开孔曲面自动铺放轨迹规划算法研究

为解决开孔曲面自动铺放轨迹规划问题,提出在前处理中将孔边界内外的曲面接合成完整曲面的方法,采用STL文件提取网格化曲面信息并重构开孔曲面拓扑,按照设定算法获得“连续”的铺放轨迹后,再按孔边对轨迹点进行信息整理得到后置处理所需的最终铺放轨迹点信息.研究了迭代法和投影法在轨迹线与孔边界交点的求取方法,综合比较2种算法的效率和精度后,发现投影法更适于开孔曲面的轨迹规划.根据上述算法,编写了基于VC++ 6.0平台的轨迹规划程序,以整体复合材料前机身为例进行算法验证,证明了提出的开孔曲面自动铺放轨迹规划算法的合理性和正确性.     

基于有向点集的多面多孔式装配偏差分析与协调

多面多孔式装配是航天航空等大尺度部件装配/装调常见的连接形式之一,其空间装配关系复杂,调配环节多且存在耦合,以试错式的装配作业方式存在难度大、需反复试装与调配、装配质量一致性差、装配效率低等问题。采用"有向点"表征轴/孔配合的空间装配关系,提出了一种基于有向点集的多面多孔式装配协调数学模型,通过奇异值分解（SVD）分解法对基于有向点集的协调模型进行最优匹配运算,给出了装配调整量的计算方法。最后,以实际工程需求为应用背景,在实验室环境下进行了多面多孔式装配协调试验,结果表明基于测量数据的装配偏差分析与装配调整量计算方法可行。     

A heuristic cabin-type component alignment method based on multi-source data fusion

In cabin-type component alignment, digital measurement technology is usually adopted to provide guidance for assembly. Depending on the system of measurement, the alignment process can be divided into measurement-assisted assembly (MAA) and force-driven assembly. In MAA, relative pose between components is directly measured to guide assembly, while in force-driven assembly, only contact state can be recognized according to measured six-dimensional force and torque (6D F/T) and the process is completed based on preset assembly strategy. Aiming to improve the efficiency of force-driven cabin-type component alignment, this paper proposed a heuristic alignment method based on multi-source data fusion. In this method, measured 6D F/T, pose data and geometric information of components are fused to calculate the relative pose between components and guide the movement of pose adjustment platform. Among these data types, pose data and measured 6D F/T are combined as data set. To collect the data sets needed for data fusion, dynamic gravity compensation method and hybrid motion control method are designed. Then the relative pose calculation method is elaborated, which transforms collected data sets into discrete geometric elements and calculates the relative poses based on the geometric information of components. Finally, experiments are conducted in simulation environment and the results show that the proposed alignment method is feasible and effective.     

A study of morphing aircraft on morphing rules along trajectory

Morphing aircraft can meet requirements of multi-mission during the whole flight due to changing the aerodynamic shape, so it is necessary to study its morphing rules along the trajectory. However, trajectory planning considering morphing variables requires a huge number of expensive CFD computations due to the morphing in view of aerodynamic performance. Under the given missions and trajectory, to alleviate computational cost and improve trajectory-planning efficiency for morphing aircraft, an offline optimization method is proposed based on Multi-Fidelity Kriging (MFK) modeling. The angle of attack, Mach number, sweep angle and axial position of the morphing wing are defined as variables for generating training data for building the MFK models, in which many inviscid aerodynamic solutions are used as low-fidelity data, while the less high-fidelity data are obtained by solving viscous flow. Then the built MFK models of the lift, drag and pressure centre at the different angles of attack and Mach numbers are used to predict the aerodynamic performance of the morphing aircraft, which keeps the optimal sweep angle and axial position of the wing during trajectory planning. Hence, the morphing rules can be correspondingly acquired along the trajectory, as well as keep the aircraft with the best aerodynamic performance during the whole task. The trajectory planning of a morphing aircraft was performed with the optimal aerodynamic performance based on the MFK models, built by only using 240 low-fidelity data and 110 high-fidelity data. The results indicate that a complex trajectory can take advantage of morphing rules in keeping good aerodynamic performance, and the proposed method is more efficient than trajectory optimization by reducing 86% of the computing time.     

