基于机器学习的机翼气动载荷重构及传感器优化布置

风洞实验通过在机翼表面布置传感器来测量相应位置的气动载荷，由于传感器布置数量有限，难以直接得到整个机翼全息气动载荷分布。本文采用机器学习方法通过有限传感器数据重构机翼表面全息气动载荷，并提出了利用仿真数据对传感器进行优化布置的方法。从计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）计算所得的机翼全息气动数据中选取有限位置数据模拟传感器实验数据，对比深度学习模型、高斯过程回归（Gaussian process regression, GPR）、支持向量回归（Support vector regression, SVR）与BP神经网络（Neural network, NN）对气动载荷的重构精度。通过评估由传感器数据重构的全息载荷精度对传感器布置方式进行优化设计。以M6机翼为例在给定的两个工况条件下验证本文所提出的方法。实验结果表明，GPR模型获得了最高气动载荷重构精度；给出了M6机翼在不同传感器总数下最优的截面数和单个截面布点数，最低传感器布置数下的最优布置方式，以及流场变化相对剧烈的前缘区域与展向截面的传感器布置方式。     

压电传感元件在智能结构中的应用研究

研究了压电材料作为传感元件在智能结构中的应用。开发了基于锆钛酸铅压电陶瓷传感元件的智能结构实验系统，利用压电传感器对复合材料板结构的载荷变化进行监测并对传感器组的冲击定位功能进行了试验。文中采用模式识别技术，成功地实现了结构连接损伤出现的判别和损伤位置的确定     

热力管道磁–温综合检测技术

针对直埋式城市热力管道在运行过程中出现的泄漏,提出了一种磁–温综合检测技术,该方法的特点主要包括:非开挖、在役检测、快速定位等。根据直埋式热力管道结构特点和泄漏特征,利用红外测温技术确定可疑泄漏区域、微磁技术判断管道破损程度。研制仪器并进行现场试验,开挖验证仪器测量结果。结果表明:热力管道磁–温综合检测方法对直埋式城市热力管道泄漏判断的准确率可达90%、定位精度可达0.5 m。本研究工作为热力管道泄漏检测提供了切实可行的检测方法。     

飞机结冰传感器安装位置确定方法

结冰传感器的安装直接决定了冰的探测效果，在飞机设计阶段往往要耗费巨大的工作量来确定合适结冰传感器安装的位置。本文提出了一种高效确定结冰传感器安装位置的方法，其基本思路是采用数值计算的手段，获得不安装结冰传感器飞机流场的水滴容积分数分布；再根据水滴收集率的定义，得到传感器拟安装区域不同位置的水滴收集率，并与机翼表面的水滴收集率对比；从保证传感器可以起到预警作用的角度出发，进而给出传感器的安装位置。采用该方法对某型民航客机进行了分析，给出了该型飞机适合安装传感器的区域。在此基础上，将传感器加载到对应位置进行数值仿真验证。仿真结果显示:传感器探头处的水滴收集率与不加载传感器时该位置的水滴收集率基本一致，均大于同等条件机翼上的最大水滴收集率，符合飞机的结冰防护需求。本文方法可普遍应用于运输类飞机设计，有效提高结冰防护系统设计的效率。     

大跨度斜拉桥钢桥塔基于涡振的气动选型及驰振性能风洞试验研究

大型钢桥塔在中国应用较少,其风振特点与常规混凝土桥塔有较大差异.以大跨度斜拉桥“人”字弧线形钢桥塔为工程背景,采用考虑三维绕流特性的气弹模型,针对塔柱可能的断面形式进行了多工况的对比试验,并对风洞试验结果进行分析讨论,进而确定最优断面形式.根据确定的断面形式,对该桥桥塔进行了大缩尺比的气弹模型风洞试验,较全面地考查了该桥桥塔的涡激振动及驰振性能,并对比了阻尼比对桥塔涡激振动振幅及驰振临界风速的影响.试验结果表明:当塔柱断面切角为0.8m×0.7m时桥塔涡振响应最小,相应的扭转驰振临界风速较高.     

互相关函数在窄槽对中上的应用研究

不等距的窄槽载正加工是机械加工的难题之一。文中采用了电涡流传感器来采集窄槽的位置信号，利用信号边沿部分对称的特点，采用了“倒序列相关”的方法 用倒序信号与原信号进行互相关分析，充分利用了信号的全过程，滤除了信号中的随机成分，精确地求得窄槽的中心位置。试验的结果与理论研究基本相符，表明此方法具有实用价值。     

提高机械式压力扫描阀测量精度的研究

本文介绍提高机械式压力扫描阀测量精度的方法：实时采集传感器的初读数，消除传感器的零漂误差；实时校正传感器，消除电压与压力换算系数的误差；选用高分辨率、高精度的模数转换板；采用数字滤波法及使用小量程传感器提高采集数据精度，使机械式压力扫描间能很好地在低速风洞中应用，并满足试验要求。     

压电阻抗技术在焊缝裂纹监测中的应用

采用多片压电元件(PZT)粘贴在焊接铝板结构表面,用阻抗分析仪测量PZT导纳信息,研究激励频率对PZT导纳值的影响以及不同位置PZT传感器对裂纹感知的灵敏性.构建人工神经网络,对焊缝结构的缺陷进行定位.实验结果表明:PZT传感器的导纳谱能灵敏地反映结构状态的微小变化;且不同位置PZT对裂纹感知的灵敏度不同;对于同一PZT,激励频率不同,其阻抗变化量不同;提取导纳信息中表征结构健康状况的特征量作为神经网络的输入向量,训练后的神经网络可以迅速并准确地实现焊缝结构损伤的监测和定位.     

