摘要:为探究高超声速飞行器整体结构可靠性及其可靠性的影响因素,确保飞行器执行任务时的结构安全,将应力-强度干涉模型与区间数相结合,提出了子域子区间新方法分析高超声速飞行器结构强度可靠性。首先,分析高超声速飞行器在不同飞行状态下各受力面的力矩；其次,将飞行器结构近似为等效悬臂梁,考虑其所受力矩、宽度和飞行高度的不确定性,并表示为区间数；然后,考虑飞行器结构强度随时间退化,基于应力-强度干涉模型进行非概率可靠性分析,建立飞行器结构动态可靠性模型；最后,提出子域子区间法分析结构强度的指数退化特性和飞行动态对结构可靠性的影响。仿真结果表明,子域子区间法相比于传统蒙特卡罗法,在相同采样点数情况下,精确度会更高,验证了所提方法的可行性和有效性；飞行器可靠性随着飞行器结构强度指数递减而逐渐减小；飞行器的飞行动态会对结构可靠性产生主要影响,其中随着飞行高度的升高飞行器可靠性会逐渐增加,随着速度以及迎角的增大而逐渐减小。

摘要:抓取主要分为抓取检测、轨迹规划和执行环节,准确的抓取检测是完成抓取任务的关键。为进行更准确的抓取检测,提高机器人抓取性能表现,本研究以关键点检测算法为基础,提出了一种融合注意力和多任务学习的抓取检测算法。首先,针对任务特点,在特征提取环节引入CA（coordinate attention）注意力模块,显式的学习通道和空间特征,充分利用特征信息。其次,在损失函数环节加入多任务权重学习算法,学习抓取中心坐标、抓手开合宽度及旋转角度信息的最优权重。最后,在Cornell数据集以及更大规模的Jacquard数据集上进行试验。研究结果表明,所提方法相比滑动窗口和锚框类型等经典方法在检测速率上有明显提升,且与单纯的关键点检测方法相比有更高的准确率,所提模型在两个数据集上分别取得98.8%和95.7%的准确率。检测示例体现出所提模型对于非常规物体也有良好的抓取结果,不同Jaccard系数条件下的抓取结果显示模型在精准抓取方面有优秀性能,而对于权重学习算法的不同初始值试验则表明所提模型具有良好的鲁棒性。此外,通过消融实验分析了不同模块对于模型性能表现的影响程度。

摘要:为提高制导炮弹在大着角情况下导引头捕捉目标的速度,减小末制导起始点角度偏差,在传统制导炮弹方案弹道规划方法（trajectory programming method,TPM）的基础上考虑末制导段,提出一种考虑导引头多约束的弹道规划方法（trajectory programming method-constraints of seeker,TPM-CS）。根据导引头最大探测距离建立末制导起始点约束,根据弹目几何关系和导引头视场角建立攻击路径约束,并建立最小化前置角和控制变量幅值的目标函数。为实现制导炮弹初始弹道倾角、偏角、火箭点火时间、滑翔启控时间、导引头开启时间等参数的最佳匹配,建立了5阶段弹道规划模型,并采用多阶段Radau伪谱法将该弹道规划问题转化为非线性规划问题,最后调用非线性规划求解器SNOPT进行求解。选取不同性能参数的导引头进行仿真,分析了导引头最大探测距离和导引头视场角对方案弹道的影响。将文中提出的弹道规划方法与传统弹道规划方法进行对比仿真,结果表明,相比于传统方法,文中所提方法规划方案弹道的末制导初始角度偏差缩小71.590%,导引头对目标保持照射状态的时间延长6.120倍,验证了文中所提弹道规划方法的有效性和优越性。

摘要:为解决传统多用户双功能雷达通信系统因载波分配导致通信性能较差的问题,提高双功能雷达通信系统的资源利用率,提出了一种通信用户载波共享模型下的多用户功率分配方案,并通过构造合理的资源分配问题使得系统具有更优的通信性能。首先,建立双功能雷达通信系统的通信用户载波共享信号模型。其次,为保证双功能雷达通信系统性能,构造了以系统通信和速率最大并满足雷达信噪比下界、总功率和用户功率约束的优化问题,通过理论分析严格证明了优化问题的可行性。最后,为求解凸优化问题,提出一种多用户功率分配算法,通过引入辅助变量对目标函数进行二次转换,将其分解为两个优化子问题,继而通过交替迭代的方式进行求解。研究结果表明,相较于传统通信用户载波分配模型,优化后的通信用户载波共享模型通信和速率提高了约40%,从而验证了所提方案具有更优的通信性能,有效提高了系统资源利用率。本研究成果为提高多用户双功能雷达通信系统的通信性能提供了一种新思路和手段。

