基于可达性分析的自主空中加油安全评估

自主空中加油(Autonomous aerial refueling,AAR)可以扩展飞机的航程和续航能力,为航空业带来巨大效益,对自主空中加油系统进行安全评估具有重要意义.本文采用可达性分析方法来评估系统安全性.由于系统不确定性,空中加油系统可视为一个随机系统,因此考虑概率可达性.由于可达性概率与碰撞概率有着密切的关...     

基于地面安全约束的无人机航路规划研究（英文）

随着无人机数量和飞行时间的快速增长,由无人机飞行风险引起的安全事故也逐渐增多。安全航路规划是在战略层面降低无人机运行风险的有效手段。考虑无人机航路的安全代价,基于地面风险评估提出了一种无人机安全航路规划模型。将航路下方区域栅格化处理,以每飞行小时地面人员伤亡率为量化指标,定义各栅格安全系数,并根据栅格安全系数构造航路安全代价函数。建立了兼顾航路安全性和飞行距离的总代价函数,并通过改进蚁群算法进行航路规划。模型的有效性通过城市空域物流无人机航路规划进行验证。结果表明,考虑地面安全约束的航路规划模型在无人机总飞行时间增加不大的情况下,能显著提高航路的整体安全性。     

基于复杂网络模型的航路网络特性分析（英文）

航路网络是航空运输的基本载体,挖掘其特征对航空运行效率的提高有显著意义。以2018年中国大陆1 479个航路点组成的航路网络为研究对象,结合空域结构、交通流特征以及交通流支配关系等,从复杂网络视角构建了物理航路网络、无向航路交通网络、有向航路交通网络,以及基于交通流支配关系的有向航路交通网络等4个网络模型。基于典型网络测度指标统计了不同网络的拓扑特征,并分析了典型测度指标在不同网络中所展现的差异特征,进而提出了测度指标的综合指数概念。统计结果表明,航路网络在交通流的影响下展现了更丰富的异质性,节点间的关系并不对称,不同网络中的指标分布特征有明显差异。测度指标综合指数和交通量水平的对比分析表明,某些航路点不但在多个测度指标的综合指数中有较大值且交通量繁忙;某些航路点虽然在多个测度指标的综合指数中有较大的值,但交通量不繁忙;还有一些航路点只在某一特定指标的综合指数中比较突出。为反映航路点的综合重要程度,采用K-means方法基于度综合指数、介数综合指数、接近度综合指数将航路点的重要性划分为3个级别,交通量、机场数量、航班延误等的统计结果验证了分级结果的合理性。     

基于复杂网络理论的航空事故致因分析（英文）

为提高航空安全,提出了一种基于复杂网络理论的航空事故致因分析方法。通过选取257份事故调查报告,采用扎根理论的三级编码过程,得到了45个致因因素和9个事故类型,并基于2-4模型分析了这些因素之间的相互作用。在此基础上,基于复杂网络理论构建了航空事故致因网络,该网络具有无标度特性和小世界效应,并通过网络拓扑结构分析了致因因素的特征,采用TOPSIS方法识别了事故的关键致因。结果表明,本文提出的方法具有不依赖专家经验、定量分析事故致因因素和统计分析大量事故数据的优点,有较好的适用性和先进性。     

