摘要:为准确描述直升机的机动飞行动态响应过程,本研究将发动机气动热力学模型与直升机飞行动力学模型相结合,建立了一种能够反映旋翼转速波动影响的直升机/发动机耦合模型。首先,建立旋翼的飞行动力学模型和发动机的部件级气动热力学模型,然后根据功率匹配关系建立旋翼/发动机耦合模型,最终形成了包含发动机动态特性的直升机/发动机耦合模型。使用UH-60A飞行试验数据验证直升机模型的配平与动态响应结果,表明本研究建立的直升机模型能够准确描述旋翼转速变化与偏航方向力矩变化。最后,对直升机垂直跃升(bob-up)机动飞行进行仿真计算。结果表明,在垂直跃升机动过程中,直升机飞行状态迅速变化,发动机负载快速变化造成旋翼转速突变,并在偏航方向引起偏航角速度反向变化,对垂直跃升机动造成不利影响。本研究对深入认识直升机与发动机之间的耦合关系,改进直升机发动机耦合控制律设计,提高直升机机动性能具有重要的参考价值。

摘要:为实现火箭发动机目标分类与识别,提取发动机推力大小与尾喷焰红外辐射强度间关联关系成为必要环节。本研究以高氮高能GAP/Cl20/Al（GCA）和高氮无烟GAP/ADN/DAAOF（GAD）两种新型推进剂为研究对象,从影响发动机推力的主要型谱参数入手,基于尾喷焰内流、反应流场和红外辐射的全链路计算方法,设计燃烧室压力、喷管膨胀比和推进剂配方谱系,数值分析了发动机推力与欠膨胀尾喷焰在2.7、4.3 μm波段的辐射强度的关联性。结果表明:在燃烧室压力和喷管膨胀比变化下,发动机推力与尾喷焰辐射强度均呈对数线性关系；在同推力下,GAD较GCA推进剂的尾喷焰辐射强度偏低3~5倍；燃烧室压力和喷管膨胀比作为推力主导因素下,两种推进剂在不同来流动压下的发动机推力与红外辐射强度近似遵循统一的对数分布关系；推进剂配比变化引起的发动机推力变化较弱,在不同来流动压下两种高氮推进剂对应的尾喷焰辐射强度沿发动机推力呈现出明显的“聚集”现象,且在4.3 μm波段内的辐射强度随来流动压差异呈现出分层现象。

摘要:为提高飞机机动识别方法精准度,提升识别过程的实时性,考虑到战术机动轨迹的动态性以及时序性,融合机动轨迹分割点检测方法,提出一种基于马氏距离度量动态时间规整神经网络的在线机动轨迹识别方法。首先,为防止训练的分割识别模型过拟合,通过提取机动轨迹特征,将机动轨迹飞行参数转化为机动轨迹特征参数,同时构建了包括21种机动轨迹单元的机动库；然后,为快速分割机动轨迹单元,结合支持向量机和马氏距离,提出了一种基于马氏距离支持向量机的机动轨迹分割点检测方法；其次,为提高机动轨迹单元识别精度,结合基于改进马氏距离的动态时间规整与卷积神经网络,提出一种基于马氏距离度量动态时间规整神经网络的机动轨迹单元识别方法；最后,通过融合分割点检测模型与轨迹单元识别模型,构建在线机动轨迹识别平台,并利用3种机动轨迹工况数据对该方法进行仿真分析。仿真结果表明,提出的方法能实时检测飞机机动轨迹单元分割点,且在分割检测的准确率达到97.0%；与其他机动轨迹识别方法相比较,本研究提出的方法不仅满足实时性,且具有较高的识别精度,达到90%以上,从而验证了本研究提出的在线机动识别模型的有效性与实时性。

