Geometry and size optimization of stiffener layout for three-dimensional box structures with maximization of natural frequencies

Based on the growth mechanism of natural biological branching systems and inspiration from the morphology of plant root tips, a bionic design method called Improved Adaptive Growth Method (IAGM) has been proposed in the authors’ previous research and successfully applied to the reinforcement optimization of three-dimensional box structures with respect to natural frequencies. However, as a kind of ground structure methods, the final layout patterns of stiffeners obtained by using the IAGM are highly subjected to their ground structures, which restricts the optimization effect and freedom to further improve the dynamic performance of structures. To solve this problem, a novel post-processing geometry and size optimization approach is proposed in this article. This method takes the former layout optimization result as start, and iteratively finds the optimal layout angles, locations, and lengths of stiffeners with a few design variables by optimizing the positions of some specific node lines called active node lines. At the same time, thicknesses of stiffeners are also optimized to further improve natural frequencies of three-dimensional box structures. Using this method, stiffeners can be successfully separated from their ground structures and further effectively improve natural frequencies of three-dimensional box structures with less material consumption. Typical numerical examples are illustrated to validate the effectiveness and advantages of the suggested method.     

海上无人机多机协同巡检航迹规划方法

随着无人机技术应用的不断深入,如何提高无人机编队的协同能力及在复杂动态环境的自适应性,已成为“集群智能”的 1个重要研究方向。文章对海上无人机多机协同航迹规划整体流程进行了分析,分别阐释了静态和动态场景下的多机协同规划方法。静态场景下主要采用分支定界法建立静态问题模型,为每架无人机划分作业区域、生成作业路径,使得整个巡检作业的航迹长度代价与作业时间代价最小;动态场景下主要针对气象变化、连续跟监、海域变化 3种突发场景,侧重于协同决策和路径规划设计对应的目标函数,采用启发式算法为整个巡检作业进行自适应航迹规划,以确保安全性和效率性。实验结果显示,无人机协同路径规划能够根据环境变化和任务需求动态调整多无人机的巡检路径,快速给出不同突发情况下的最佳动态调整方案,以应对复杂的海上环境并动态规避障碍物。     

高频高速流体振荡器工作特性

设计了一种新型高频高速流体振荡器,并采用热线风速仪、高频动态压力传感器等测量手段,对其频率-压力响应特性、速度-压力响应特性及内部压力传播特性进行了实验研究。结果表明:设计的流体振荡器工作频率约为900 Hz,进出口压比为2时,其出口射流速度范围为75~239 m/s。建立了振荡周期/频率与内部尺寸的关系式,验证了振荡器内部的压力传播与反射机制,并用压力的作用机制解释了射流偏转的两个阶段,为今后设计不同流动条件下所需的流体振荡器提供了设计思路。      

In-process adaptive milling for large-scale assembly interfaces of a vertical tail driven by real-time vibration data

Assembly interfaces, the joint surfaces between the vertical tail and rear fuselage of a large aircraft, are thin-wall components. Their machining quality are seriously restricted by the machining vibration. To address this problem, an in-process adaptive milling method is proposed for the large-scale assembly interface driven by real-time machining vibration data. Within this context, the milling operation is first divided into several process steps, and the machining vibration data in each pro...     

基于滤波反投影算法的TDLAS温度测量研究-流场诊断特别专栏

为提高二维重建温度场的抗噪声、抗干扰能力,本文研究了基于滤波反投影算法的可调谐激光吸收光谱二维层析成像系统。首先,通过数值模拟研究了滤波反投影算法的重建质量与影响因素,结果表明,随机噪声达到10%时,重建图像仍能较好地反映原温度场特征;滤波函数能明显改善重建质量;三次样条曲线插值的重建质量最高。然后通过基于滤波反投影算法的二维层析成像系统对弱旋流燃烧室出口温度场进行重建,将重建结果与热电偶测量结果进行对比,相对误差范围为1.4%-8.9%,较好地反映出温度场的特征,验证了滤波反投影算法的层析成像系统的可行性。     

基于滤波反投影算法的TDLAS温度测量研究

为提高二维重建温度场的抗噪声、抗干扰能力,研究了基于滤波反投影算法的可调节半导体激光吸收光谱（TDLAS）系统。通过数值模拟研究了滤波反投影算法的重建质量与影响因素,结果表明,随机噪声达到10%时,重建图像仍能较好地反映原温度场特征;滤波函数能明显改善重建质量;三次样条曲线插值的重建质量最高。通过基于滤波反投影算法的 TDLAS系统对弱旋流燃烧室出口温度场进行重建,将重建结果与热电偶测量结果进行对比,相对误差范围为1.4%～8.9%,较好地反映出温度场的特征,验证了滤波反投影算法的层析成像系统的可行性。     

