多源不确定性下的飞行器动载荷识别研究进展（英文）

动态载荷的确定是进行空天飞行器结构设计和健康监测的关键技术之一。然而,空天飞行器所受的外部激励往往很难直接测得,相反,根据动力学模型和响应信息来间接获取载荷的动态载荷识别是一种可行的手段。而且,复杂系统的载荷识别过程中普遍存在着不可忽略的多源不确定性,尤其对于空天飞行器来讲。本文对考虑多源不确定性的空天飞行器动态载荷识别方面的理论和成果进行了综述,主要包括确定性动态载荷的识别和不确定性动态载荷识别,分别阐述了不同类型的集中、分布载荷的反演方法和多源不确定性的量化、传播分析,并探讨了各自的优缺点。最后,分析了空天飞行器动态载荷识别今后可能的发展方向。     

切比雪夫多项式在动态载荷识别中的应用

依据广义正交域理论,应用一维切比雪夫广义多项式的正交性解决单自由度系统动态载荷时域识别问题,获得了基本计算模型。通过假定数据条件下定频模拟激励动态载荷,根据满足普遍意义的单自由度系统动力学方程计算出系统的加速度响应,结合应用广义正交多项式进行载荷识别的基本计算模型进行动态载荷仿真识别,并将仿真识别结果和激励动态载荷进行比对,对比识别结果,确定一维切比雪夫广义加权正交多项式应用于时域动态载荷识别在理论上具有可行性。在理想条件下,飞行器单处测点满足单自由度系统,应用试验记录的其加速度响应,通过载荷识别计算模型对其动态载荷进行了识别,给出了时域内的载荷识别结果,由于对计算模型及识别对象做了简化处理,在一定程度上降低了动态载荷识别的复杂度,因此,在将结果应用到工程实际中时还需进一步拓展。     

弹体结构高置信度内载荷不确定传播分析

弹体结构内载荷的准确预示是导弹飞行器载荷设计的重要一环。本文针对弹体结构构建了一种高置信度的载荷不确定传播分析方法。首先基于非概率贝叶斯更新策略，构建了结构内载荷不确定输入参数区间模型后验概率的迭代过程，以获得不同区间模型的置信度。利用所筛选的最优置信度的不确定输入参数模型，基于勒让德正交多项式建立结构内载荷响应函数的近似函数，根据近似函数的零点特性求得载荷响应的区间上下界。结果表明本文方法能够为导弹飞行器结构载荷设计提供技术支撑。     

桥梁结构移动载荷识别的新方法

桥梁结构的移动载荷识别技术是桥梁工程建设的技术难点之一。本文在载荷匀速移动的基础上,将时域识别的方法推广运用到变速运动的载荷,运用广义正交变换技术研究了移动载荷识别的新方法,并推导出了在广义正交域下移动载荷识别的数学模型。通过计算机仿真算例验证了该理论的正确性及在工程运用中的可行性。该模型适用于桥梁结构的移动动态载荷识别,为移动载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

基于多项式的多不确定参数控制律稳定性评估

基于多项式理论,研究了鲁棒D域稳定和评估空间自适应网格划分方法。在传统只分析单个不确定性参数对动态系统稳定性影响的基础上,实现了多个不确定参数同时摄动对系统稳定性的评估。基于该方法,以一种轴对称飞行器为研究对象,完成了在多种参数组合摄动下的纵向控制律稳定性评估,评估结果直观精确的显示了该飞行器纵向稳定和不稳定区域。     

空天飞行器鲁棒自适应模糊跟踪控制

基于轨迹线性化方法提出了鲁棒自适应模糊跟踪轨迹线性化控制(Robust adaptive fuzzy tracking control,RAFTC)方法,并应用于空天飞行器(Aerospace vehicle,ASV)飞行控制系统设计.利用模糊系统能以任意精度逼近非线性系统的特性,对未知干扰和不确定性进行逼近,求得的模糊函数作为系统不确定界函数,且整个系统仅需在线调整不确定界函数的界,利于工程实现.采用Lyapunov方法,证明了闭环系统所有信号一致最终有界.最后利用本文提出的控制方案设计了空天飞行器飞行控制系统,并在高超声速条件下进行了仿真验证.仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性.     