高阶满阵线性代数方程组的快速解法及其应用研究

在非对称、非正定满阵线性方程组的求解过程中,本文以高斯迭代为基础,提出一种残差优化的迭代法.该法在迭代收敛过程中,残差单调下降,大大缩短了线性方程组的求解时间.用该法替代直接解法,增大了求解方程组的阶数,缩短了计算周期,对复杂飞行器气动、隐身一体化优化设计具有重要的工程价值.该方法还可以广泛地推广到其它应用领域.     

考虑J_2摄动影响的零射程线计算方法研究

考虑到地球扁率J_2摄动的影响,在非正交分解法的基础上,利用自由段弹道地心距迭代解析解,给出了一种弹道飞行器零射程线的计算方法。数值仿真结果表明,该方法具有很高的精度,且计算速度较快,在闭路制导能量耗散和多弹头进攻弹道设计中具有较高的应用价值。     

基于几何代数理论的转子堆叠装配多目标优化

在航空发动机多级转子装配过程中,优化的转子堆叠装配方案对提高转子装配质量及安全运行有着重要的意义。为了提高转子安装相位优化效率和装配质量,基于几何代数理论并结合多目标优化方法提出了一种高效求解最优堆叠装配方案的方法。首先,对几何代数和齐次矩阵的计算效率进行对比验证,并基于几何代数理论改进多级转子堆叠装配误差传递模型;其次,针对航空发动机转子安装相位角度的装配要求,建立转子同心度和初始不平衡量的多目标优化模型;最后,采用非支配排序遗传算法求解该堆叠装配多目标优化问题,获得符合工艺要求的最优装配方案。算例结果表明,优化后的转子装配方案比随机装配方案同心度降低65.10%,初始不平衡量降低97.88%。     

基于关键测量特性的飞机装配检测数据建模研究

数字化测量辅助飞机装配技术是实现装配关系数字化协调、提高装配精度与效率的关键技术之一。基于数字化测量的装配过程依赖于产品设计、工艺设计、加工与部件装配等多个环节产生的数据,因此,构建统一的数据模型,实现各环节间的数据关联与映射,是实现基于数字化测量的装配过程监测、调控与质量保证的关键。本文首先提出了"关键测量特性"的概念,拟解决产品设计特性、工艺特性向测量特性的映射,并最终转化为关键测量点集;分析了飞机装配中关键测量特性间的几何数据关系,并揭示了其与部件关键装配关系之间的关联,在此基础上构建了以关键测量特性检测数据为节点的飞机装配广义尺寸链;通过对广义尺寸链各节点、组成环及封闭环的数学表达,构建飞机装配过程检测数据模型;讨论了该模型在飞机装配质量控制过程中的应用模式,并以翼身对接为案例,对基于关键测量特性的飞机装配过程检测数据建模过程及应用进行了阐述。     

地图辅助行人航迹推算技术的室内定位方法

针对目前室内定位技术中位置漂移、定位结果偏差较大的问题,提出了一种融合行人航迹推算(PDR)、地标匹配修正和地图辅助的室内行人定位方法.该方法利用基于惯性传感器的PDR技术计算行人位置信息,利用行走过程中的传感器读数特征识别室内特定地标点,与地标库数据进行匹配后,修正PDR轨迹产生的累积误差.室内地图辅助主要是通过判断行人是否位于走廊等区域,限制轨迹穿墙,约束PDR定位轨迹.实验结果表明,融合定位算法得到的轨迹优于纯惯性递推算法得到的轨迹,更加接近真实的行走轨迹,定位精度提高了51.2％,平均定位误差降至1.8m,满足室内定位需求.     

基于ELM的飞机数字化装配定位运动模型

针对飞机装配中开敞性较差环境下的串联装配机构半闭环定位运动控制问题进行研究,提出了基于极限学习机(EML)算法的飞机数字化装配定位运动模型。通过分析飞机数字化装配串联定位机构的运动学模型特点及性能要求,提出了飞机数字化装配定位运动的单隐含层前馈神经网络模型,并基于极限学习机提出了装配定位运动的数据辨识模型,且最后给出了基于极限学习机算法的定位运动离线辨识方法。通过将某大型飞机机身壁板柔性预定位工装作为试验平台进行验证,结果表明,获得的定位运动模型使直接装配定位精度达到±0.25 mm,满足某大型飞机机身壁板长桁的装配定位精度要求±0.50 mm。试验系统涉及的若干关键技术已应用于某大型飞机的壁板组件装配预定位柔性工装系统。     

