基于KS函数的协同优化算法及其应用

多学科设计优化(MDO)是当前航空航天复杂系统设计研究中一个最新、最活跃的领域,针对多学科设计优化中协同算法优化过程中存在的收敛困难、计算量大、费时等问题,提出一种新的系统级约束处理方法,利用KS函数的凝聚特性,将系统级的多个学科约束凝聚成一个拥有光滑高阶可微的可行域单约束,来取代罚函数法中的多个约束,以缓解多约束之间的冲突并加速收敛速度.利用两个典型算例进行测试,结果表明改进方法有效.     

球形弹丸超高速撞击铝靶的分子动力学模拟

基于开源分子动力学程序LAMMPS建立球形铝弹丸超高速撞击铝靶的计算模型,模拟弹丸以10 km/s的速度超高速撞击单层靶、双层靶和半无限厚靶;获得了超高速碰撞靶板的物理过程及靶板损伤特性,与超高速碰撞宏观现象相似;厚靶成坑坑深与宏观经验公式计算结果基本一致。模拟结果初步表明,分子动力学方法可以对弹丸超高速碰撞薄靶和半无限厚靶进行模拟,为揭示碰撞过程中的微观机理提供了一种新的研究方法。     

一类有理函数的不定积分

目的为了简单地求解有理函数P(x)/Q(x)的积分;方法对∫P(x)/(x-a)mdx∫,P(x)/(x-a)m(x-b)ndx型有理函数的积分给出一般计算公式;结果通过实例说明该公式简捷、对称,避免以往待定系数法带来的诸多不便;结论具有较强的实用性。     

基于加速度频响函数小波分解的模型修正方法

为提高模型修正效率，满足修正方法对于实测环境噪声的鲁棒性，将Kriging模型和小波分解引入加速度频响函数模型修正。首先，将加速度频响函数进行小波分解，用得到的第1层幅值较大的小波系数来表征原频响函数。其次，采用拉丁超立方抽样对初选待修正参数进行设计，根据设计结果对各参数进行灵敏度分析，从而确定模型修正的待修正参数，以待修正参数作为Kriging模型输入，所对应的小波系数作为Kriging模型输出，通过混合灰狼算法寻得最优Kriging模型相关系数，建立精确有效的Kriging模型。最后，以目标加速度频响函数小波分解的小波系数与Kriging模型输出的小波系数差值最小为目标，通过水循环算法求解模型待修正参数。数值算例表明，所提模型修正方法具有良好的修正效果，即使在加速度频响函数中加入信噪比为5 dB的高斯白噪声时，修正误差也低于4%，证明了该方法对于随机噪声的鲁棒性。     

基于复杂动力学仿真的结冰情形下飞行安全窗构建方法

目前针对结冰情形下增强驾驶员情景感知的研究比较有限,现有的手段一般为通过评估部分飞行安全关键参数是否超出其极限值来对风险事件是否发生进行预测。建立了驾驶员操纵-飞机本体-积冰影响的动力学模型,通过对单个飞行情形预测时间段内飞行参数风险度的叠加得到该情形下的飞行安全谱,并在此基础上得到该情形下的风险值。基于建立的并行飞行仿真平台,获取飞机在整个操纵范围内的风险拓扑图,即安全窗。分析了飞机在对称结冰情形和非对称结冰情形下飞行安全窗的变化,并对结冰的致灾机理进行了分析。仿真结果表明结冰导致安全飞行范围缩减,对于非对称结冰还会出现安全窗不对称的现象。安全谱的提出可以为事故的演化分析提供一种全面直观的分析方法,安全窗的构建可为飞机遭遇各种不利情形下的驾驶员操纵提供指示,也可为飞机设计人员优化飞机性能提供一定的参考。     

基于多目标的飞行参数规划模型研究

分析了以飞机的飞行高度和速度为参数,以飞行总时间和燃油消耗为目标的飞行参数规划模型,并解算出此规划模型的最优解和目标函数的最优值。仿真分析结果表明目标函数选取不同,会对模型的最优解和最优值产生影响。此模型可为飞行参数规划研究提供参考。     

链路统计分析中导出参数概率计算方法研究

为了适应深空探测任务需求，有效利用测控资源，提高链路计算精度，对天地链路统计分析基本方法进行了研究，对CCSDS标准建议的3种链路参数的概率密度函数特性进行了系统分析，提出了一种当链路参数不满足李雅普诺夫（Lyapunov）条件时，利用鞍点逼近估计尾概率函数确定导出参数取值概率的方法。通过理论分析和实例计算表明，采用该方法得到的导出参数的概率分布特性与真实值基本一致，进一步完善了天地链路统计计算方法，使天地链路统计分析方法更具有普遍性。     

内压作用下的航空轮胎爆破碎片动力响应

航空轮胎爆破时受内压释放的影响,爆破碎片的速度会有明显增加,而非与适航标准规定的与轮胎降落时的胎速相同。利用Fluent中用户自定义函数编写动力响应程序,采用动网格和用户自定义函数相结合的方法,展开内压释放作用下的轮胎爆破碎片速度动力响应特性的数值模拟研究。假设轮胎爆破失效是存在先前缺陷造成的,将碎片受冲击后的动态过程分解为内压释放冲击加速阶段和以一定初速度在空气阻力下减速运动两个阶段,提出仅考虑碎片两侧实时压力差作为动力源的简化物理爆破模型,来分析碎片的速度受内压作用的响应和整个流场压力以及速度变化情况,弥补了数学模型未考虑内外压平衡过程的不足,为预测轮胎爆破后碎片获得能量和爆破气流能量等提供数值参考,以便提出相应的安全防范措施。     

气膜孔图像对焦评价函数的实验研究

为了使工业影像测头能够正确对焦于气膜孔的出口表面，开展了对焦评价函数选取的实验研究。首先，分析了各类对焦评价函数的特性、要求及优缺点，并确定选择灰度梯度函数用于图像序列的清晰度评价；然后，考察了Brenner梯度函数、Tenengrad梯度函数和Laplacian梯度函数等5种具有代表性的灰度梯度函数，通过实验获得了它们的函数曲线，并进行归一化处理和比较分析，最终确定Laplacian梯度函数作为系统的对焦评价函数，并进行了重复性验证。实验结果表明，Laplacian梯度函数可以正确判别出被测气膜孔的对焦位置，且对焦重复性小于0.005mm，满足气膜孔形位参数的检测要求。