基于分形理论的翼面复杂冰形表面粗糙度分析（英文）

模型表面的结冰外形是结冰风洞试验关注的核心信息,现有研究一般采用冰角高度、冰角角度、驻点冰厚等几何参数对二维冰形进行表征,忽略了冰形表面粗糙程度这一重要特征。针对此问题,提出将分形理论应用于结冰冰形的粗糙度表征,建立了基于分形理论的结冰表面粗糙度表征方法。首先在大型结冰风洞开展翼型结冰试验,采用激光线扫描在线测量系统对结冰生长过程中不同时刻翼面结冰的表面轮廓进行测量,获得翼面结冰的三维数值外形;然后结合分形理论对冰形进行分析,提取翼面不同位置冰的截面轮廓曲线,计算截面曲线的分形维数和粗糙度表征参数,以此归纳出分形维数的线性回归公式,并从截面曲线中提取数据点进行分形插值模拟实测冰形。研究结果表明,翼面结冰冰形粗糙表面具有分形特征;分形维数与粗糙度表征参数呈正相关,可作为冰形表面粗糙度的评定参数;分形插值模拟冰形曲线,逼近程度优异;冰形粗糙度的分形表达法为科学量化三维冰形特征提供了新思路。     

基于折纸的大型空间薄膜遮阳结构设计与分析（英文）

提出了一种轻质、展开顺畅、收纳比高且不需要额外驱动动力的新型自展开薄膜遮阳结构。利用4根等长的带状弹簧驱动叶内环绕折叠的聚酰亚胺薄膜,并计算了收纳比。为了防止薄膜在展开过程中出现钩挂和破损的问题,对薄膜展开的轨迹、薄膜的应力分布以及带状弹簧骨架的模态分布进行了有限元仿真,并制作了测试样机以验证设计的可行性。结果显示,利用带状弹簧驱动薄膜展开,展开过程顺利,带状弹簧展开时的冲击不会造成薄膜损伤,薄膜折痕处的最大应力约为42.3 MPa,低于材料的许用应力,且收纳比达到了69.4。     

基于交通分配的航路网络生成（英文）

航路网络是空中交通分配的载体,而交通分配是检验航路网络的依据,如何构建基于交通分配的航路网络生成便成了当前空域规划技术中的研究方向。论文基于链路预测理论、优化理论,建立了上层为航路网络生成,下层为交通分配的双层规划模型,采用基于链路预测的网络拓扑生成器和基于偏好的最优路径搜索算法进行航路网络生成,采用NSGA-Ⅲ算法进行交通分配。论文基于Python平台NetworkX复杂网络分析库,采用中国大陆空域北京和上海飞行情报区57个机场、383个航路点、635条航段组成的航路网络和187 975架次机场对交通流量进行案例仿真。通过与现有航路网络对比,交通分配运行成本下降50.624%,飞行冲突系数下降33.564%,动态非直线系数下降7.830%。     

不同云微物理方案对飞机结冰气象条件预测评估分析（英文）

飞行安全在复杂气象条件下易受结冰影响而受到威胁。能够结合地形特征并准确预测结冰气象条件是保障飞行安全的重要因素。本文利用中尺度天气预报模型模式,以4种不同的云微物理方案组合对美国华盛顿山地区的两次结冰事件进行了数值模拟。结果表明：预测的液态水含量和温度与现有文献匹配较好,而Morrison方案组合在误差分析中表现最佳。此外,讨论了水平分辨率和云微物理方案对液态水含量和云中液滴平均有效直径预测的敏感性。由于地形所引起的垂直运动是产生云水的主要动因,较高的水平分辨率能够做出更为准确的预测。最后利用IC指数对结冰强度进行了分析,表明结冰严重程度具有明显的时空多变特性,以及对云微物理方案的敏感性。本文工作有望加强对云微物理方案的理解和认识,并为选择适合的云微物理方案进行结冰天气预测提供了依据。     

基于机场属性网络表示学习的机场群同质化分析（英文）

现有机场群研究较少从航线网络分析角度进行机场节点之间的同质化分析,航线网络中机场节点的属性信息考虑不足。为了解决此问题,文中提出了一种基于机场属性网络表示学习的机场群同质化分析方法。首先,构建包含属性信息的机场群航线网络,如果机场之间有航班,则为机场之间添加一条边,并为每个机场节点添加航线区域属性信息。其次,分别进行机场属性以及机场网络向量表示,通过网络表示学习方法将机场属性和机场网络表示向量嵌入到统一的机场表示向量空间,得到融合机场属性以及机场网络特性的机场特征向量。通过计算机场群内机场向量的相似度,可以方便地计算机场之间以及机场群的同质化程度。京津冀机场群数据集的实验结果表明,与目前其他算法相比,本文提出的基于属性网络表示学习的同质性分析方法可以得到更符合京津冀机场群现状的同质化计算结果。     