摘要:穿舱光纤连接器的密封可靠性关系到载人航天器舱内气压的稳定,影响载人航天器的安全。为保证穿舱光纤连接器在空间应用环境复杂、在轨服役寿命长的工况中可靠应用,提出了一种穿舱光纤连接器高可靠双金锡光纤密封结构,并对光纤金属化焊接密封机理展开分析。基于航天器舱段连接应用泄漏率≤10^-10（Pa·m³）/s、环境温度-100~100 ℃要求,对采用双金锡光纤密封结构的某型多芯穿舱光纤连接器进行了结构剖析,通过压力降级、温度缓冲、低应力结构等结构设计,保证了多芯穿舱光纤连接器的密封可靠性。开展了金属化光纤焊接密封工艺技术研究,通过焊料选取、CTE匹配性分析、二道密封工艺验证分析及小批量试制,验证了双金锡光纤密封结构设计及工艺技术的合理性和稳定性。试验验证表明,多芯穿舱光纤连接器在经历温度冲击、快速压降及高强度正弦振动等极限空间环境试验后,光学性能和密封泄漏率均合格,证明采用双金锡光纤密封技术的穿舱光纤连接器能够满足载人航天器长期在轨使用要求,并具有良好的使用可靠性。

摘要:随着运载火箭智能化水平的逐步提高,为实现运载火箭飞行状态的载荷监测以及故障诊断和处置,需要对箭体危险截面载荷进行快速实时计算,即载荷的轻量化计算。首先,采用理论公式与代理模型相结合的方式,提出一种轻量化计算方法,在保证计算精度的同时提高计算效率。其次,按照计算量大小对计算流程进行了重新规划,并对箭体截面进行分类。然后,对于气动、操纵载荷,基于达朗贝尔原理,推导了载荷计算公式,通过预先计算构型相关常值参数降低计算量,并能够保证计算的准确性。最后,对于占比较小的晃动载荷,利用打靶仿真数据构建了多项式代理模型,通过代理模型对晃动载荷进行预测,以进一步降低计算量。研究结果表明,提出的轻量化方法可以大幅提升计算效率,结合不同飞行时间段载荷变化规律,合理选取计算截面数量,可以将计算时间控制在毫秒级,与有限元方法相比,不同类型箭体截面计算偏差均小于5%,对于总体多专业联合仿真以及飞行载荷的实时计算具有重要的应用价值。

摘要:为解决固定式X、γ辐射剂量仪现场校准的散射和剂量率定值难题,保障核设施安全稳定运行,基于X光机研究建立了便携式X射线照射装置和自屏蔽式X射线照射装置。基于蒙特卡罗模拟及机器学习算法和实验方法完成了X射线辐射场散射辐射修正并开展辐射场剂量率定值技术研究。首先,使用MCNP对便携式X射线参考辐射场及自屏蔽式X射线参考辐射场的均匀性、散射辐射和能谱分布等辐射特性进行了模拟,将得到的结果与实验数据进行对比,验证了数值模拟方法的有效性以及该装置应用于现场校准的可行性；其次,基于机器学习算法搭建现场校准环境散射辐射修正系统,使用平均绝对值误差对机器学习模型效果进行评价；最后,结合照射装置及次级电离室利用搭建的环境散射辐射修正系统开展现场校准实验。研究结果表明,便携式X射线照射装置及自屏蔽X射线照射装置均能提供满足GB/T 12162.1—2000标准要求的参考辐射场,基于环境散射辐射修正系统开展的固定式X、γ辐射剂量仪现场校准的校准因子和实验室校准因子的相对误差不大于6.2%,满足现场校准工作要求。

摘要:为解决由多个被控对象组成的工业信息物理系统(ICPS)在拒绝服务(DoS)攻击和不确定外界扰动下的一致性控制问题,将多智能体和ICPS相结合,并基于状态观测器和零和博弈方法,设计最优H∞一致控制器。首先,针对多个被控对象组成的ICPS,根据智能体的信息交互特性,构建固定拓扑结构的多智能体ICPS模型。其次,考虑DoS攻击作用在传感器通道和执行器通道时系统通信信道堵塞的影响,采用状态观测器重构被堵塞的状态信息,并构建DoS攻击下基于状态观测器的多智能体ICPS模型。然后,引入干扰抑制水平,并将控制器和干扰者视为零和博弈中的参与者,根据干扰抑制水平的优化目标和H∞性能条件,构建基于零和博弈的最优H∞设计框架。最后,通过对干扰抑制水平的约束,并求解满足H∞一致性的线性矩阵不等式,设计最优一致性控制器。采用4个不间断电源的控制问题作为仿真对象,Matlab仿真结果表明, 相比于未对状态重构和未对参数约束的设计方法,本设计方案可使得多智能体ICPS在双通道DoS攻击下达到一致的时间更短,且具有良好的相对稳定性。

