考虑结构刚度不确定性的概率颤振分析

针对舵面颤振系统中存在的不确定性问题,考虑参数的随机分布,利用蒙特卡罗模拟（MCS,Monte Carlo Simulation）和非浸入式随机多项式（NIPC,Non-Intrusive Polynomials Chaos）两种方法进行概率颤振分析,以对结构稳定性和颤振风险进行评估.选取一个存在非线性因素的典型三维舵面作为研究对象,考虑舵机弯曲刚度和扭转刚度两个不确定性变量均满足高斯分布,基于MCS和NIPC两种方法开展不确定性定量分析工作.MCS方法选取大量的样本进行颤振计算,而随机多项式方法利用配点法建立代理模型,以此获得大量的颤振信息,进而得到舵面系统发生颤振的危险速度区域及给定速度下系统发生颤振的概率,并对两种方法的置信水平、计算精度和计算效率进行了比较分析.结果表明,以不确定性量化为基础的概率颤振分析方法能充分利用不确定参数的概率信息对结构系统的颤振风险做出评定.      

拦截弹道快速设计方法

针对传统优化算法在解决多约束条件下拦截弹道设计问题时迭代计算耗时过长的缺点,提出了一种快速拦截弹道设计方法.该方法基于人工神经网络的非线性拟合技术,先通过普通优化算法进行离线样本计算,对样本中目标位置和优化得到的飞行程序参数进行输入-输出映射拟合训练,从而实现在给定目标位置的情况下对最优飞行程序参数的快速计算,达到提高拦截弹道设计效率的目的.经过数值仿真验证,将该方法应用于拦截弹道设计,在保证良好命中精度的同时,设计所需的计算时间大大减少,从而提高了弹道设计的时效性.      

基于遗传算法的高速飞行器滑模控制律设计

以高超声速飞行器GHV(Generic Hypersonic Vehicle)的俯仰通道为控制对象,针对其6自由度非线性模型设计了滑模控制律.为了便于应用滑模控制理论,首先对该模型进行了输入输出反馈线性化,将原模型转换成为仿射型.设计好滑模控制律结构以后,基于遗传算法完成了滑模控制律参数设计.该过程利用了随机鲁棒思想,即在随机均匀分布的参数不确定性作用下,通过遗传算法优化滑模控制律参数,使得飞行控制系统失去稳定性和鲁棒性的概率达到最小.仿真表明,该方法可以同时满足飞行控制系统鲁棒性和参数优化过程收敛性的要求.     

尾流飞行风险概率拓扑图的构建方法

考虑尾流遭遇情形下的不确定性与随机性因素,利用蒙特卡洛法对三维空间内的每个尾流遭遇点进行大数据量的仿真实验,提取了尾流遭遇情形下的三维极值参数,验证了一维的极值参数符合广义极值（GEV）分布;提出了三维极值参数的四参数变权重Copula（FPAVW Copula）模型,拟合优度检验的结果表明FPAVW Copula具有比其他Copula更高的精度;利用FPAVW Copula对尾流场内每个网格采样点上的三维极值参数进行了辨识,计算出了尾流空间的风险概率指标分布情况;在此基础上对尾流风险概率拓扑在不同发展阶段的结构特征进行了分析,构建了可视化的二维及三维风险概率结构图,可用来研究尾流场内的风险规避策略及算法.所提方法及思路亦可对其他内外部环境因素影响下的飞行风险概率评估及拓扑结构可视化等热点研究方向提供参考.     

基于分段非线性Arrhenius的贮存寿命评估方法

针对对数线性阿伦尼斯模型适用于温度在较小范围内变化的情况,给出了一种阿伦尼斯模型的修正方法.结合步退应力加速寿命试验失效率高、样本量少、试验设备简单的优点,给出了一种在工程实践中利用分段非线性阿伦尼斯模型对步退应力加速贮存试验进行评估的方法.首先,基于分段非线性阿伦尼斯模型建立步退应力下失效数据折算的数学模型.其次,建立了基于全样本的极大似然函数.最后利用遗传算法解非线性方程组,得到分段非线性阿伦尼斯模型的参数估计.以雷达高度表的步退应力加速贮存试验进行实例分析,将基于分段非线性阿伦尼斯模型、基于对数线性阿伦尼斯模型的加速贮存寿命评估方法得到的计算结果与产品外场得到的平均寿命、失效率以及可靠度函数进行对比分析,基于分段非线性阿伦尼斯模型的加速贮存寿命评估方法得到的结果误差在5%范围内.验证了论文中基于分段非线性阿伦尼斯模型的步退应力加速贮存试验评估方法的有效性以及准确性.      