摘要:为改善现阶段评估研究中存在的主观性强、物理逻辑关联性弱的问题。以某型发射平台为对象,从评估指标体系、评估方法和评估等级判据3个方面系统构建了一种发射平台抗毁性评估体系模型。采用PSR框架理论,构建了具有因果逻辑关联关系的评估指标体系,针对评估指标体系数量繁多,提出了基于复杂异质网络理论节点介数和k-means算法的评估指标体系筛选方法；采用互信息理论和极限损毁量化提出了评估指标赋权方法和评估指标量化方法,并通过量纲分析对PSR框架理论进行了模型改进,构建了抗毁性DA-PSR评估方法；并提出了基于作战任务需求的评估等级判据方法。结果表明:通过筛选出了剩余节点介数值占总介数值52.990%、剩余簇中心值占总簇中心值90.550%的精简评估指标体系,采用抗毁性DA-PSR评估方法可以评估出该型发射平台抗毁性值为0.737,且其在不同作战任务需求下,评估等级分别呈现出“优、中、中”的差别。抗毁性DA-PSR评估方法具有主观性影响低,物理逻辑关联性强的优势,有助于提高评估结果的可信度。

摘要:为在下滑着舰过程中,克服“反区”操纵特性,减轻飞行员操纵负担,提升着舰精度和安全性,将直接升力方法引入着舰控制律设计,发挥其响应速度快、控制精度高、解耦性能好等优点。采用预设性能的非线性动态逆方法和控制分配算法相结合的控制架构设计了两层级联式综合直接升力着舰控制器,既可以实现纵向轨迹和姿态控制间的解耦,还可以实现横航向控制与纵向运动间的解耦。首先,建立了舰载机全量六自由度非线性模型作为研究对象；然后,通过设置虚拟中间控制量将动态逆与控制分配环节有机地衔接,通过预设误差向量约束方程的方法提升动态逆控制环节的综合控制性能,据此设计出级联式纵、航向综合解耦的直接升力控制器；最后,仿真验证所设计的直接升力控制器可以在保持迎角和速度稳定的情况下调整飞行轨迹高度,实现纵向轨迹控制和姿态控制的解耦；还可以在对中控制的时候,保持纵向高度稳定,实现横航向运动和纵向运动的解耦。研究表明,采用直接升力控制可以实现飞行员操纵到控制变量间的逐一对应,显著减轻操纵负担并提升下滑着舰控制精度。

摘要:为解决工业机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题,首先给出了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的力控末端执行器,其次设计了一种自抗扰控制器和一种粒子群神经网络变阻抗控制器分别作为内环控制和外环控制,在此基础上,提出了一种机器人自适应变阻抗主动柔顺恒力控制方法,用于在线自适应优化阻抗参数,动态调节打磨力修正量,实现机器人打磨作业自适应主动柔顺恒力控制。最后采用Lyapunov稳定性理论分析证明了所提出方法的闭环稳定性。通过机器人打磨系统虚拟样机联合仿真实验和机器人平台实物实验,验证了所提出方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够较好实现静态与动态期望打磨力跟踪,减小了打磨力波动、力超调量以及打磨初期打磨工具处的冲击力,提高了打磨力控制系统抗扰动稳定性、恒力跟踪性能和动态响应能力,对复杂多变工况机器人打磨作业具有较强的适应性与鲁棒性。

摘要:为分析航空发动机裂纹叶片的动力学特性,提高航空发动机的可靠性,尽可能避免灾难性事故的发生。本研究基于应变能释放率和Castigliano定理,结合Timoshenko梁理论,考虑裂纹角度的影响,推导了新的裂纹梁单元的应力强度因子与柔度矩阵,根据裂纹面在振动过程中的应力变化,提出了一种根据裂纹面接触区域来计算裂纹梁单元时变刚度的方法,建立了含呼吸效应的斜裂纹扭形叶片动力学模型。通过将本研究模型和ANSYS Solid186单元有限元模型得到的固有频率和振动响应进行对比,验证了所建动力学模型的有效性。结果表明:当裂纹角度从0°增加到80°时,固有频率增加了约3%,即随着裂纹角度的增加(裂纹尖端更靠近叶尖),裂纹叶片固有频率越大；同时,裂纹角度越大,旋转裂纹叶片的振动位移幅值越小,其频谱中常值分量及倍频处的幅值越小,并且第1阶共振状态下1.0倍频的幅值降低了约40%；本研究模型的动力学响应计算速度较ANSYS更快,提高了约22倍。

