明了控制器的稳定性。通过仿真测试验证了所提出控制策略的有效性。

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基于声场预报的共形体积阵散射特性分析

针对刚性障板引起的声散射现象导致的共形体积阵阵列流形偏离理想值这一问题,以一类特殊形状的共形体积阵——半圆柱体积阵为模型,运用声场预报方法,分析了刚性障板引起的散射现象对阵列接收响应的影响。通过声场建模仿真,计算了不同角度下共形体积阵的声场分布;利用该分布构建了考虑刚性障板影响的基阵阵列流形,分析了其在散射声场影响下的变化规律,该变化规律采用文中定义的2个物理量描述:幅度相位构成的一阶响应和互相关构成的二阶响应。仿真结果表明,相较于理想条件下的透声模型,体积阵阵列接收到的由障板等刚性物体产生的散射声信号随方位、信噪比的不同而变化,进一步导致各个阵元的接收响应出现随方位变化而变化的偏差。通过对实验数据的分析,验证了仿真结果与实际情况基本吻合;在实际中设计这类基阵时,应该考虑散射现象对其阵处理性能的影响。

分布式推进翼身融合飞行器气动特性研究

基于下一代民用客机发展研究背景,针对某特种布局分布式推进翼身融合飞行器,采用数值仿真与风洞试验相结合的方法对其纵向气动特性及失速机理进行分析研究。介绍了该分布式推进翼身融合飞行器的气动构型及数值模型方法,针对当前翼身融合飞行器有无分布式动力影响下的纵向气动特性进行了对比分析,基于当前翼身融合飞行器无动力缩比模型风洞试验,在对数值模型方法进行校验的同时,结合流场显示结果对其大迎角失速发展过程中的流动机理进行分析研究。结果表明:当前分布式推进翼身融合体的分布式动力匣平台区域前缘展向流动是诱导失速发生的主要因素,但中部机身在大迎角下仍能够提供足够大的升力维持飞行,而分布式动力抽吸对于翼上流动具有较为明显的梳理作用,可以用于控制和改善翼身融合飞行器大迎角失速特性。

浮动渐开线花键微动损伤及磨损疲劳预测

通过建立浮动花键副有限元模型,分析了轴线不对中和角向偏心对花键齿面接触压力的分布影响,基于Ruiz微动损伤参数评估了轴线不对中和角向偏心对齿面微动损伤的影响,结合能量耗散模型和临界面SWT模型,建立了考虑磨损效应的浮动花键磨损疲劳损伤模型,分析了轴线不对中和角向偏心下齿面的微动疲劳累积损伤分布规律,并预测了浮动花键寿命。结果表明,轴线不对中使各齿面接触分布不均,最危险齿面沿x方向R_(FFDP)值呈现“抛物线”状,即在齿面两端产生较为严重的微动损伤,且齿面裂纹萌生位置在x/L=0处附近。角向偏心使齿面仅在一端边缘接触,最危险齿面R_(FFDP)值均沿x方向增大,呈现“指数增长”趋势,在x/L=1处达到最大,且裂纹萌生位置发生在x/L=1处附近。同时,随着轴线不对中或角向偏心量的增大,齿面损伤现象更为明显,磨损疲劳寿命急剧下降。

航空电缆故障的可视化智能检测仪设计研究

航空电缆用于传输电能和信号,其性能直接影响飞机的运行安全。针对飞机上电缆故障难以定位,并且缺少合适的高精度检测设备的问题,基于时域反射技术(TDR),结合树莓派、FPGA等嵌入式系统,设计了一种航空电缆故障检测仪。检测仪通过PLL倍频时钟发射宽度小于时钟源周期的低压脉冲,基于多重ADC采样法对反射脉冲进行采样,应用智能化分析算法自动判断故障类型和故障位置,并在液晶显示屏上直观显示采样波形和检测结果。经过实验验证,该检测仪基本能够满足航空电缆的故障检测需求。

依托道路矢量拓扑信息无依托新型航天发射技术

无依托航天机动发射技术是一种涉及多学科交叉的热门工程应用技术,急需攻克其无依托、高精度、快速、低成本等核心关键技术。提出一种依托道路矢量拓扑信息无依托航天机动发射技术,设计一种基于路网曲线特征和惯性测量的数据融合方法,利用已有道路网的曲线特征与惯导轨迹进行匹配,保证机动过程中,“即停即发”高精度无依托发射技术,具有很高的应用价值。阐述了所提方法的基本架构、原理,并通过建模、仿真、实际跑车试验验证所提算法的可行性。