复杂结构移动载荷识别的有限元法

在正交域中运用有限元分析技术,将任意复杂结构上移动载荷的识别转化为正交多项式拟合系数的识别,由响应和激励之间的线性关系识别出拟合系数.该方法适用任意边界条件的复杂模型,且能识别速度变化的移动载荷.文中讨论了连续栽荷在有限元节点上的等效问题,通过仿真和实验验证该方法简单、有效、抗噪性较好,适用于复杂的工程结构.     

基于神经网络的垂尾飞行载荷模型研究

针对现代飞机结构设计复杂、传力路径多和大载荷结构变形大等因素,提出用神经网络方法建立载荷模型.利用垂尾载荷校准试验数据建立基于神经网络的垂尾根部剪力和弯矩的载荷模型,并对多点进行载荷预测.通过与多元线性回归载荷预测结果进行对比分析,结果表明,在大载荷下神经网络预测精度优于多元线性回归,从而为测量垂尾飞行载荷提供了一种可...     

基于广义正交域的一种动载荷识别方法研究

提出广义正交多项式理论，并且基于这一正交域研究线性动力学系统输入输出时域卷积关系变换到广义正交域的线性算子。数值仿真及试验考核表明该方法适用于各种类型的确定性动载荷识别问题，具有良好的识别精度和抗噪声干扰能力，尤其对于短样本冲击载荷的识别更具有独特的优势。该方法在实际工程结构应用时，具有试验成本小，易于实现等特点，是一种十分值得推广的动载荷识别新方法。     

基于非线性干扰观测器的空天飞行器轨迹线性化控制

研究一种新的空天飞行器基于非线性干扰观测器的轨迹线性化飞行控制方案。轨迹线性化控制是一种新颖有效的非线性跟踪和解耦控制方法,但空天飞行器飞行过程中存在的建模误差和外界干扰等不确定因素将导致其性能下降甚至失效。为了满足空天飞行器高精度高稳定控制的要求,本文利用非线性干扰观测器对系统中存在的不确定进行估计,其输出用以设计新的补偿控制律,从而使当前轨迹线性化方法的控制性能得到改善。最后利用该方案设计出空天飞行器飞行控制系统,通过高超声速飞行条件下的仿真,验证了该方法的有效性。     

飞行器动态疲劳试验加载方法的研究

飞行器动态疲劳试验是在全尺寸后机身状态下进行的多点激振与多点静载联合加载的力学环境模拟试验,属于多种环境联合加载试验技术,其中静载为空气弹簧加载形式,振动载荷为电磁激振模式,针对飞行器动态疲劳试验静载加载过程的特点,介绍了一种采用空气弹簧来实现静载加载的系统设计方法,为飞行器可靠性考核提供手段。     

振动环境质量载荷效应探究

航天飞行器有爆脱冲击环境质量载荷效应现象,类似也有振动环境质量载荷效应问题。国外一直在作这方面研究,机理不清,没有定论。本文对此加以述评,并对机理进行初步探究,这对预示振动环境及制定振动环境试验条件有重要意义.     

压缩性对大振幅俯仰振荡三角翼动态特性影响的试验研究

对飞行器在高速大迎角时的动态气动特性的研究是很重要的。在CARDC进行了高速风洞动态失速试验技术研究,使用专用的动态失速机构,以60°、70°和76°三角翼为模型,在M=0.4～1.0范围内,在不同振幅、不同频率情况下进行了风洞试验,分别测量了各三角翼的动态气动载荷,研究了在大振幅俯仰振荡时各三角翼的动态气动特性,重点研究了压缩性对三角翼动态特性的影响。结果表明随着M数的增加,上述三种三角翼的非定常效应减弱。     

计算参数对数值修正载荷识别算法的影响

针对在载荷识别计算中经常遇到的累积误差问题,提出了一种在每个时间步长内迭代修正的 载荷识别算法。首先利用拟静态算法得到载荷初值,再使用数值迭代算法对其进行修正计算,仿真结果表明,该修正算法可以有效地减小由于累积误差导致的发散,得到收敛的识别结果。针对上述算法,本文以多输入多输出简支梁为模型,分别分析了区间放大系数、区间分割系数和精确度指标3个计算参数对于识别结果的影响。计算结果显示,参数的选择对算法的效率和精度影响很大,不当的参数甚至可能引起识别结果严重发散,所以选择合适的计算参数对于数值修正算法十分重要。     