基于K-means聚类的无人机飞行风险评估（英文）

为量化评估低空空域无人机飞行风险,从飞行冲突、飞行环境和交通特性3个方面分析了无人机飞行风险影响因素,分别构建了无人机空中风险指标和地面风险指标,建立指标筛选模型和无人机飞行风险评估模型,提出了基于K-means聚类的无人机飞行风险评估方法。数值仿真表明本文提出的方法既能有效地评估无人机飞行风险,又能为无人机风险管控提供技术支撑。     

基于过程仿真的工程变更管理方法（英文）

工程变更管理是解决产品设计问题的一种特殊形式,必须遵循许多规则才能满足产品变更的要求。由于工程变更对产品开发周期、成本有很大的影响,因此有必要提前预测设计变更并对其影响进行有效的评估。本文提出一种融合多评价参数过程仿真的工程变更管理方法。首先,建立了变更传播模型,包括变更传播影响的数学模型、设计变更方案的的评价得分;然后介绍了基于蚁群算法的变更方案优化过程,并给出了一种自动获取最优变更方案的优化算法;最后,以带式输送机平台为例验证了该方法的有效性。结果表明,产品的变化需求可以由多个候选变更方案满足,并可根据方案的特性获得最优的结果。     

基于局部信息的分布式航天器集群重构（英文）

航天器集群的目标是使用尽可能小的燃料消耗完成队形重构任务。为了研究基于局部信息分布式航天器集群的重构问题,利用双脉冲交会机动原理设计了3种避免碰撞的目标选择策略。策略1在目标点发生冲突时根据与目标的距离确定目标点的选择,并使用单位脉冲来避免碰撞;策略2更改了避免碰撞的策略,当两个航天器不止一次相遇时,交换两个航天器的目标点;在策略3中,更接近目标点的航天器具有更高的优先级,当两个航天器不止一次相遇时,也会交换两个航天器的目标点。对3种策略分别对给定位置、不同完成时间、随机位置进行对比,数值仿真结果表明,这3种策略都可以在规定的要求下完成航天器集群重构。对于不同的完成时间和给定位置,策略3的燃料消耗要比策略1低并且在大部分完成时间下也要比策略2的燃耗低,在随机位置测试中大概70%的情况策略3比策略1燃耗低且整体更加稳定。     

基于加权D-S证据理论的旋翼故障诊断（英文）

旋翼作为直升机的升力面和操作面,其健康状态对直升机的安全至关重要。旋翼故障诊断技术仍是直升机健康与使用监测系统（Health and usage monitoring system, HUMS）领域的薄弱环节,开发旋翼故障诊断技术具有重要价值。基于信息融合技术,首先分析了旋翼故障的诊断机理,建立了旋翼故障模型,通过流固耦合仿真获取了不同故障下桨叶、轮毂和机身的故障特征信息,生成数据集进行网络训练和验证。然后,利用遗传算法反向传播（Genetic algorithm-backpropagation, GA-BP）优化神经网络诊断3种类型的直升机旋翼故障,即后缘调整片误调、变距拉杆误调和桨叶质量不平衡。3个逐级神经网络分别对旋翼故障类型、故障位置和故障程度进行了诊断识别。最后采用加权的Dempster-Shafer(D-S)证据理论对旋翼故障进行诊断和分析。结果证明基于改进D-S证据理论的旋翼故障诊断方法能够成功应用到旋翼故障诊断中,并具有良好的识别效果。     