基于UG、3DVIA的航空发动机外部管路装配工艺可视化设计

为了解决发动机外部管路装配工艺设计难度大、周期长、装配工艺规程直观性差等问题,提出了利用UG、3DVIA软件进行发动机外部管路装配工艺可视化设计的方法。介绍了发动机外部管路装配工艺可视化设计的总体流程及实现方法,包括工艺模型建模、装配工艺可视化设计和装配工艺可视化输出。并针对发动机外部管路装配过程中的非常规分解、因管路结构设计变化而带来的工艺更改、管路装配应力等问题,利用可视化工艺设计方法提出了相应解决措施。应用结果表明:该方法大幅度提高了管路装配工艺设计质量与效率,形成的装配动画及3维图解能够直观地指导现场装配。     

基于遗传算法的飞机维修拆卸/装配序列规划研究

飞机维修拆卸/装配序列规划是整个飞机产品维修作业的重要组成部分,同时也是飞机远程诊断与远程维修的重要研究内容。针对飞机维修过程中拆卸/装配序列规划问题的特点和要求,本文从维修产品的拆卸/装配过程稳定性、拆卸/装配方向和拆卸/装配工具的改变次数三个方面来设置目标函数,解决了零件数量大的产品规划计算效率不高且没有考虑产品的维修过程稳定性问题。本文开发出了基于遗传算法的飞机维修拆卸/装配序列规划系统,并结合具体产品进行了验证。     

一种修正的Mann迭代算法的强收敛性

设H是一Hilbert空间,C为H的非空闭凸子集,T：C→C为一非扩张映射。在假设零元素θ∈C的情况下采用正则化思想,提出了一种不涉及投影算子的Mann迭代修正算法来逼近T的不动点,证明了算法的强收敛性。     

基于生成对抗近端策略优化的机动策略优化算法

针对传统强化学习算法在生成空战机动策略时存在收敛效率低、专家经验利用不足的问题,研究了基于生成对抗-近端策略优化的策略生成算法。算法采用判别器-策略-价值(DAC)网络框架,在近端策略优化(PPO)算法基础上,利用专家数据和环境交互数据训练判别器网络,并反馈调节策略网络,实现了约束策略向专家策略方向优化,提高了算法收敛效率和专家经验利用率。仿真环境为基于 JSBSim开源平台的 F-16飞机空气动力学模型。仿真结高,PPO果表明,本文算法收敛效率高于算法,生成的策略模型具备较好的智能性。     

基于参数化轨迹的TAEM段在线制导方法

针对可重复使用运载器末端能量管理阶段的在线轨迹生成与制导问题,研究了一种基于参数化轨迹描述且不依赖在线积分推演与气动辨识的三维轨迹预测-校正制导算法。首先,设计了由动压上边界、下边界和最大能量边界构成的动压包线,由一个参数对包线内的动压剖面进行描述,采用离线计算的方式预先获得飞行航程随动压剖面参数、倾侧角和能量高度变化的关系并存为三维数表。随后,根据当前状态和地面航迹参数计算得到各飞行阶段地面航程信息,在待飞航程的预测中,考虑侧向机动的航程损失和模型偏差影响,采用分段查表和在线估计航程修正系数的方法对预测航程进行了两次修正。最后,研究了约束条件下的多轨迹参数连续更新策略,以保证消除航程偏差的同时轨迹具有适宜性。仿真结果表明,该方法对于初始位置、能量状态散布不敏感,其末端位置控制精度保持在米级。完成单次轨迹预测-校正的时间不超过2.3 ms,拥有较高的在线预测效率,对突发故障造成的模型偏差具有较强的适应能力。     

An online ensemble semi-supervised classification framework for air combat target maneuver recognition