摘要:为提高规模化风电场群的风速预测精度,进而保障中国电网的安全稳定运行,提出了一种基于粒子群投影寻踪聚类算法结合NS-L-Transformer的风电场群短期风速混合预测模型。首先,通过变分模态分解、去伪分量和小波变换的方法对采集的风速数据集进行处理,得到滤除噪声干扰后的风速数据集。其次,考虑风电场群间的风速空间关联特性,根据其风速波动特征,采用粒子群投影寻踪聚类算法分析了风电场群间的空间相关性,根据算法所得到的评价指标对风电场群进行了场群关联性最优分类,并构造了分类后的高维风速数据集。最后,通过Transformer模型的自注意力机制结合LSTM模型的门控单元机制捕捉风速时间序列的局部特征,提出了NS-L-Transformer模型对所构造的具有局部特性的高维风速数据集进行了风速预测。选用中国东南某地区风电场群的风速数据进行了仿真分析,研究结果表明,采用分类后的高维数据集进行风速预测较单一风速数据集的预测精度有较大的提升；相较于Transformer模型,NS-L-Transformer的预测误差减少,从而验证了本研究所提混合预测模型的有效性。

摘要:为解决数据集类别不平衡问题,针对不平衡数据集分类提出了一种实现不平衡数据集高性能分类的自然邻域超球面过采样方法(natural neighborhood hypersphere oversampling method, NNHOS)。首先,对不平衡数据集中的每个样本点搜索其自然邻居直至形成稳定的自然邻域；接着,根据每个样本点自然邻居的标签特点,将所有样本点划分为异常点、噪声点、多数类安全点、少数类安全点和少数类边界点5个区域；然后,对每个少数类边界点构建超球面,合并完全处于大超球面中的小超球面,形成一个超球面集合；最后,根据超球面半径大小自适应地为每个超球面分配采样比例,在超球面内生成指定个数的新样本点得到平衡数据集。结果表明,利用该方法在人工数据集和真实数据集上进行过采样形成新的样本集,以CART,SVM和KNN 3个分类器进行实验,并与其他8种常用方法进行对比分析。同时,以AUC值、F₁和G_m作为评价指标,进一步证明了该方法可以更好的对不平衡数据集进行分类。

摘要:为满足电容式MEMS陀螺仪低噪声,高精度的检测需求,设计了一款基于开关电容结构的全差分检测电路,主要包括电容检测和数字量化处理两部分。电容检测电路采用离散时间电容电压（C/V）转换方案,提出将高频载波调制和相关双采样技术相结合的方式,有效降低了低频噪声的干扰。量化电路采用一款4阶4 bit单环前馈结构的带通ΔΣ调制器,输入信号前馈通路的引入提高了系统的稳定性,内部多位量化器有效提高了信噪比。系统在保持低功耗的同时实现了高精度输出。基于0.18 μmBCD工艺,在5 V电源电压下,对整体电路进行仿真验证。 仿真结果表明, 检测电路灵敏度可以实现10 mV/fF,在谐振频率5 kHz处,等效输入电容噪声为0.062 aF/Hz。最终在100 Hz带宽范围内,读出信号量化精度可以达到15 bits。与传统的MEMS陀螺仪检测电路相比,该电路具有更低的噪声和更高的量化精度,能够满足高精度检测应用需求。

