复杂结构飞行器的飞行载荷建模方法研究

复杂结构飞行器的传统飞行载荷建模方法存在误差大、效率低的问题。考虑电桥指标及载荷方程指标对载荷模型的综合影响,提出一种飞行载荷改进建模方法,以多梁多墙结构为例,基于某型机机翼地面载荷校准试验数据建立载荷模型,将改进方法与传统方法计算的弯矩及剪力进行对比,结合试飞数据对改进方法所得模型进行验证。结果表明：该飞行载荷改进建...     

加筋复合材料结构的冲击载荷识别

 提出了一种冲击载荷识别方法,同时识别冲击位置并重建冲击载荷时间历程。该方法采用一组适当的参数来表示冲击载荷,将时域内的载荷识别问题转换为参数识别问题;通过最小化冲击响应模型计算结果与实际量测信息之间的差别,智能优化方法自适应地识别出描述冲击位置和载荷时间历程的参数。该方法算法明确、过程简单、通用性强。将此方法应用于复合材料加筋结构的冲击载荷识别,加筋结构等效为材料性质不均匀分布的层板结构,采用假设模态法建立正向冲击响应模型。数值仿真结果表明了本方法的有效性和可应用性。     

三轴式无人旋翼飞行器及自适应飞行控制系统设计

设计了一种操控简便的三轴式无人旋翼飞行器,由三组共轴双旋翼组成,各旋翼由直流电机直接驱动,只需调节各电机转速就能控制旋翼飞行器运动姿态和轨迹。为使三轴式无人旋翼飞行器飞行控制系统设计得到有效验证,研究了旋翼飞行器的飞行动力学非线性建模,运用叶素动量理论建立了共轴双旋翼变转速旋翼载荷计算方法,分析了旋翼入流分布对共轴双旋翼气动载荷模型的影响,通过试验验证了共轴双旋翼气动载荷计算模型的正确性。由于旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性及未建模动力学的影响,难于建立非常精确的数学模型,给飞行控制系统设计带来了挑战。本文根据旋翼飞行器飞行动力学非线性模型推导出了旋转动力学模型逆和平移动力学模型逆控制器,利用神经网络在线自适应修正模型逆误差,采用线性PD或PI控制器调节指令跟踪误差,应用由向心回转和垂直上升组合的机动科目进行了仿真验证,给出了具有外界阵风干扰模拟的仿真结果,表明所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现精确的轨迹跟踪控制。     

基于遗传神经网络的飞行载荷参数识别

针对飞行载荷参数识别问题,结合典型机动动作,提出一种优化改进的BP神经网络模型。模型采用留出方法和遗传算法对BP神经网络的设置参数进行优化,利用最优设置参数训练得到飞行载荷与飞行参数的BP神经网络模型。在半滚机动下,通过利用飞行参数识别某一部位弯矩并与未优化BP神经网络对比,表明优化改进的BP神经网络模型对飞行载荷参数识别是一种可行且精度高的方法。     

电桥逐步筛选飞行载荷建模方法及其应用

通过载荷地面校准试验建立载荷模型是应变法飞行载荷准确测量的基础,为高效准确地建立载荷模型,在对应变法飞行载荷测量原理分析的基础上提出了一种基于电桥应变响应特性综合指标的电桥逐步筛选飞行载荷建模方法,在建模过程中对参与建模的电桥进行逐步筛选并得到一组备选载荷模型,结合叠加原理验证及电桥物理特性分析等方法可确定飞行实测中所选用载荷模型。应用该方法对机翼测载剖面飞行载荷进行测量,结果表明该方法准确可靠,并可将测载结果应用于飞机飞行载荷安全监控。     

平稳随机载荷的信号特征提取与深度神经网络识别

针对线性时不变结构的平稳随机载荷识别问题,从结构的动力学响应求解原理出发,利用小波变换对于信号特征的提取能力与长短期记忆神经网络（LSTM）对于序列问题的强大建模与映射能力,提出了一种针对平稳随机载荷的特征信号识别方法,通过对作用于三自由度振动系统数值模型上的平稳随机动载荷识别,证明了方法的可行性。对一个受2点平稳随机载荷作用的加筋壁板结构模型进行动载荷识别实验,结果表明,用提出的方法识别的动载荷均方根相对误差均小于5%,该动载荷识别方法具有良好的识别能力。     

基于微分载荷模型的飞行载荷参数辨识方法

介绍了一种基于微分载荷模型的飞行载荷辨识方法.根据实测载荷与飞行参数之间存在的相关性,利用输出误差法对平尾微分载荷模型进行了辨识,得到了飞行状态下平尾载荷的计算模型.同时得到了适合于飞行载荷辨识的一种方法,该方法可以研究飞机的不同操纵规律对结构载荷的影响,具有较高的精度,可行有效.     