基于机场探鸟雷达数据的鸟击风险评估

提出一种实时鸟击风险评估方法.该方法利用机场探鸟雷达获取的实时鸟情信息,通过估计鸟击概率和严重程度实时评估鸟击风险.以飞鸟和跑道位置为自变量建立预估方程,计算鸟击概率.将德尔菲法和层次分析法（AHP,Analytic Hierarchy Process）相结合,建立鸟击严重程度估计模型;该模型充分利用了专家知识和定量计算的优点,称为DAHP模型.为减少该模型中同一层次上参数的个数,将影响评估结果的因素置于一个双层模型中,避免由于同一层次上参数过多造成比较矩阵不满足一致性的问题.本评估方法经过了三跑道的北京首都国际机场仿真数据和单跑道的北海福城机场实测数据的测试.     

气动布局参数对直升机飞行品质的影响

以UH-60A直升机为例,建立了适合于飞行品质评价的直升机非线性飞行动力学模型,对算例机模型进行配平验证,并计算了稳定性、操纵性导数.计算结果与参考数据吻合较好,证明模型可用.根据军用直升机飞行品质规范（GJB902—90）,选取的典型气动布局参数,计算了不同参数下的直升机的动态响应特性和操纵特性,分析了飞行品质对设计参数的敏感性.结果表明,旋翼高度对各项飞行品质指标都有明显的影响,降低尾桨高度能显著提升滚转操纵功效的品质等级,尾桨纵向位置是影响偏航操纵功效和偏航操纵灵敏度的主要因素.      

教练机训练效能计算方法改进

教练机训练效能对飞行学员掌握飞行技能和战术水平有重要作用,量化评估教练机训练效能是优化训练体制和评估飞行训练大纲的前提.典型的教练机训练效能计算模型对飞机的航空电子系统、操纵系统考虑不足,对飞行参数选择有局限性.利用层次分析法原理改进的教练机训练效能评估模型弥补了这些不足,同时对飞行科目权重给出了新的选择方法.改进模型能够很好地适应第三代战斗机飞行员训练效能评估,为现代飞行训练大纲和飞行训练体制评估提供了基础,算例结果证明改进模型更为合理可行.      

基于DE算法的共轴直升机模型辨识及精度分析

由于共轴直升机特有的旋翼布局引发了上下旋翼间强烈的气动干扰,采用传统的理论分析和风洞试验的方法难以获得适用于共轴直升机控制系统的飞行动力学模型.为此,设计了飞行扫频试验,根据飞行试验数据得到了悬停状态下包含共轴直升机飞行动力学模型耦合特性的非参数频率响应,运用仿生智能计算方法中的微分进化(DE,Differential Evolution)算法拟合频率响应建立了悬停状态下的共轴直升机状态空间模型.利用Cramer-Rao边界和不灵敏度的相关理论进行分析计算,说明辨识得到的参数具有较高的精度和可信度.通过比较辨识模型的输出和实际飞行数据的结果,说明辨识得到的模型能充分反映共轴直升机的飞行动力学特性,可用于飞行品质评估和飞控系统设计.     

基于小样本的试验系统可信度评估方法

针对小样本试验数据信息匮乏、难以利用概率统计方法进行可信度评估的问题,将重抽样方法与小样本区间估计方法相融合,提出了小样本试验系统新型可信度评估方法。利用重抽样理论,获取多个具有相同样本量的相似小样本。根据灰色系统理论,提出了改进的灰色置信度及置信区间的定义及计算方法。并在此基础上通过求公共区间的方式计算原小样本数据的灰色置信区间。该置信区间在相同的置信度下,区间宽度更窄,精度更高。通过算例仿真,验证了上述方法的合理性、有效性,对工程试验中的小样本数据系统评估提供了一定的方法指导。      

交叉航路航空器碰撞风险评估

在与经典的Reich模型进行比较后,对一种基于事件的交叉航路航空器碰撞风险模型进行了改进,补充考虑了处于平飞阶段的航空器因在垂直方向上相对运动而导致的碰撞风险.分析了其水平碰撞概率较Reich模型所得结果保守的原因,采用蒙特卡洛仿真的方法产生了两架航空器之间的相对位置误差数据,针对多个概率分布模型进行了拟合,比较了不同概率分布模型对航空器碰撞风险的影响.结果表明:代表严重误差的尾部数据直接决定了航空器碰撞风险,但因为其数据较少,所以除广义帕累托分布外,其他分布都不能很好地对尾部数据进行拟合.     

基于UR-MTPGERT网络模型的复杂装备风险传导分析

针对复杂装备风险传导关系描述不清晰的问题,构建了风险传导不确定随机多传递参量图形评审技术（UR-MTPGERT）网络模型。首先,基于机会理论,定义了不确定随机变量的矩母函数,并在此基础上构建了UR-MTPGERT网络模型。其次,为刻画复杂装备的微观风险信息,在模型中引入系统风险度、风险元重要度、风险路径关联度等解析参数。然后,求解矩母函数时,采用德尔菲法处理专家经验数据,得到经验不确定分布,并利用极大熵模型处理随机数据,得到概率密度函数;引入矩阵分析技术,解决了网络拓扑分析困难的问题,在此基础上计算网络参数。最后,对某型飞机进行安全性分析,结果表明,该模型能清晰反映风险元间的关系,可以为复杂装备的风险分析、预判和安全控制提供借鉴。      