摘要:爪式压缩机具有结构紧凑、干式无油和可靠性高等显著优点,是最具潜力的氢气循环泵泵型。传统爪式氢气循环泵转子间采用点与点的啮合方式,导致氢气在此处产生严重的泄漏,降低泵的容积效率,制约爪式氢气循环泵的发展。为减小爪式转子间的气体泄漏、提高泵的容积效率,本研究采用圆弧、高次曲线及其共轭曲线代替传统爪式转子的节圆型线,提出一种爪式转子间的新型曲折型啮合结构,进而构建一种新型高密封型齿轮爪式转子,有效解决了爪式转子间的气体泄漏问题。同时,建立新型齿轮爪式转子的几何模型,推导其截面型线方程。在工作过程中,对具有复杂几何边界的爪式氢气循环泵的内部气体的非定常流动进行数值模拟,对比分析了传统泵和新型泵工作腔内部的压力分布和瞬态流动特征；搭建了爪式氢气循环泵性能实验平台,验证了数值模拟结果的准确性。结果表明,相比于传统爪式转子,在压缩和排气过程中新型齿轮爪式转子间气体泄漏速度减小了31.42%和33.09%,容积效率提高了10.92%。

摘要:为研究含冗余拉索的张拉整体结构的变形能力,基于能量耗散最少的索驱动理念,提出了实现结构变形的最优驱动方式的选择方法。首先,对张拉整体基本单元的结构参数、构件与节点的连接关系进行设置,并对索长收缩后结构新的稳定状态进行力学性能分析,得出新的节点坐标计算公式；其次,赋值结构参数和材料参数,对结构的变形过程进行分析:先收缩被动索对张拉整体结构进行预紧,计算除主动索外结构额外耗散的弹性势能,后收缩主动索使张拉整体结构发生变形,计算主动索能量耗散做功和结构的最终变形,提出结构变形的最优驱动方式的评价标准；最后,以含冗余拉索的双层轴向拼接结构为例,区分结构的主动索与被动索,进行最优驱动方式研究。分析结果表明:对于结构的单一轴向变形,当斜索为主动索、中间水平索为被动索时,结构的轴向变化最大,能量耗散最小；对于包含轴向变形与扭转变形的结构复合变形,当与杆构件旋向相反的斜索为主动索,剩余斜索为被动索时,结构的复合变形最大,能量耗散最小。

摘要:为提高电力用户能效评估的客观性和准确性,并满足用户对于用电能效及时反馈调整的需求,提出一种在边缘架构下实时动态评估电力用户能效的方法。在构建边缘侧评估框架的基础上,首先,基于“压力-状态-响应”概念模型分析指标间的动态逻辑关系,从多维度选取动态评价指标,构建用户能效评估指标集合。考虑到边缘节点存储资源的受限,从集合中抽象出指标的重要性、均衡性、独立性三重指标属性进行量化,通过影响度和优化度模型对3种属性的量化值进行融合,并采用合作博弈论优选边缘侧精简指标集,从而有效地对边缘侧数据去冗余。其次,基于CRITIC(criteria importance though intercrieria correlation)权重计算法,充分利用指标的数据信息,对本方法所提指标赋予更为客观的权重系数。最后,通过改进灰色TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)评估方法构造绝对理想解,以有效避免用户数量动态变化时所产生的逆排序问题,引入的灰色关联度可弥补传统方法中欧式判据无法准确衡量用户优劣性的缺陷。结果表明,所提边缘能效评估方法不仅大幅降低了数据存储的需求,评估结果的可靠性和鲁棒性也得到了充分保证,这对于减少数据上传规模、快速完成用户能效评价方面具有明显优势。

摘要:为解决氢燃料电池中金属双极板表面缺陷尺寸小,缺陷对比不明显、种类多造成的难以检测,易误检漏检以及缺陷检测模型复杂度太大难以部署等问题,提出一种改进版的金属双极板缺陷检测算法DN-YOLOv5,来探究缺陷检测在冲压成形的金属双极板视觉检测工作台场景下进行快速精准检测的可行性,从而实现智能检测,提升检测效率。本研究着重于修改YOLOv5主干网络Backbone部分,添加网络中模块数量,加入NAM注意力机制和使用深度可分离卷积模块来替代原来CSP/CBS主干网络卷积模块,并引入SIoU对损失函数重新进行了定义,极大的提升了主干网络的轻量化程度。结果表明,本算法的map@0.5可达0.988,每秒检测传输帧率为9.98,模型参数量降低了52.13%,在测试集75张缺陷图像中真检率达到了99.74%。该方法在保证模型较高检测率的同时,显著降低了模型复杂度和参数计算量。此外,该算法结合新的检测尺度设计特征融合网络,提升网络的小目标、多目标检测能力。该算法具有良好的稳定性和鲁棒性,综合性能较好,满足部署移动端场景进行缺陷检测的轻量化需求。