Online target maneuver recognition is an important prerequisite for air combat situation recognition and maneuver decision-making. Conventional target maneuver recognition methods adopt mainly supervised learning methods and assume that many sample labels are available. However, in real-world applications, manual sample labeling is often time-consuming and laborious. In addition, airborne sensors collecting target maneuver trajectory information in data streams often cannot process information in real time. To solve these problems, in this paper, an air combat target maneuver recognition model based on an online ensemble semi-supervised classification framework based on online learning, ensemble learning, semi-supervised learning, and Tri-training algorithm, abbreviated as Online Ensemble Semi-supervised Classification Framework (OESCF), is proposed. The framework is divided into four parts: basic classifier offline training stage, online recognition model initialization stage, target maneuver online recognition stage, and online model update stage. Firstly, based on the improved Tri-training algorithm and the fusion decision filtering strategy combined with disagreement, basic classifiers are trained offline by making full use of labeled and unlabeled sample data. Secondly, the dynamic density clustering algorithm of the target maneuver is performed, statistical information of each cluster is calculated, and a set of micro-clusters is obtained to initialize the online recognition model. Thirdly, the ensemble K-Nearest Neighbor (KNN)-based learning method is used to recognize the incoming target maneuver trajectory instances. Finally, to further improve the accuracy and adaptability of the model under the condition of high dynamic air combat, the parameters of the model are updated online using error-driven representation learning, exponential decay function and basic classifier obtained in the offline training stage. The experimental results on several University of California Irvine (UCI) datasets and real air combat target maneuver trajectory data validate the effectiveness of the proposed method in comparison with other semi-supervised models and supervised models, and the results show that the proposed model achieves higher classification accuracy.     

基于非线性阻尼的航空发动机高压转子拉杆结构装配检测方法

 为了提高航空发动机高压转子拉杆结构的装配质量,提出了基于非线性阻尼的装配检测方法。该方法运用组合阻尼模型描述拉杆结构的非线性接触特性,并通过能量方程推导出基于Hilbert-Huang变换(HHT)方法的非线性阻尼的识别公式。在拉杆结构正常装配、单个螺栓松动和2个不相邻螺栓松动的3种情况下,采用非线性阻尼识别法进行实验,将3种情况得到的实验结果进行对比,发现基于组合阻尼模型得到的非线性阻尼与装配情况具有强烈的相关性,从而验证了基于非线性阻尼的装配检测方法的有效性。     

基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法

柔性零件广泛用于航空、汽车等产品中,在柔性件的装配过程中,装配尺寸质量受零件制造、夹具和连接过程中多种偏差源的耦合影响,分析和控制难度大。提出了一种基于夹具主动定位补偿的装配偏差优化方法。首先,基于柔性件装配的受力变形分析,建立了考虑夹具法向定位误差的装配偏差模型。然后,根据上述模型,以夹具法向定位补偿量为优化变量,提出了夹具法向补偿量的优化模型和求解算法。以金属薄板装配和飞机壁板件装配为例,分别利用实验及有限元仿真分析了有无夹具主动定位补偿下的装配偏差。结果表明,夹具法向定位补偿对于减小柔性件的装配偏差具有显著效果,从而验证该优化算法的有效性和准确性。     

基于优化STD法的大飞机垂尾装配界面精加工过程模态参数识别

为减小大飞机垂尾装配界面精加工过程中产生的加工振动对其精加工质量的影响，需掌握装配界面加工过程的动力学特性，而动力学特性与其模态参数密切相关。因此，为获得装配界面各阶模态参数，针对其动态精加工过程，提出了一种优化STD环境激励下结构模态参数识别方法。该方法首先由装配界面的实测加工振动数据构造Toeplitz矩阵，并将其作为STD法的输入，进而求出装配界面各阶次模态参数，并构成模态参数下三角矩阵。然后利用模态置信因子及模态保证准则选出阶次相对稳定的模态参数作为装配界面的真实模态参数。最后，通过切削实验和锤击测试验证优化STD法的正确性和有效性。将锤击实验模态结果作为装配界面的模态参数测量参考值，以一阶模态频率识别结果为例，该方法相比于传统STD法和SSI法，识别精度分别提高了12.71%和3.82%；同理其余各阶模态参数识别精度均有不同程度的提高。通过优化STD法可准确高效地获得装配界面的模态参数，为其精加工工艺参数的合理选择提供了理论依据和技术支持。     

基于网格测力数据的多体分离轨迹预测方法研究

将基于风洞网格测力试验数据建立的气动力模型与刚体运动方程进行耦合求解得到多体分离轨迹-时间特性，建立了一种多体分离的离线轨迹预测方法。为了提高气动力模型的预测精度，针对移动最小二乘法（MLS）模型提出一种新的权函数形式，针对Kriging气动力数学模型通过加入样点预处理提出了Kriging-Pre数学模型。研究方法应用于来流马赫数6条件下，某并联两级入轨飞行器标模的分离特性研究。研究表明采用改进的两种气动力数学模型均可有效提高分离轨迹预测精度，得到与CFD以及风洞试验定性一致的结论。验证了本文提出的离线轨迹预测方法可以满足当前多体分离特性定性分析需求，具有较高时效性。