基于试验设计及支持向量机的向心叶轮结构优化设计方法

针对向心叶轮结构优化设计耗时长的难点,研究并采用了2类关键技术:其一是利用试验设计技术从大量的轮盘结构尺寸中挑选出重要尺寸作为优化设计变量,以减小优化问题规模;其二是利用支持向量机技术建立向心叶轮强度及振动分析的代理模型,以缩短分析时间.在以上研究工作的基础上建立了1种快速高效的向心叶轮结构优化设计方法.随后的1个算例表明:优化后的叶轮寿命提高4倍,优化设计时间为传统方法的1/27,具有良好的工程应用前景.      

大膨胀比向心涡轮多学科优化设计及敏感性分析

向心涡轮内部流动复杂,功率密度大且结构限制严,因此,向心涡轮的设计必须考虑到气动、强度、结构等多学科间的耦合问题。采用多学科优化策略是提升向心涡轮气动效率和安全可靠性的一种可行途径。基于向心涡轮结构特点,发展了通用的向心涡轮三维参数化造型方法。耦合多目标优化算法和向心涡轮三维参数化方法,建立了向心涡轮多目标多学科优化设计体系。以频率为约束,以提高总静效率、降低叶根最大应力为优化目标,开展了向心涡轮的多学科优化设计。优化后,在避开所有危险共振频率的前提下,就单一性能指标而言,涡轮级的总静效率最高可提高1.35%,叶根最大当量应力最高可降低12.54%。进一步,对设计空间开展了敏感性分析,揭示了对性能指标影响显著的设计变量,阐明了关键设计变量对性能指标的影响机制。     

基于弹簧-悬臂梁模型最小变形能的气动载荷分配方法

在进行气动载荷到结构载荷转换时使用弹簧-悬臂梁模型来代替悬臂梁模型,解决了如果气动载荷点与部分结构节点重合则会导致难以求解的问题,载荷分配结果符合“近大远小”的规律,且分配前后完全符合等效性。研究了模型参数对载荷分配结果的影响,讨论了利用悬臂梁与弹簧刚度比,刚度与目标点距离的比来控制分配结果的方法。另外,讨论了使用构造函数代替物理模型的方法。     

透平机械零件振动的可靠性设计

以传统的振动设计方法为基础, 提出了透平机械零件振动的可靠性设计方法。介绍了透平机械零件的振动设计量分布参数的确定方法和避开共振、限制振动响应的可靠性计算模型, 并给出了透平机械的转子、轴承和叶片的可靠性设计方法及应用实例。      

Higher-order vibration of thick composite and sandwich plates based on an alternative higher-order model

The transverse stretching vibration of thick sandwich plates, which is attributed to largely different stiffness at the adjacent layers, is a challenging issue, and efficient approach for such issue is less reported in the published literature. Thus, natural frequencies corresponding to stretching vibration modes are generally neglected in engineering design, which might impact structural safety as frequencies of the exciting force are close to transverse stretching vibration frequencies. This paper proposes an alternative higher-order model for dynamic analysis corresponding to the higher-order vibration modes. The proposed model is classified in the displacement-based equivalent single-layer theory, as the number of displacement parameters in the proposed model is independent of the layer number. The continuity of displacements and transverse shear stresses can be fulfilled at the interfaces between the adjacent layers of structures. To demonstrate the capability of the proposed model, typical examples are analyzed by utilizing the proposed model, the three-dimensional finite element method and the chosen higher-order models. By comparing with the exact three-dimensional elasticity solutions, it is found that the proposed model can yield more accurate natural frequencies corresponding to the higher-order displacement modes than the selected models. Moreover, the factors influencing reasonable prediction of the higher-order frequencies are investigated in detail, which can provide a reference for the accurate prediction of the higher-order frequencies.     

基于时频-小波分析的压气机失速过程研究

采用时频—小波分析的方法,针对某型发动机的八级轴流压气机级间压力信号,提取失速先兆及发展信息。结果表明,在失速前的阶段,不同的频率段表现出不同的失速先兆成分;并检验了失速时刻信号的奇异性,最后确定了最先失速级。      

滚动轴承的几何常数和故障特征倍频的估计方法

提出了几何常数的概念.通过对轴承几何关系的分析和对1274个型号的轴承参数的统计发现,同系列轴承的几何常数小范围波动,近似为常数,不同系列却有较大差异.确定了7个基本类型的滚动轴承共45个系列的几何常数.建立了基于几何常数、滚动体个数和轴承系列的滚动轴承局部内环、外环故障特征倍频的估计方法.只需已知轴承类型和滚动体个数,就可得到相应的特征倍频,为滚动轴承故障诊断提供了有效的途径.      