摘要:为减少航空发动机燃油喷嘴装配中的反复拆卸重装,提高一次装配成功率,提出了一种基于雾化性能预判的关键零部件选配方法。首先,基于喷嘴历史装配数据构建喷嘴几何精度-雾化性能实例库；然后,考虑到样本空间大小和喷嘴几何精度波动较大、一致性差的影响,采用自适应综合过采样方法对样本空间进行扩充,同时利用改进的K-means聚类算法对连续属性离散化处理；最后,通过关联规则挖掘算法建立几何精度与雾化性能之间的关联关系,并利用规则适应度评价方法量化每条规则的准确性,基于这些关联规则集构建喷嘴雾化性能预判模型,用于指导喷嘴装配。研究结果表明,利用某双油路离心喷嘴的旋流器和副喷口的装配数据进行验证,与决策树、支持向量机和人工神经网络等方法进行比较,本方法提出的喷嘴雾化性能预判模型的预测效果最好,预测精度高达98.33%。可以对不同零件组合后的喷嘴雾化性能进行有效预判,进而减少无效装配,提高喷嘴的装配效率。

摘要:为解决现有铰接车轨迹跟踪控制面临的动作波动问题,提高铰接车轨迹跟踪控制的精度以及平滑性,提出了一种考虑轨迹预瞄的平滑强化学习型跟踪控制方法。首先,为保证控制精度,通过将参考轨迹信息作为预瞄信息引入强化学习策略网络和值网络,构建了预瞄型强化学习迭代框架。然后,为保证控制平滑性,引入LipsNet网络结构近似策略函数,从而实现策略网络Lipschitz常数的自适应限制。最后,结合值分布强化学习理论,建立了最终的平滑强化学习型轨迹跟踪控制方法,实现了铰接车轨迹跟踪的控制精度和控制平滑性的协同优化。仿真结果表明,本研究提出的平滑强化学习跟踪控制方法（SDSAC）在6种不同噪声等级下均能保持良好的动作平滑能力,且具备较高跟踪精度；与传统值分布强化学习（DSAC）相比,在高噪声条件下,SDSAC动作平滑度提升超过5.8倍。此外,与模型预测控制相比,SDSAC的平均单步求解速度提升约60倍,具有较高的在线计算效率。

摘要:海上航线日益密集,海上风力机面临船舶碰撞风险,为提高海上风力机抗撞性能,维护其安全稳定运行,延长其服役时间,提出了一种新型分形的王莲叶脉仿生结构的海上风力机防护装置,通过LS-DYNA利用非线性有限元模型模拟海上风力机基础与2 m/s船舶碰撞过程,对仿生分形防护装置和普通传统防护装置进行防护性能的分析与对比,包括系统接触力、塔架应力情况、立柱与基础连接高应力区应力情况和能量转化等方面。模拟结果表明:与普通防护装置相比,仿生叶脉结构可降低风力机受到的最大接触力,并使接触区域高应力区域范围更小,整体应力也明显降低。此外,仿生叶脉结构还可以提升防护装置对立柱与基础连接处的防护能力,减小连接处的最大应力,并明显降低平均应力；相较于普通防护装置,仿生分形结构主体防护材料吸收动能更多,但其内能升高较小,吸收的能量耗散量更大,同时也使得钢壳吸能效果显著提升,因此,与传统普通防护装置相比,仿生分形结构防护装置综合抗撞性能更佳。

摘要:为提高光伏建筑一体化(BIPV) 能源系统运行的经济性和鲁棒性,降低光伏出力和电热冷负荷的不确定性对BIPV能源系统经济稳定运行带来的不利影响,提出了一种预测—配置—调度一体化策略实现BIPV能源系统鲁棒优化调度。首先,通过多任务高斯过程(MTGP)综合考虑光伏出力和电、热、冷负荷间的相关性,得到精确的源荷预测结果及其概率信息,以此为基础建立基于MTGP的源荷不确定集。其次,针对建筑类型和负荷需求设计能源系统结构,以系统年投资成本和年运营成本最小化为目标函数建立经济最优容量配置模型并求解。最后,在确定源荷不确定集和设备容量配置的基础上建立BIPV能源系统两阶段鲁棒优化调度模型,通过列与约束生成算法和KKT条件求解模型,得到系统经济最优调度方案。本研究采用美国亚利桑那州州立大学某教学楼电、热、冷负荷数据对所提优化策略进行验证,仿真试验结果表明:所提优化策略可以通过改变不确定集置信度灵活调整调度方案的保守性,在考虑分时电价机制下,储能设备充分发挥削峰填谷作用,降低了系统运营成本,与传统的确定性优化和采用盒式不确定集的鲁棒优化策略相比,调度方案的经济性和鲁棒性均有所提升。

