基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法

在飞机设计与研制过程中，通过气动参数辨识建立可靠的飞行动力学模型非常重要。传统的气动参数辨识工程算法，诸如极大似然法，需要给出合理的飞行动力学模型以及待辨识参数的初值。基于传统神经网络的气动参数辨识可以避免飞行动力学建模过程，这种方法需要通过增量法、导数法间接地从神经网络提取气动参数。本文提出了一种基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法，可将含待辨识参数的飞行动力学模型作为正则项加入损失函数，直接辨识得到气动参数。该方法可以显著减少建模数据需求，也能提高建模精度。飞行仿真数据验证结果表明，该方法的无噪声、含2%噪声仿真数据，纵向飞行状态空间模型辨识最大相对误差分别为1.80%、4.64%，表明了基于物理信息神经网络的飞机气动参数辨识方法具有可行性，并对含噪声的飞行数据具有泛化性。     

利用神经网络进行飞机参数估计的两种新方法

本文提出了利用前向传输神经网络依据飞行数据估计飞机稳定性和操纵导数（参数）的两种新方法。这两种方法都是利用运动变量和控制输入量作为输入文件，而以空气动力系数作为用于调试神经网络的输出文件。为了进行参数估计，允许向被调试的神经网络提供经过适当修改的文件，从而获得对应的空气动力系数预测输出文件，对这一组输入－输出文件进行适当的编译和处理后就可得到飞机参数的估计值，这些方法首先是利用模拟飞行数据进行验证的，然后才应用于实际的飞行数据。实际飞行数据是通过对已发表的报告中的模拟量数据进行数字化后得到的。文中还给出了参数估计的结果，其目的在于说明参数估计精度受网络拓扑结构，迭代次数主模拟飞行数据中测量噪声强度的影响。所介绍方法的重要特点之一是，它们并不需要像熟知的参数估值法（如最大似然法）那样去推测出一组合理的参数初始值。     

基于GA-ELM的飞行载荷参数识别

针对用复杂飞行数据识别飞行载荷时的精度低、速度慢等问题,提出一种结合遗传算法(GA)和极限学习机(ELM)的GA-ELM模型。该模型使用ELM神经网络作为计算核心,用遗传算法产生ELM网络输入层到隐含层的权值矩阵和隐含层偏移量;用GA-ELM模型对飞行数据进行识别,并与BP神经网络和原始ELM神经网络的识别结果进行对比。结果表明:GA-ELM模型是一种有效且高精度的飞行载荷参数识别方法。     

电液负载模拟器的神经网络参数辨识

基于神经网络,提出一种根据参数上下界辨识系统参数的新方法。在建立电液负载模拟器模型的基础上,在待辨识参数的上下界内,使用神经网络对动态系统的参数进行辨识,找到一组参数使之满足对实际系统的最佳逼近,使系统在实际输入信号下能更好地复现实际系统的实际输出。并使用另一组实验数据检验辨识结果对实际系统的任意实际输入输出采样数据组的逼近程度。验证结果表明该辨识结果能很精确地逼近实际系统。该方法可用于一般复杂系统的实际参数辨识。     

用灵敏度法对分布参数系统的参数辨识

本文提出了一种新的分布参数系统的参数辨识方法。该方法通过取状态方程对未知参数的导数而得到灵敏度方程，并用差分求解，通过Newton-Raphson算法辨识未知参数。辨识准则采用输出误差平方最小准则。仿真辨识表明：该方法简捷、概念明确，具有很高的精度和广泛的适用性。     

基于卷积神经网络和状态时间序列的参数辨识

针对参数辨识过程运算时间长的问题,本文提出一种基于卷积神经网络的参数辨识方案.该方案避免了对数值模型的大量迭代,能够根据多个连续时间步的实测系统状态对多参数进行快速估计,实现参数辨识;同时,为了帮助神经网络更好地提取特征,还引入一种双向标准化的方法对数据进行处理.以Lorenz63为实例,对其参数进行了分析、实验.实验结果表明:该方案能够有效地估计当前物理场状态对应的模型参数,并且计算时间仅为传统方法的4％,大大提升了计算效率.     

基于参数辨识原理的飞机参数分析及算法研究

提出一种在飞机概念设计中基于参数辨识理论的设计参数分析方法。在给定的设计重量和任务剖面要求下,利用基于物理的运动方程和动力学方程模型辨识出飞机气动力参数,并在总体性能评估的基础上进行设计参数分析,给气动设计提供了设计参考;在辨识过程中针对参数可行域离散度很高使得很难收敛到Pareto解的问题,提出了将神经网络预测模型融合到遗传操作过程,使得尽量在可行域内搜索。最后通过对某客机进行算例分析,表明基于辨识理论的参数分析方法和改进的算法是合理和可行的。与一般经验公式方法相比,该方法对布局类型的限制较小,在满足概念设计参数分析准确度要求的条件下能够为下一步的气动设计提供设计指标。     