基于深度神经网络的飞机结冰冰形预测模型（英文）

结冰是威胁航空飞行安全的重要因素,适航条例要求需要根据不同结冰工况开展结冰安全评估。由于飞机结冰过程十分复杂,快速预测结冰冰形仍是当前面临的重要挑战。基于深度置信神经网络(Deep belief network,DBN)及栈式自动编码器(Stacked auto-encoder,SAE)深度神经网络建立了一种高效的飞机结冰预测模型。在完成网络结构详细设计的基础上,利用结冰数值计算方法构建的冰形样本空间,实现神经网络训练。以NACA0012翼型为研究对象,开展了冰形预测研究。结果表明:构建的预测模型能够准确地捕捉飞机结冰过程中的非线性行为,进而实现冰形的高准确度预测。预测模型为飞机结冰分析提供了一种有效的方法。     

基于修正模式的健康监测系统研究（英文）

现有的健康监测系统通常忽略了老年人真实健康需求并且缺少对不同被试者差异因素的考量,导致监测结果不准确,测量值与真实健康状态可能出现偏差,延误了对突发健康问题的救治。为解决这一问题,本文提出了一种新的健康监测系统,包括生理参数的测量、修正和反馈。本研究收集了老年人临床样本,建立回归方程和统计模型,分析性别、年龄、测量时间和体征值之间的关系。通过设计修正算法对体征测量值多次修正,将最终数据与标准值进行比较来判断是否正常。这一过程有效降低了误判风险,同时更准确地匹配用户实际健康状况。本文以老年人心率的测量及修正作为应用实例验证了该创新方法的有效性,并给出具体修正过程,为未来健康监测研究中其他影响因素的剔除或修正提供了科学依据。     

基于模糊层次分析的航空公司安全评估

从管理、运行、维护和机队四个方面,建立了层次结构模型。然后运用三角模糊数来表征专家判断信息,构造三角模糊数互补判断矩阵,最后通过FOWA算子对各个层次的影响因素进行排序,得到其重要性的排序。结果表明该方法能有效地对影响航空公司安全的因素进行评估。     

基于动态小波指纹的冰孔隙率测量方法研究（英文）

针对飞机结冰情况下的冰孔隙率测量问题,提出并评估了一种基于动态小波指纹技术的超声波孔隙率测量方法。通过理论模型和有限元仿真分析了超声纵波的传播过程,阐述了孔隙大小等因素对孔隙率测量的影响机理。结合20块冰样品的60组超声波测量数据,生成了小波指纹图像,并提取了11维关键特征。基于主成分分析和多项式拟合,所实现的孔隙率测量均方根误差（Root mean square error, RMSE）达到1.144%,说明本文方法比传统的峰值拟合方法更稳定、准确。     

基于时间卷积轻量级网络的人体运动预测（英文）

针对人体运动高度复杂的运动学和时间相关性,本文提出了一种轻量级的多层残差时间卷积网络模型（Residual temporal convolutional network,RTCN）。该模型使用一维卷积高效获取人体运动的空间结构信息,提取人体运动时间序列中的相关性。在本文所提出的网络模型中应用残差结构来缓解深度网络中梯度消失的问题。在Human 3.6M数据集上进行的实验表明,与最新的方法相比,本文方法有效地改善了运动预测的误差,特别是在长期预测方面。     

基于保护映射的尾坐式飞行器过渡过程控制（英文）

针对尾座式飞行器过渡阶段动力学模型的大范围非线性变化问题,结合保护映射理论和H_∞控制理论设计自适应控制增益调度技术。将提出的自适应控制增益调度技术对尾座式飞行器过渡过程的纵向模型进行航迹角跟踪,并与传统的基于增益调度技术的LQR方法进行对比。仿真结果表明:基于保护映射理论设计的控制器能够自主切换合适的控制律,完成过渡过程的稳定转换,并且本文方法比基于传统增益调度技术的LQR方法显示出了更好的跟踪性能。