仿真基退化试验优化设计方法研究

退化试验可以弥补寿命试验和加速寿命试验的不足,通过观测性能退化数据,对退化数据进行统计分析,实现高可靠长寿命产品的可靠性评估。如何设计试验方案使试验评估结果最准确,实验代价最小,是退化试验应用中面临的一个重要问题。本文针对解析优化方法在某些场合最优解难以得到的情况,提出了一种新的基于Monte Carlo仿真的退化试验优化设计方法,并通过算例研究了方法的有效性,针对该方法的敏感性分析结果表明,在较小的模型偏差情况下,最优的退化试验方案具有一定的鲁棒性。     

基于数值试验的大型降落伞开伞冲击载荷峰值研究

针对大型降落伞开伞冲击载荷峰值的极限难以通过一般搜索算法求得的情况,采用Monte Carlo仿真和正交试验两种数值试验方法对多因素影响下的大型伞开伞力峰值极值情况进行了研究。当给定21个影响因素在小范围内变动时,近似认为指标极值在影响因素变化边界上取得。对比Monte Carlo仿真结果和正交试验仿真结果表明：两种数值仿真得到的开伞力峰值极值较为相近;Monte Carlo仿真结果随着仿真次数的增加逐渐逼近正交试验结果;可以将正交试验结果作为开伞力峰值的极值。     

一种复杂外形航天器投影面积计算的Monte Carlo方法

针对航天器投影面积的计算问题,借鉴统计学中Monte Carlo技术的思想,结合计算几何学中基本的射线与三角形相交理论,提出一种鲁棒性和通用性都较好的计算复杂外形航天器沿任意方向投影面积的Monte Carlo方法,详细给出方法实现过程,采用共享存储模式实现了方法的并行化,以充分利用当前高性能计算领域主流的多核处理器技术。以投影面积存在解析解的单面圆形平板和欧洲空间局SAMSON小卫星在典型姿态下的投影面积验证了方法的可靠性以及对复杂工程外形的适用性。该方法可应用于SAMSON和GOCE卫星大量姿态下投影面积的计算,分析赤纬和赤经对投影面积的影响,为卫星的姿态和轨道控制提供输入参数。     

Y型阵三维瞬时测距无源定位方法及精度分析

提出了一种干涉仪体制下Y型阵列对三维辐射源的瞬时定位方法。该方法基于球面波前模型,利用无模糊相位差测量量,能够实现对雷达辐射源的单脉冲定位。推导了定位方程,分析了该方法的理论定位精度,计算得到GDOP等值线图,并通过Monte—Carlo仿真验证了其有效性和正确性,最后给出了相位差解模糊的工程实现方法并进行了仿真验证。     

内外流一体化航天器气动特性分析与减阻设计

针对超低地球轨道内外流一体化卫星和带孔空间碎片的气动特性分析与减阻设计问题,采用试验粒子Monte Carlo(TPMC)方法对200 km高度带头帽通孔圆柱体航天器外部绕流和内部流动并存问题进行模拟。结果表明:TPMC模拟结果与直接模拟Monte Carlo(DSMC)结果相一致,验证了TPMC方法的可靠性,以及对内外流并存问题的适用性;对于本文所考虑的内外流一体化问题,TPMC方法的计算速度是DSMC的2000余倍,消耗内存也比后者少1~2个量级;小攻角范围内,通孔的存在使得压阻分量减小,摩阻分量增大,综合效果是使阻力减小;外部表面对内孔表面的遮挡作用以及内孔表面之间的多次反射效应使内孔表面受到比较明显的压力,多次反射作用在轴向中部区域最强。     

双星时差频差联合定位方法及其误差分析

针对两个卫星联合利用信号到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)信息对地面已知高度固定辐射源定位的问题,提出了一种获得目标三维位置解析解的方法,不仅可得到卫星运动方向与卫星间连线方向不同时的解,而且可得到在两者方向相同时的解。在观测参数存在误差条件时对双星定位误差几何稀释(GDOP)分布理论和Monte\|Carlo仿真分析基础上,得到了定位误差的解析表达式。分析结果表明为了减少定位误差大的区域,双星的运动方向最好与卫星间连线方向一致或接近。     