基于DNN的飞机俯仰运动响应预测研究

针对人工智能的辨识方法在飞行器模型辨识应用中存在间接依赖数学模型以及泛化能力较低的局限性问题,基于深度学习思想,提出了一种新的数据处理方式,完成飞行器的系统模型辨识。首先,针对飞行器动态模型的特点,提出一种基于时序性的飞行数据处理方式;其次,采用交叉熵损失函数进一步优化深度神经网络;最后,针对飞行器纵向非线性模型进行仿真计算。仿真结果表明,训练好的模型成功提取了飞行器输入与输出之间的非线性映射关系,使得基于深度神经网络的飞行器模型能够对未知输入进行状态预测,克服了目前基于神经网络辨识算法的局限性。     

有控飞行器气动参数辨识研究

研究了利用极大似然理论进行有控飞行器气动参数辨识的问题，首先介绍了牛顿－拉夫逊（ＭＮＲ）简化算法，然后，提出了采用此入外部激励的办法进行气动参数辨识，这种方法可增强参数的可辨识性，最后提出了构造故障弹道辨识气参数的设想，由于特定的故障弹道和外加激励一样，不同程度地激发了导弹的飞行信息，故辨识结果较好。     

基于全航段QAR数据和卷积神经网络的航空发动机状态辨识

为了充分挖掘全航段飞行数据中蕴含的丰富信息以提高发动机状态辨识的准确率,提出一种基于全航段快速存取记录器（QAR）数据和卷积神经网络的发动机状态辨识方法。该方法将每次飞行循环的全航段QAR数据变换为一个红绿蓝（RGB）多通道样本实现全航段数据图像化处理,根据发动机维修记录中的水洗时间,将发动机划分为不同的衰退状态,采用卷积神经网络对不同衰退状态进行分类和辨识。该方法经某航空公司飞机QAR数据验证,结果表明：基于全航段QAR数据的衰退状态辨识算法的精确度相比于仅使用巡航段数据的精确度提升超过13%,辨识准确率达到98%。     

基于机器学习的飞机动力装置运行可靠性

为了研究分析飞机的动力装置在执行飞行任务过程中的运行可靠性,针对运行可靠性影响因素的多维、耦合的特点,采用机器学习方法对动力装置运行可靠性的时变规律及其相关影响因素进行分析。提出了考虑动力装置的工作状态、飞机的运行外界条件、飞机的飞行状态3类因素分析动力装置实时运行状态下的时变可靠性方法;并基于飞机实际运行的快速存取记录器（QAR）数据,梳理了动力装置运行可靠性分析相关的3类因素、16个主要特征。结合飞机运行的时空关系,采用数据包络分析（DEA）方法对飞机动力装置的工作状态特性与性能裕度进行非参数分析,基于提取的QAR数据特征,采用随机森林、多变量神经网络回归算法,建立2种基于机器学习的动力装置运行可靠性分析模型。以B737-800机型为例,对一次北京至珠海的飞行任务的动力装置相关运行数据进行分析,对2种机器学习分析模型进行训练与测试研究。分析结果表明：对动力装置工作状态特性贡献度最大的特征依次为计算空速、飞行时间与飞行高度;对动力装置性能裕度贡献度最大的特征依次为动力装置工作状态特性、雷达气象与飞行时间。所采用的2种机器学习方法能较好反映动力装置运行过程的时变可靠性规律,可为动力装置的运行与特情处理提供参考。     

飞行力学和飞行控制试飞技术

为了适应高增益,全权限数字电传操纵系统飞行试验的需要,利用已研制成功的多台地面飞行模拟器和ＢＷ－１纵向,ＩＦＳＴＡ三自由度空中飞行模拟试验机,模型自由飞研究以及具有现代先进水平的机载数据采集记录和地面实时监控系统等设备和技术手段,进行了电传飞机的飞行品质和飞控稳定性等问题的研究,包括试飞输入设计,电传飞机飞行品质,电传飞控系统稳定裕度等。最后,提出了对下一代飞机飞行力学和飞行控制方面需要研究的试飞     

基于Cardinals三次样条曲线的航迹生成算法实现

根据军用飞机飞行参数记录系统提供的飞行数据, 提出了一种利用Cardinals三次样条曲线进行航迹生成的算法。经过对离散点航迹误差修正及样条曲线的讨论, 给出了实时计算任意时间点飞机质心位置的公式, 为开发可在普通PC机上运行的军用战机飞行过程再现软件, 提供了条件。     

Water takeoff performance calculation method for amphibious aircraft based on digital virtual flight

Owing to the strong coupling among the hydrodynamic forces, aerodynamic forces and motion of amphibious aircraft during the water takeoff process, the water takeoff performance is difficult to calculate accurately and quickly. Based on an analysis of the dynamics and kinematics characteristics of amphibious aircraft and the hydrodynamic theory of high-speed planing hulls, a suitable mathematical model is established for calculating the hydrodynamics of aircraft during water takeoff. A pilot model is designed to illustrate how pilots are affected by the lack of visual reference and the necessity to simultaneously control the pitch angle, flight velocity and other parameters during water takeoff. Combined with the aerodynamic model, engine thrust model and aircraft motion model, a digital virtual flight simulation model is developed for amphibious aircraft during water takeoff, and a calculation method for the water takeoff performance of amphibious aircraft is proposed based on digital virtual flight. Typical performance indicators, such as the liftoff time and liftoff distance, can be obtained via digital virtual flight calculations. A comparison of the measured flight test data and the calculation results shows that the calculation error is less than 10%, which verifies the correctness and accuracy of the proposed method. This method can be used for the preliminary evaluation of airworthiness compliance of amphibious aircraft design schemes, and the relevant calculation results can also provide a theoretical reference for the formulation of flight test plans for airworthiness certification.     