民机复合材料结构修理容限确定方法研究

为解决民机复合材料结构实际修理过程中判断要不要修、能不能修的修理容限问题,根据已有成果和不足,提出了2种复合材料结构修理容限的完整求解方案和流程(基于波音公司修理验收要求的修理容限,满足设计许用应变值的修理容限),重点解决如何在同时考虑维修经济性和结构安全性情况下合理确定复合材料结构的修理上限;然后以受压复材加筋壁板为例,考虑穿孔损伤形式,结合有限元分析,分别应用2种求解方案计算了加筋壁板的修理容限。结果表明:2种修理容限求解方案得到的同一复材加筋壁板修理容限结果比较接近且合理,证明了2种修理容限确定方法的可行性,为民机复材结构损伤的工程化评估提供参考。

LT码的度分布优化研究

LT码作为一种对信道具有良好适应性的信道编码方案,已在水声通信中实现了稳定的数据传输。在译码开销较大的情况下,LT码可以达到理想误码率,但当编码数据长度较短时,其编译码性能并不理想。为改善LT码在编码数据长度较短时的性能,基于水声OFDM通信系统进行LT码的研究,以最低误码率和最小平均度值为优化目标,提出了一种度分布优化设计方法。仿真和海试试验结果表明:在相同的误码率下,该方法能优化系统,减小7%~22%不等的译码开销,降低编译码的复杂度。

基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算研究

针对无人系统姿态解算中存在陀螺仪误差发散快、磁力计易受软磁环境干扰等问题,提出了一种基于重力场与地磁场序贯修正的姿态解算方法。该方法采用陀螺仪输出构建姿态四元数的状态方程,然后依次利用加速度计与磁力计数据对四元数进行2次序贯修正,以获得姿态的准确输出。实验结果表明,相比传统的2种姿态解算算法,新算法能有效抑制陀螺仪的漂移误差,提高磁干扰环境下的姿态输出精度,其姿态角的静态精度不大于0.5°,动态精度优于2°。

基于几何解释的集群AUV协同定位误差及编队构型分析

针对利用Cramer-Rao不等式下界评价集群AUV定位性能不直观的问题,基于几何椭圆提出了定位性能评价标准的几何解释方法。利用Fisher信息矩阵代替Cramer-Rao不等式,通过奇异值分解将先验信息矩阵与量测信息矩阵合成为后验信息矩阵,并利用椭圆对其进行几何表示,基于后验信息椭圆面积建立定位性能评价函数。通过分析性能评价函数,设计了单主、双主以及三主AUV集群的最优编队构型,并对三主AUV集群编队提出了特殊编队构型,其较最优编队构型的定位性能相差不大的情况下,更容易实现。仿真实验验证了最优编队构型具有更高的定位精度以及特殊编队构型的有效性。

面向飞机装配协调设计的任务-人员均衡匹配方法

为了解决协同设计模式下飞机装配协调设计中任务与人员匹配不均衡的问题,提出一种综合考虑任务粒度、任务均衡度的设计任务与人员均衡匹配方法。通过分析飞机数字化装配协调设计任务和人员能力属性的特点,基于模糊语言变量构建任务和人员的评价矩阵。通过求解评价矩阵,实现了协调设计任务和人员的均衡匹配。以某型飞机尾翼的装配协调设计任务与人员匹配为例,验证了所提方法的可行性和有效性。

多级行星滚柱丝杠刚体动力学建模与分析

基于多级行星滚柱丝杠结构特点,分析了各级行星滚柱丝杠之间的运动和受力关系。采用牛顿第二定律,在不考虑加工与装配误差和零件变形情况下,推导了多级行星滚柱丝杠运动方程,并提出了求解方法。实现了计入使用工况的多级行星滚柱丝杠运动与受力计算,分析了各级行星滚柱丝杠连接处摩擦因数对该机构动力学特性的影响规律。结果表明,虽然第一级行星滚柱丝杠的丝杠直径较小,但其零件受力的初始值与稳态值均大于第二级行星滚柱丝杠;当丝杠螺旋升角较小时,多级行星滚柱丝杠的效率随着各级螺母和丝杠间摩擦因数的改变而明显变化,但受各级丝杠和丝杠间摩擦因数的影响非常小。