一种固体火箭发动机寿命计算动态修正方法研究

为解决在役固体火箭发动机(SRM)剩余寿命计算不准确和研制阶段寿命设计不合理等问题,首次提出了一种SRM寿命计算动态修正方法。通过迭代不断提高寿命计算精度,最终建立寿命计算数学模型,从而得到SRM加速老化因子。该方法可较准确地计算SRM剩余寿命,同时还可用于指导SRM的寿命设计工作。运用该方法不但可找出SRM设计的薄弱环节,优化装药设计,而且能避免由于安全系数过高造成的设计不合理问题。通过对比SRM寿命计算动态修正方法计算数据和实测数据的结果,验证了该方法的准确性。     

卫星发动机羽流污染模型的DSMC方法研究

文章通过DSMC（Direct Simulation Monte Carlo,直接模拟蒙特卡罗）方法对卫星发动机羽流进行数值模拟,对仿真方法进行了对比验证,证实了DSMC方法可以比较精确地模拟羽流场。在建立卫星污染模型的过程中,针对污染发动机喷口形状的变化以及出口参数的变化,对DSMC方法模拟结果进行了对比,得到喷口形状和出口参数的变化对模拟结果的影响,并得到最优的卫星敏感表面羽流污染计算模型。     

基于序列近似优化算法的固体运载火箭弹道设计

采用打靶法研究固体运载火箭弹道优化设计问题。针对打靶法中智能优化算法效率、优化问题中约束条件提法等方面的不足,引入序列近似优化算法,提出算法中径向基函数高斯核宽度的高效确定方法。数值仿真实验表明,提出的方法可在基本不带来计算量增加的前提下,显著提高代理模型精度,使序列近似优化算法得到改进,提高优化效率。设计固体运载火箭飞行程序。建立弹道优化设计问题数学模型,并将模型中相关等式约束合理转化为不等式约束,降低优化问题求解难度;基于改进后的序列近似优化算法完成某固体运载火箭弹道优化,原始计算模型调用308次之后便搜索到最优解,较传统智能优化算法显著提高了优化效率,优化方案末助推级液体推进剂消耗比原方案减少25.7%。     

一种复合材料壳体可靠性优化设计方法的实践

将Neumann级数展开式用于Monte—Carlo随机有限元法．对纤维缠绕壳体的结构可靠性进行了分析,并利用结构可靠性分析的Monte—Carlo直接比较方法和复合材料力学的Tsai—Hill失效判据给出了该结构的可靠性算式。在Monte—Carlo抽样中列入了β球法加以改进,建立了此类结构的可靠性优化设计迭代式。算例证明,该可靠性优化设计方法可大大提高计算效率。     

系统可靠性优化方法

介绍了性优化的各种模型：组合优化模型、两类失效模式优化模型、可靠必优化分配模型、多目标优化模型以及可靠性模糊优化模型等。分析了可靠性优化分配模型各种解法的优缺点。研究认为，蒙特卡罗法具有简单和广泛适用性特点，因而推荐使用该法。     

基于马尔可夫蒙特卡洛法的系统辨识方法研究及应用

提出了基于马尔可夫蒙特卡洛(MCMC)的贝叶斯辨识方法,以解决高超声速飞行器系统辨识中复杂动力学模型转换为简单或稀疏模型所带来的不确定性问题,以及存在的训练数据大和积分难处理的问题。该方法将数据退火算法引入MCMC中,不仅解决了MCMC易陷入局部最优的问题,并且将数据退火与“高信息训练数据”的概念相结合,能够以较低的计算成本分析大数据集。此外,该方法可以对参数估计过程中存在的不确定性进行量化,获得未知参数的最优估计值。通过仿真实验,验证了提出的系统辨识方法的有效性,辨识出的模型能够有效应用于控制器设计之中,并获得较好的控制效果。     

基于蒙特卡罗方法的红外灯热流分布研究

采用蒙特卡罗方法针对我国航天器热平衡试验用红外灯的热流分布进行了研 究。对红外灯能束辐射过程的物理模型进行了分析,建立了能束辐射随机位置、随机方向的 数学模型和灯丝温度计算模型,给出了辐射波长、灯管反射率、吸收率、透射率的确定方法 ,进而提出了红外灯热流分布计算流程。在真空低温环境下进行了红外灯热流分布测试,将 预测结果与试验结果进行了对比,偏差在5％以内。采用本文的分析方法计算了某型号卫 星试验用红外灯阵的热流分布,结果满足试验要求。该方法可以作为红外灯阵优化设计的技 术基础。
     