Flight dynamics characteristics of canard rotor/wing aircraft in helicopter flight mode

The aerodynamic layout of the Canard Rotor/Wing(CRW) aircraft in helicopter flight mode differs significantly from that of conventional helicopters. In order to study the flight dynamics characteristics of CRW aircraft in helicopter mode, first, the aerodynamic model of the main rotor system is established based on the blade element theory and wind tunnel test results. The aerodynamic forces and moments of the canard wing, horizontal tail, vertical tail and fuselage are obtained via theoretical analysis and empirical formula. The flight dynamics model of the CRW aircraft in helicopter mode is developed and validated by flight test data. Next, a method of model trimming using an optimization algorithm is proposed. The flight dynamics characteristics of the CRW are investigated by the method of linearized small perturbations via Simulink. The trim results are consistent with the conventional helicopter characteristics, and the results show that with increasing forward flight speed, the canard wing and horizontal tail can provide considerable lift,which reflects the unique characteristics of the CRW aircraft. Finally, mode analysis is implemented for the linearized CRW in helicopter mode. The results demonstrate that the stability of majority modes increases with increasing flight speed. However, one mode that diverges monotonously,and the reason is that the CRW helicopter mode has a large vertical tail compared to the conventional helicopter. The results of the dynamic analysis provide optimization guidance and reference for the overall design of the CRW aircraft in helicopter mode, and the model developed can be used for control system design.     

JL-6飞机抖振边界试飞技术及相关性分析

主要介绍了JL-6飞机抖振边界试飞的试验技术、测试技术和数据处理技术,给出了JL-6飞机的抖振边界试飞结果;介绍了JL-6飞机的抖振风洞试验的试验技术、试验条件和抖振边界风洞试验结果;利用风洞试验和飞行试验得到的数据进行了JL-6飞机抖振边界相关性分析。     

飞机迎角的校准及测量

本文首先叙述了迎角传感器空中校准的必要性和常用校准方法,简要介绍了各种常用空中校准方法的原理及其优缺点。实践表明利用静姿态角法阳参数辨识法相结合进行迎角空中校准,在一定范围内是切实可行的。但在大迎角及失速飞行中因非线性带来的一些问题大大增加了校准的难度。本文针对这一事实提出了用直接测定姿态角加计算航迹角间接确定飞机迎角的方法,解决了Y—7飞机失速试飞中的迎角测量问题。实践表明,该方法可以推广用于一般民用飞机的迎角测量。     

多参数空测数据的统计分析和疲劳载荷状态的确定

介绍多元统计分析理论在多参数空测数据统计分析中的应用和发展,以及由多参数统计分析确定疲劳载荷状态的方法。简述了统计分析程序的功能,给出了用某型战斗机实测数据进行统计分析的具体实施过程和结果。最后提出了由聚类分析结果确定疲劳载荷状态的归并原则。     

平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响

建立飞机纵向动力学模型,基于最大似然参数估计原理,设计用于辨识飞机纵向气动参数的辨识系统,并对辨识系统的正确性和精确度进行了验证.以DHC-6飞机飞行试验数据为依据,对未积冰飞机和两种平尾积冰冰型的飞机进行纵向气动参数辨识,通过对比3种情况下飞机纵向气动参数的辨识结果,定量分析了平尾积冰对飞机纵向气动参数的影响.结果表明:平尾积冰将导致飞机纵向气动特性恶化,俯仰阻尼可减小15％,升降舵效率可降低20％,对飞行稳定性、操纵性以及飞行安全构成一定的威胁.     

不对称推力完全自动补偿技术

研究了一种适用于多发飞机的不对称推力完全自动补偿策略,并针对发动机失效后的不对称推力飞行特性进行研究。首先,推导了横航向达到平衡状态的条件,提出了一种基于发动机转子转速信号的自动补偿控制方法,在保证补偿效果的同时,解决了自动补偿系统可靠性低的问题,该自动补偿控制方法将高压转子转速信号与低压转子转速信号进行逻辑运算,结合高压转子转速差控制副翼和方向舵偏转,再与主飞行控制系统共同作用使飞机达到平衡状态。然后,基于横航向主飞行控制系统具有滚转角保持功能的特点,优化自动补偿控制系统。最后,全包线内建立飞机达到平衡状态的线性化数学模型,设计了不对称推力完全自动补偿控制律。通过MATLAB/Simulink建模并进行仿真验证,仿真结果表明完全自动补偿控制方法对不对称推力飞行具有良好的补偿效果。