内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术研究

在高速风洞中对内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术进行了研究,弹舱长深比(L/D )为6.5。分析了舱门开闭动态试验风洞模拟准则,研制了气缸驱动和电机驱动两种舱门开闭运动机构,发展了舱门开闭动态试验测试技术与数据处理方法,获得了舱门运动特性及武器舱系统动态载荷特性。本文给出了 Ma =0.6,Re =1.28×107/m 的试验结果。研究结果表明:运动机构设计合理,气缸驱动与电机驱动两种方式均可实现舱门的快速开闭运动,采用电机驱动时,舱门运动速度可在较宽范围内调节;测试系统可靠,可准确获得高速气流条件下舱门开闭过程中的动态载荷及舱门运动规律;数据处理方法可行,获得了测点的能量分布特性及频谱特性,并对弹舱流场及舱门动态载荷特性进行了研究。     

南京航空航天大学学报 2006年（第38卷1～6期） 总目次

题目作者期一页改进遗传算法的纵列式直升机总体参数优化设计朱清华张呈林倪先平等(1-1)旋翼变距拉杆关节轴承磨损故障特征及磨损程度识别高亚东张曾铝余建航(1-6)提高直升机齿轮传动干运转能力的离子注入技术于敏戴振东薄玉奎等(1-11)含共线分布多裂纹板的剩余强度郭树祥许希武(1-16)桥梁结构移动载荷识别的新方法张方秦远田邓吉宏(1-22)基于MAS的空天飞行器自主控制系统设计朱亮姜长生方炜(1-27)H_∞控制与逆系统在无人机直接侧力控制中的应用陈欣潘常春(1-33)基于UKF的四元数载体姿态确定刘海颖王惠南刘新文(1-37)多网段控制系统实时…     

发动机持久/蠕变载荷谱的编制

提出了一种持久／蠕变载荷谱计算机程序统计模型,并编写了相应的程序。首先对飞行载荷谱进行平滑处理,再进行载荷状态的识别,然后进行任务混和,从而获得发动机的持久／蠕变载荷谱。利用该程序对某发动机的持久／蠕变载荷谱进行了编制,获得了５３１种载荷状态,并确定了典型状态。统计实践表明,该方法快速实用,可大大提高发动机载荷谱处理速度和自动化程序。     

扑翼式微型飞行器的风洞试验动态数据采集和处理

介绍了扑翼式微型飞行器的虚拟仪器测控系统结构,以及为避免多线程中死锁的关键问题,建立基于安全队列的多线程技术的动态实验测量系统.以微型飞行器风洞动态实验为对象,解释了基于安全队列的多线程技术应用于动态测控实验的优势.通过某扑翼式MAV进行吹风试验和频率谱计算,进一步验证了动态测量的正确性.     

直升机动态着舰流场下的旋翼气动载荷分析

直升机着舰流场复杂多变,严重影响着旋翼的气动环境,进而影响直升机着舰安全。本文基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术建立了一个直升机动态着舰的数值模拟方法,并以此研究直升机着舰过程中的气动载荷变化。该方法以N-S方程作为控制方程,并选取k-ω湍流模型来提高对涡流场的捕捉精度,采用动量源方法模拟旋翼。应用所建立的方法,着重分析了直升机侧弦进场、垂直降落过程中的耦合流场特征和气动载荷变化。结果表明:直升机侧弦进场时旋翼会与甲板舷涡以及舰船艉部的涡回流区发生较强的涡干扰,导致拉力显著降低,在舰面效应的影响下易产生一个附加的滚转力矩,影响直升机姿态稳定;垂直降落时在上述干扰的综合作用下,旋翼拉力呈现出先减小、后增大的特点,各气动载荷在接近甲板时会出现剧烈的波动,加大了着舰风险。     

基于自适应逆的微型飞行器飞行控制系统

飞翼式微型飞行器由于尺寸小、速度低、气动布局特殊和飞行环境复杂多变,其飞行力学具有显著的非线性和非定常特性,传统的控制方法已不能满足要求.本文运用时标分离理论,设计了快变量和慢变量动态逆,同时引入在线神经网络补偿动态逆误差,并采用伪控制补偿器消除作动器和自适应单元之间的相互影响,在此基础上提出了飞翼式微型飞行器的自适应飞行控制系统,并与采用动态逆-PID控制方法设计的飞行控制系统进行比较.仿真结果表明:基于自适应逆的飞行控制系统,具有较强的鲁棒性和指令跟踪能力,比动态逆-PID飞行控制系统更适合于微型飞行器.