积冰对飞机操纵性的影响与仿真

采用积冰程度参数描述积冰对飞机气动参数的影响;将积冰程度参数引入飞机六自由度非线性动力学模型,建立了随积冰严重程度而变化的时变飞机仿真模型,并以此为基础设计了高度保持模式和滚转角保持模式两种飞机自动驾驶闭环仿真系统.通过与飞行试验数据对比,验证了仿真模型的正确性.在一定的飞行条件和积冰遭遇情况下,对开环和闭环飞机的飞行进行了仿真计算和分析.仿真结果表明:积冰对飞机的配平特性、响应特性以及自动驾驶性能均造成不良的影响,对飞行安全构成了一定的威胁.     

基于SVM的低空飞行冲突探测改进模型

为保障通航飞行器在低空空域的飞行安全,提出了一种基于支持向量机（SVM）的飞行冲突探测改进模型。首先,建立适应于飞行器的保护区。然后,利用改进型ID3决策树算法将搜索空间降低到局部的方法筛选具有潜在飞行冲突的飞行器,并利用随机森林（RF）选择合适训练集。最后,利用tanh函数优化容易饱和的sigmoid函数对SVM分类结果的概率映射。通过仿真验证和对比分析,结果表明:利用基于密度聚类的DBSACN算法去除异常点,将剔除产生误报和虚报的数据作为训练集优化SVM分类器,改进的飞行冲突探测模型的误报率和虚报率分别降低了0.6%和1.9%,算法执行效率得到提高,而且具有较好的抗干扰能力与稳定性。      

高空太阳能无人机三维航迹优化

为提升高空太阳能无人机的飞行性能和载荷能力,综合考虑无人机运动状态和能量获取、存储、消耗之间的耦合关系,建立了三维航迹优化模型。采用高斯伪谱法在离散点上近似状态变量和控制变量,且在一系列配点上满足动力学方程的约束,将最优控制问题转化为非线性规划问题。针对典型的点到点飞行任务开展了航迹优化,并与常规定高定速航迹进行了对比。结果表明:通过调整飞行姿态,可以使高空太阳能无人机的净吸收能量提高9.2%;综合调整飞行姿态和改变飞行高度两种措施可以获得更大的能量优势,使储能电池剩余电量提高18.8%。      

高超声速巡航飞行器在线自适应反馈控制设计

由于飞行器模型的强非线性,各种建模不确定性以及飞行环境的复杂性,高超声速飞行器控制成为一个研究难点.针对某类具有参数不确定性的非线性系统,提出了一种反馈线性化与自适应估计相结合的方法,对非线性系统的输入输出动态应用反馈线性化处理以得到拟线性模型,并设计反馈控制律;对不确定参数采用自适应在线估计,利用Lyapunov方法分析稳定性;针对选择不同输出的情况,对如何消除内动态进行了讨论.为了验证该方法的可行性,将其应用于某高超声速飞行器巡航段纵向非线性模型,对速度和高度通道进行跟踪控制仿真,由于飞行器和大气环境存在建模不确定性,利用自适应控制对不确定参数进行在线估计.仿真结果显示该方法能够快速收敛,并且具有良好的在线自适应能力.     

Gap准则在Ⅱ型PIO预测中的应用

针对Ⅱ型PIO(Pilot Induced Oscillations)严重威胁先进战斗机飞行安全的问题,提出运用Gap准则对纵向Ⅱ型PIO进行预测.建立了舵机速率限制的正弦输入/三角输出描述函数模型,改进了Neal-Smith驾驶员模型.提出运用描述函数法研究Ⅱ型PIO的产生机理,推导了非线性人机系统失稳公式,得到了Gap准则的一般计算方法.应用Gap准则对某型飞机纵向Ⅱ型PIO敏感性展开了研究,并进行了时域仿真验证.结果表明:Gap准则物理意义明晰、结果直观、计算高效,能有效地预测Ⅱ型PIO的发生.研究结果可为先进战斗机飞行控制系统的设计提供重要理论依据.     

基于逆动力学和在线参数辨识的飞机姿态控制

传统的综合飞行/火力控制系统的设计使用了PID(Proportion-Integral-Differential)结构的飞行/火力耦合器,具有鲁棒性差、设计工作量大等缺点.提出了一种基于逆动力学和在线参数辨识的方法,用于直接设计综合控制系统中的姿态控制器.其中,对飞机的转动动力学方程,推导得到了其逆特性的解析形式;使用在线参数辨识方法,对飞机的气动特性进行估计并用于舵面分配.以六自由度非线性飞机模型为对象进行了仿真,结果表明所设计的姿态控制系统具有快速性好、通道间解耦效果明显、对气动模型误差的鲁棒性强等优点.本方法也可推广用于其他的飞行器姿态控制系统设计.