摘要:为提高沥青路面回收料（RAP）的加热质量和效率,降低微波加热装机功率,促进超大功率微波在热再生设备中的应用,提出了微波-热风混合加热方法。通过对微波、热风及微波-低温热风混合加热有限元分析,证明了微波-低温热风混合加热相比于单独加热更具有优势。分析了微波热风混合加热过程,对多馈口微波热风混合加热腔及天线进行设计,以此为基础构建了混合加热有限元模型。对不同加热高度、热风温度、热风风速等对混合加热效果的影响因素进行仿真分析,对比分析了RAP在微波加热、热风加热和微波热风混合加热的加热效果。结果表明:RAP加热高度会导致混合加热腔内微波发生干涉,对加热效果产生较大影响。风温过高会导致RAP表面迅速出现烤焦老化。加热距离为50、100 mm时,混合加热较微波单独加热,加热效率分别提高9.32%、11.75%；较热风单独加热,RAP上表面的加热效率分别提高了124.7%,92.9%,下表面的加热效率分别提高了38.8%、34.8%,同时均匀性都得到不同程度提高。说明微波热风混合加热能够明显提高RAP的加热效率,改善微波单独加热效率不高和均匀性差的问题,兼顾两者优点,保证了RAP的加热质量,为RAP的再生加热提供了新的方法。

摘要:中国核电机组“华龙一号”采用了双层钢筋混凝土安全壳和能动与非能动相结合的安全设计理念,核电系统的安全性得到大幅度提升,但其建设成本也明显高于二代机组,影响了其经济竞争力。为进一步提高核电的安全性,并解决好安全性和经济性这一对矛盾,本研究基于华龙一号机组提出一种新型非能动安全壳事故缓解方案,在安全壳外侧设置一个多功能水池,该水池依据射流冷凝原理吸收壳内事故后产生的高温蒸汽从而起到抑压的作用,另外安全注射系统、堆腔注水系统和堆芯换料系统的水源均被集成至该水池中,这使得核电机组的系统和设备得到大量简化。通过严重事故分析程序评估了该方案应对大破口事故(LBLOCA)的性能表现。结果表明:通过合理配置多功能水池气空间容积,可以有效抑制壳内压力的上涨,相比于华龙一号,系统方案在保证安全性能不减弱的同时可以使得安全壳尺寸减小近47%,安全壳系统的总水装量减少约1 700 m³；多功能水池可以存储事故后壳内不凝性气体,对非能动安全壳热量导出系统(PCS)起到换热能力增强作用；堆芯能够得到充分的冷却,燃料包壳外表面峰值温度达到1 389 K,低于包壳的脆化失效温度1 477 K,反应堆堆芯的完整性得到了保证。

摘要:为认清船舶横摇机制、探究航速对横摇阻尼的影响,模拟了DTMB5512船模的横摇自由衰减过程,并根据短期预报结果评估了不同横摇阻尼求解方法用于横摇运动分析的可靠性。采用计算流体动力学（CFD）中的重叠网格技术,考虑横摇、横荡和垂荡三自由度运动,得到了不同航速和初始横倾角下的横摇自由衰减曲线,横摇幅值与横摇周期均与试验结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性。通过对横摇衰减曲线拟合,可分别得到线性和二次阻尼系数,并基于势流理论计算了不同海况下的横摇单幅有义值。结果表明:傅汝德数（Fn）由0.138增加到0.410,横摇衰减速度明显加快,伴随着船体周围兴波的快速上升。相同航速时,初始横倾角由10°增加到20°,线性阻尼系数无明显变化；相同初始横倾角时,高航速对应更大的线性阻尼系数。等效阻尼为线性阻尼和二次阻尼在对应横摇幅值下的组合,可以有效减弱横摇消灭曲线拟合所引入的影响。根据横摇短期预报结果,Fn=0.138和Fn=0.280航速,CFD法得到的横摇阻尼系数精度均高于经验公式法,在高海况下表现得尤为明显。等效阻尼系数更适合用于横摇运动的定量分析,随着航速的增加而增加。