振荡管内气柱谐振的研究

首次提出振荡管气柱谐振概念。对气柱谐振机理、条件、有关因素对谐振激励频率的影响及谐振状态下管内振荡流特性进行了探讨。结果表明：气柱谐振与管内激波运动有关;谐振状态下管内出现最强的压力波并产生最强的冷效应和热效应。     

螺旋弹簧局部振动频率分析与控制

本文首先讨论了单螺旋弹簧局部振动的固有频率的计算方法，在此基础上进一步建立了串联、并联弹簧局部振动的分析模型，并探讨了弹簧局部振动频率的控制方法。     

A Study on Particle Filters for Single-Tone Frequency Tracking

In this paper, we present an online approach for frequency tracking of a noisy sinusoid using sequential Monte Carlo (SMC) methods, also known as particle filters (PFs). In addition, apart from employing the classical Cartesian formulation model, we also develop two alternative dynamical models, namely, nearly constant frequency (NCF) and Singer, which are adapted from the maneuvering target tracking discipline, to describe the evolution of time-varying frequencies, and investigate their fitness to the frequency tracking application. When compared with conventional techniques whose performance is restricted to linear Gaussian models and/or to slowly varying frequencies, PFs are more flexible to handle situations where these conditions are violated. Extensive evaluations on the proposed new models and PF tracking algorithms are conducted with different sets of frequency inputs and levels of signal-to-noise ratio (SNR). According to the computer simulation results, it is found that PFs under all investigated models consistently outperform and are less sensitive to SNR levels than the extended Kalman filter (EKF). Furthermore, the results suggest that while none of the models perfectly fits all types of frequency inputs, NCF model is more suitable for moderately varying frequencies, whereas the Singer is more suitable for rapidly changing frequencies.     

On solving multi-commodity flow problems: An experimental evaluation

Multi-commodity flow problems (MCFs) can be found in many areas,such as transportation,communication,and logistics.Therefore,such problems have been studied by a multitude of researchers,and a variety of methods have been proposed for solving it.However,most researchers only discuss the properties of different models and algorithms without taking into account the impacts of actual implementation.In fact,the true performance of a method may differ greatly across various implementations.In this paper,several popular optimization solvers for implementations of column generation and Lagrangian relaxation are discussed.In order to test scalability and optimality,three groups of networks with different structures are used as case studies.Results show that column generation outperforms Lagrangian relaxation in most instances,but the latter is better suited to networks with a large number of commodities.     

基于混合率模型的功能梯度材料火箭壳体振动特性分析

为了研究功能梯度材料(Functionally Graded Material, FGM)火箭壳体的振动特性,本文发展了一种基于混合率模型的FGM材料性能计算方法。首先,对FGM壳体的材料分布特征进行了分析研究,建立了统一的材料公式模型,可表征材料性能沿厚度方向变化规律不同的多种FGM材料模型。其次,建立了FGM壳体材料的几何分层模型,基于混合率法则推导得到了宏观等效的正交各向异性材料性能参数表达式,并讨论了分层数对预测结果的影响。然后,将该方法用于带孔平板、圆柱壳体、锥形壳体和球形壳体的振动分析,计算结果与相关文献结果具有较好的一致性,最大误差不超过2.33%,表明本文方法具有较高的精度。最后,将本文方法成功用于FGM火箭壳体的振动特性分析,针对材料性能沿厚度方向的几种不同分布模式,计算了FGM火箭壳体的前10阶固有频率和振动模态。     

风洞模型-支撑系统涡激振动测量与分析

以0.55m×0.4m低湍流航空声学风洞某模型及其支撑系统为研究对象,采用基于加速度传感器直接测量支撑系统和热线间接测量模型尾流相结合的方法,测量并分析了风洞模型-支撑系统的涡激振动模态,给出了测量方案和数据处理方法。采用基于加速度传感器的功率谱分析方法,获得了模型-支撑系统的三阶振动频率分别为31.1、120.9和221.4Hz;采用基于加速度传感器的频域滤波和频域积分方法,提高了有效信号的信噪比,获得了模型-支撑系统振动的振型和振动节点位置;采用热线测量模型尾流分离涡脱落频率的方法,获得了模型一阶和二阶振动的尾流涡激频率分别为31.1和124.1Hz,并从测量尾流速度脉动量获得了模型振幅变化和抖振边界信息。实验结果表明,采用热线测量模型尾流从而分析模型振动的方法,有利于小尺度的模型振动测量,而且相对于加速度传感器装于模型表面的直接测量方法而言,对试验模型的绕流流场干扰较小,为测量风洞试验模型的涡激振动模态提供了一种方法。