统计协方差方法及其与蒙特卡洛法的比较

本文对研究导弹系统模拟打靶的蒙特卡洛法与统计协方差法进行分析、比较。蒙特卡洛法简明、直接,但试验次数要求1000次以上,方能有仿真的效果。统计协方差法可以用来近似分析非线性系统,研究由输入干扰引起的围绕标准弹道的小偏差,一般效果比蒙特卡洛法好。     

一种未知动态环境下异构无人机集群分布式联盟形成方法

针对未知动态环境下异构无人机集群的分布式联盟形成问题,首先构建了异构无人机集群的联盟任务自动机,实现了异构无人机集群在未知动态环境下的自主任务协调.在此基础之上,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的分布式联盟形成算法,该算法通过两阶段的蒙特卡洛树搜索来增量式地对联盟结构进行分布式优化,算法可在分布式框架下实施,并在任意时间内...     

一种面向运载火箭自动对接的三维测量场构建方法

旋转激光自动经纬仪系统(R-LATs)是一种基于前方角度交汇的分布式大尺寸测量系统。各激光扫描基站的布局位置直接影响着测量区域内的测量精度和应用性能。从测量区域的测量不确定度量化着手,利用蒙特卡罗法获取各点的测量不确定度,以测量区域的最大不确定度作为主要优化目标,利用差分进化算法自动寻优,更简单有效地实现了面向运载火箭自动对接的R-LATs系统布站优化。最后进行了运载火箭对接测量场的实际应用验证。应用结果表明:该方法能有效优化激光扫描基站布局,提高系统测量精度,满足实际应用需求。     

Surface accuracy analysis of large deployable antennas

This paper performs an analysis to the systematic surface figure error influenced by three factors including errors of faceted paraboloids, fabrication imperfection and random thermal strains in orbit. Firstly, the computational formulas for root-mean-square surface deviations caused by these factors are presented respectively. The stochastic finite element method is applied to derive the computational formulas of fabrication imperfection and random thermal strains, by which the sensitivity of surface accuracy to component imperfection can be revealed. Then the Monte Carlo simulation method is introduced to obtain the surface figure by sampling test on random errors. Finally, the analytical method is applied to the research on the surface figure error of AstroMesh deployable reflector. The results show that the deviations between the root-mean-square surface errors calculated by the proposed formulas with less consuming time and those by the Monte Carlo simulation method are less than 2%, which indicates that the proposed method is efficient and receivable enough to analyze systematic surface figure error of a large deployable antenna. Moreover, further investigations on the relationship between surface RMS deviation and the antenna parameters including aperture and the number of subdivisions are presented in the end.     

红外灯热流分布试验研究

文章采用蒙特卡罗法建立了红外灯单灯热流分布模型并在真空低温环境下进行了红外灯热流分布测试,以验证模型的准确性。测试在KM2空间环境模拟器中进行,采用黑片作为热流传感器。测试过程避免了空气对流对测试的影响,确保了测试数据的准确。对比分析表明,模型计算结果与实测结果偏差在5%以内,满足设计要求,可以作为红外灯阵热流分布模型的建立和红外灯阵热流优化的基础。     

基于交叉验证的陀螺仪温度漂移建模方法

根据k次交叉验证思想,分别在测量方差已知与未知的情况下引入了一种模型选择准则,该准则充分考虑了模型的拟合能力与预测能力,在获得极大似然估计的同时,避免了参数估计中的过拟合问题。利用这一准则,对陀螺仪误差系数温度漂移建模进行了分析,获得了温度漂移的最优多项式模型。并与传统的AIC准则、MDL准则进行对比,通过Monte Carlo仿真说明了该选择准则在样本较小的情况下具有更好的性质。     

基于数字图像相关法的复合材料结构失效分析

针对纤维增强复合材料失效机理复杂的问题,采用数字图像相关法对拉伸试验中的复合材料表面位移进行数字化处理,建立了基于Hashin改进准则的结构模型,对比试验和仿真结果,分析试件的失效过程和机理。运用蒙特卡洛方法和有限元法,讨论并分析影响结果精度的因素。结果表明,数字图像相关法能够用于观察和分析复合材料结构的失效过程;基于Hashin改进准则的仿真模型与试验结果一致,可以作为进一步细观力学分析的基础;相对于其他结构参数,纵向拉伸强度对结果精度的影响更大。该结果可为复合材料可靠性分析提供理论参考。