基于单杆操纵的双轴涡桨发动机稳态调节计划设计

为实现涡桨发动机的单杆操纵,提出一组基于发动机稳态特性的功率规划具体寻优设计流程。提出巡航状态下的两种综合性能指标,以兼顾发动机耗油率与螺旋桨效率的优化需求。为解决优化设计过程中稳态特性图难以有效获取的问题,对稳态求解模型进行了逆算法改进。某型双轴涡桨发动机的仿真结果表明,逆算法的求解精度与正向算法一致,且与传统双杆恒转速调节计划相比,单杆功率规划变转速调节计划使发动机在巡航状态设计工况下的平均耗油率降低了1.38%,平均效率/耗油率综合性能指标提升了2.09%。     

复合材料螺旋桨扭转变形对推力脉动影响研究

本文基于面元法和有限元法,采用Fortran和Python语言混合编程,开发了求解复合材料螺旋桨稳态流固耦合的自迭代算法,并以某碳纤维桨为对象开展了静态加载变形试验和水动力性能试验,对自迭代算法有限元计算精度和水动力计算精度进行了试验验证。在此基础之上以大侧斜的4383复合材料螺旋桨为研究对象,采用该算法对4383复合材料螺旋桨在设计工况下的螺距角变化量和推力系数差值之间的对应规律进行了研究,结果表明大侧斜的4383复合材料螺旋桨能够有效降低推力脉动。     

基于Hybrid State A* 与增强安全管道的直升机低空航迹规划

直升机低空突防已逐渐成为现代空战察打任务的核心,而低空航迹规划算法是实现该技术的关键。 尽管现有的航迹规划算法已经被应用于实际低空突防任务,但基于“前端- 后端”式的传统航迹规划算法依然 存在规划航迹机动执行性差与复杂动态场景下易碰撞的缺陷。针对上述问题,本文提出一种基于Hybrid State A* 与增强安全管道的改进算法。首先,基于Hybrid State A* 算法的联合轨迹优化,可以在状态空间中完成兼 顾直升机机动特性的初始航迹高效搜索,有效保证直升机航迹的可达性。其次,基于初始航迹膨胀的增强安全 管道,将后端航迹优化参数限制在安全的可行域内,进而有效提升复杂动态场景下规划航迹的安全性。在实验 环节,本研究结合ROS 机器人仿真环境与Rviz 数据可视化工具完成仿真验证,通过算法间的综合对比实验, 论证了本研究所提算法对规划的航迹机动性与安全性有明显的提升。     

基于变精度遗传算法的翼型快速优化设计方法

低碳环保的电动飞机在要求较高升阻比的同时,需要尽量降低成本、缩短研制周期。但高精度的数值模拟时间代价很大,因此针对电动飞机翼型设计中初始翼型较难选取、优化速度较慢的问题,提出了一种基于变精度遗传算法的翼型多点快速优化方法。以常用的 Hicks-Henne 型函数为基础,改进了其对翼型后缘描述不精确的问题。在数值模拟阶段,介绍了一种快速气动参数计算软件XFOIL,并分析了该软件的适用性与局限。之后给出了使用XFOIL 与 Matlab 进行联合求解的方法,在无人干预的情况下完全实现了翼型设计与优化的自动化,提高了设计效率。在翼型优化阶段,为保持较高的精度和寻优效率,设计了翼型参数的实数编码方法。针对传统遗传优化算法了改进,设计了染色体变精度杂交方法以及动态惩罚方法。最后,给出了基于遗传算法的多点优化方案,以及翼型多目标快速优化一体化设计方案。仿真分成两部分进行,首先改进的 Hicks-Henne 型函数能够有效实现参数化翼型的后缘夹角改变。通过与 NSGA-II 方法的优化结果对比,本文的方法在一定迭代次数范围内获得的升阻比更高,失速特性更加缓和,特别是在综合提高翼型优化效率方面表现较好。仿真结果表明,该方法能够快速获得多种工况下具有较高升阻比的翼型,也可以作为进一步优化的初始翼型,能提高翼型优化效率。