摘要:为深入研究自由旋转卷弧尾翼弹箭的气动特性,利用计算流体力学方法及滑移网格技术对卷弧翼弹箭开展了时间精确非定常数值模拟。通过与文献对比的方式验证了模拟方法的有效性；分别利用网格无关性和时间步数无关性检验,确定出合适的网格数量和时间步数；在不同马赫数下对比、分析了自由旋转卷弧翼弹箭和固定卷弧翼弹箭的气动特性差异；考虑不同的翼、体差动滚转条件,研究了差动滚转角速度对自由旋转卷弧翼弹箭气动力矩特性的影响。结果表明:由于翼、体连接处黏性涡的强度不同,自由旋转卷弧翼弹箭的滚转力矩系数和马格努斯力矩系数明显小于固定卷弧翼；在马赫数0.8和1.1条件下,自由旋转卷弧翼弹箭的马格努斯力矩系数接近于0,其滚转力矩系数与差动滚转角速度基本呈线性关系,而马格努斯力矩系数与差动滚转角速度呈明显的非线性关系；受翼、体连接处黏性涡的影响,自由旋转卷弧翼弹箭的滚转力矩系数随马赫数增大而急剧减小,马格努斯力矩系数随马赫数增大而急剧增大；上述因素对卷弧翼弹箭的气动特性影响较大,在气动、弹道设计时须予以着重考虑。

摘要:为解决传统计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）方法获取港口起重机主梁截面风力系数过程繁琐、难以实现结构快速优化设计的关键技术难题,提出了一种基于卷积神经网络的起重机主梁截面风力系数快速预测模型。本研究所提出的风力系数快速预测模型利用自由几何变形方法处理基础截面形状以获取具有丰富几何特征的起重机主梁截面图形集,并采用CFD方法计算各主梁截面图形对应的风力系数生成数据集。在此基础上,基于数据集训练预测模型并对其网络结构进行优化,建立了主梁截面与风力系数之间的非线性映射关系。此外,进一步将该预测模型与遗传算法结合建立了一种主梁截面优化设计方法,并以数据集内F₁₁截面为例将防风性能作为优化目标测试了该优化方法的准确性和效率。算例测试结果表明,所提出的风力系数快速预测模型在预测各主梁截面的风力系数时平均相对误差为1.87%,预测时间为毫秒量级,比传统CFD方法计算效率有数量级地提升；应用本研究所发展的起重机主梁截面优化设计方法优化后的F₁₁截面较优化前风力系数降低了15.89%,能够极大地提高主梁截面的防风性能,证明了所提出的优化方法的可靠性,可作为一种起重机主梁截面结构优化设计与快速选型的新方法。

摘要:常规的液压优先阀在工作负载流量突变时,阀的动态响应存在一定的滞后现象,阀芯开启和关闭的响应速度均较慢,受限于保证压力稳定性和开启的响应速度在设计范围内,固定阻尼孔的设计尺寸较小,使得工况切换时,阀芯关闭速度慢,流经阻尼孔的补充油液流量小,无法满足系统快速补油的需求。为解决上述问题,在液压优先阀的主阀阀芯内部设计并集成了一个速度调节微阀,该微阀利用不同油液流动方向下阻尼孔不同的原理调节主阀的启闭响应速度,实现阀芯的缓开快关,根据阀内动力学方程,利用仿真对设计的微阀进行建模和优化,确定了最佳匹配参数并初步证明了设计的有效性。实验结果表明:通过合理匹配阻尼孔过流面积,当转向或换挡回路急需大流量时,速度调节微阀能够加快主阀的关闭速度,及时将辅路油液补充到主路,集成微阀相比传统主阀芯采用固定阻尼孔时的关闭速度提升了1倍；当转向或换挡完成后,速度调节阀能够实现主阀的开启速度比关闭速度慢,抑制压力冲击。速度调节微阀的设计解决了优先阀切换时主阀芯关闭速度慢的问题,有助于辅泵快速向主泵补油,满足系统工况改变的大流量需求,提升了系统的响应速度。

摘要:为研究干式超声波清洗头空腔结构的流场和声场特性,根据干式超声清洗头的超声波发声机理设计了通过流体间流体力学相互作用发声的3 mm腔体(小腔体)结构和通过流体与声学模态共振相互作用发声的10 mm腔体(大腔体)结构,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对所设计的方腔展开数值研究。结果表明:两结构有着相似的流场特性,相同压力条件下小腔体的流激振荡更激烈；腔体内最大流速随压力的增大而增大,最大流速的增长率随压力增大而减小,不同的腔体在相同压力条件下最大速度、最大速度的增长率相近；两种结构均能产生超声波,其超声波发声机理与腔体尺寸相关,发声机理与预测值相符。研究表明,针对干式超声波清洗头的流道结构设计并不局限于流体间流体力学相互作用发声的小腔体,大腔体同样可以产生强烈高频超声波,这为干式超声波清洗头的结构设计提供参考。