基于太阳帆的太阳同步轨道转移方案

针对微纳卫星太阳帆的太阳同步轨道转移任务,使用加权组合控制律和太阳帆最优指向结合的方法进行轨道机动,提出了一种分段控制的策略来控制目标轨道的降交点地方时,对实际应用具有参考价值。理论和仿真结果表明,使用微纳卫星太阳帆可以完成太阳同步轨道转移任务,并保证降交点地方时和初值一致。此外,降交点地方时对太阳帆轨道机动效率具有一定的影响,使用分段控制策略在不同降交点地方时的轨道上均可完成任务。

融合面部特征的Spindle Net行人重识别网络

目前在行人重识别(person re-identification)领域对行人特征的提取主要集中在整体行人或肢体躯干分别提取特征,较少使用面部特征。将面部特征融入到网络中以提高行人重识别的准确率。在行人重识别网络Spindle Net的框架中引入MTCNN面部提取网络,通过提高面部特征在整体行人特征中的权重来提高行人重识别的准确率。实验结果表明,文中提出的网络相比于Spindle Net在CUHK01,CUHK03,VIPeR,PRID,i-LIDS,3DPeS数据集上Rank-1的准确率平均提升7%。

复杂环境下标准抛物方程变步长解法

针对标准抛物方程(standard parabolic equation,SPE)的固定步长解法在大范围复杂环境电波传播研究中计算精度与速度难以平衡的问题,提出标准抛物方程的变步长解法。首先,在推导出SSFT解法的误差与步长、频率等因素的关系后,为SPE的变步长解法给出步长的基本选择范围;其次,在满足误差要求条件下对SPE应用的复杂环境进行等级划分,阐述了不同环境因素作用机理及变化趋势对步长要求,为不同的复杂环境等级中选择相应的步长提供依据;最后,利用该方法对典型复杂环境的电波特性进行仿真,仿真结果表明该方法在确保计算精度的情况下,相对于抛物方程的固定步长解法节省时间最高可达71.4%,验证了提出方法的可靠性与高效性,能大幅度提高抛物方程电波预测的计算效率。因此,采用可变步长的抛物方程方法能在保证计算精度的同时,减少计算所占内存及所需时间,极大地提高了计算效率,在大范围复杂环境电磁波传播实时预测应用中具有现实意义。

压电驱动器陶瓷材料温度特性研究及模型修正

在压电陶瓷热-电-力多场耦合加载试验台上,对压电驱动器的陶瓷材料在强电场(2 kV/mm)和变温度(30~150℃)下的性能进行了测试,分析了电滞回线、应变回线以及自由电容与介电损耗角正切值随着温度的变化关系,同时建立了考虑温度影响的陶瓷材料的位移特性数学模型,并验证了模型的准确性。结果表明:随着温度的升高,双极强电场下的电滞回线逐渐变得细长,同时剩余极化、最大极化和矫顽场均下降,且温度对剩余极化和矫顽场的影响比对最大极化s的影响更为强烈,应变回线呈现典型的蝶形曲线,负应变随温度的升高而逐渐下降至0.12%;在单极工作电场下,随温度升高,剩余极化变化较小,最大极化升高明显,增加了40%左右;材料的压电常数基本呈线性增加的趋势,自由电容与介电损耗角正切值不断增大,温度越高,增幅越大。

多通道鲁棒故障卫星参数估计算法

采用矢量对偶四元数,对空间中的故障卫星进行了运动学与动力学的建模。同时,针对空间复杂环境可能对测量产生干扰导致测量失效的情况,设计了一种基于联邦滤波算法的多通道鲁棒故障卫星参数估计算法。基于此新模型与算法,在相机测量失效的情况下,故障卫星的位姿与质量参数能够得到鲁棒的一体化估计。仿真结果证明,所设计的参数估计算法能够在测量失效的情况下对故障卫星的位姿参数与质量参数做出有效估计。

适用于空间网络的并行冗余算法

为满足空间网络高可靠性和容错性的要求,在IEC⁃62439协议标准基础上,提出了一种基于循环丢弃栅格的冗余算法,该算法支持并行冗余网络结构,通过更细颗粒度地识别冗余控制位(RCT)中的序号信息和调整丢弃范围,实现冗余数据丢弃;通过数值仿真和逻辑验证方法对算法进行了正确性和有效性验证,结果表明,该算法可在丢帧、乱序等复杂环境下正确接收冗余数据。