金属板料压延性能的研究

实践表明,金属板料在板平面与厚度方向之间的塑性異性,以及材料的应变刚,两者皆对其压延性能有利。本文从理论上分析了它们与压延性能之间关系,并进而提出一种定量评定板料压延性能的方法(计算极限压延系数),此时只须进行简单的拉伸机械试验即可。解决该问题的关键在于,如何可靠地确定压延危险断面强度。为此,本文考虑到上述的板料各向异性及应变刚的综合作用,并利用板料在复杂应力状态下的受拉失稳条件,得出了压延危险断面强度的计算公式。该公式本身以及计算极限压延系数的方法,其可靠性为七种板料的试验研究结果所证实。 本文为作者在北京航空学院付教授唐荣锡指导下,所完成的研究生毕业论文之一部分。在实验工作方面得到实验室同志的大力支持,在此顺致谢意。     

逆压梯度转捩边界层流动结构显示

采用氢气泡时间线方法,对逆压梯度条件下人工激发平板边界层转捩过程中扰动的发展和演化特性进行观测,其中引入计数器技术实现对不同位置的平面图及侧面图的流动显示结果在同一相位条件下进行分析.除了T-S波和发卡涡等典型的流动结构,试验结果还揭示出转捩过程中二次发卡涡的再生、展向多个发卡涡的出现以及流动破裂等重要现象的细节和机制.     

Simulation Tools for a Fiber-Optic Based Structural Health Monitoring System

Probability of detection(POD)graphics allow for a change from qualitative to quantitative assessment for every damage detection system,and as such it is a main request for conventional non-destructive testing(NDT)techniques.Its availability can greatly help towards the industrialization of the corresponding Structural health monitoring(SHM)system.But having in mind that for SHM systems the sensors are at fixed positions,and the location of a potential damage would change its detectability.Consequently robust simulation tools are required to obtain the model assisted probability of detection(MAPOD)which is needed to validate the SHM system.This tool may also help for the optimization of the sensor distribution,and finally will allow a probabilistic risk management.INDEUS,simulation of ultrasonic waves SHM system,was a main milestone in this direction.This article deals with the simulation tools for a strain based SHM system,using fiber optic sensors(FOS).FOS are essentially strain/temperature sensors,either with multi-point or with distributed sensing.The simulation tool includes the finite element model(FEM)for the original and damaged structure,and algorithms to compare the strain data at the pre-established sensors locations,and from this comparison to extract information about damage occurrence and location.The study has been applied to the structure of an all-composite unmanned aircraft vehicle(UAV)now under construction,designed at Universidad Politecnica de Madrid for the inspection of electrical utilities networks.Distributed sensing optical fibers were internally bonded at the fuselage and wing.Routine inspection is planned to be done with the aircraft at the test bench by imposing known loads.From the acquired strain data,damage occurrence may be calculated as slight deviations from the baselines.This is a fast inspection procedure without requiring trained specialists,and it would allow for detection of hidden damages.Simulation indicates that stringer partial debondings are detected before they become critical,while small delaminations as those produced by barely visible impact damages would require a prohibited number of sensing lines.These simulation tools may easily be applied to any other complex structure,just by changing the FEM models.From these results it is shown how a fiber optic based SHM system may be used as a reliable damage detection procedure.     

激波风洞驻点热流测量误差机理及其不确定度研究

详细分析了测热传感器安装后驻点区曲率变化对局部流场变化和热流变化的影响规律,并根据不同传感器的类型和敏感元件的组成情况,研究给出了修正方法和修正系数;研究了传感器表面温升与热流之间的相互影响关系,对热流实测结果进行了修正。同时,研究了来流流场的微小变化对热流的影响,分析了传感器组成尺寸、人为读数、传感器重复使用等随机因素对热流测量的影响,并结合随机误差分析理论给出了不确定度的评定方法,计算得到了某次热流试验中的测量不确定度。并由此给出了对传感器制作和测热试验方法的改进建议。该文的研究内容有利于进一步提高热流测量精度,为高超声速飞行器的研制提供参考。     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A CANTILEVER BEAM USING PIEZOELECTRIC SENSORS AND ACTUATORS

讨论了利用压电片作为传感器和驱动器对悬臂梁进行主动振动控制问题，针对模态频率差距较大的系统，提出了分组建模和控制的方法。使用滤波器消除观测溢出。文中还讨论了传感器／驱动器配置问题。实验结果验证了所述方法的有效性。     

Intelligent Silent Zone for Source-Location Privacy Based on Context-Awareness in WSNs

In many wireless sensor networks(WSNs)applications,the preservation of source-location privacy plays a critical role in concealing context information,otherwise the monitored entities or subjects may be put in danger.Many traditional solutions have been proposed based on the creation of random routes,such as random walk and fake sources approach,which will lead to serious packet delay and high energy consumption.Instead of applying the routing in a blind way,this article proposes a novel solution for source location privacy in WSNs by utilizing sensor ability of perceiving the presence a mobile attacker nearby,for patient attackers in particular to increase the safety period and decrease the data delivery delay.The proposed strategy forms an intelligent silent zone(ISZ)by sacrificing only a minority of sensor nodes to entice patient attackers away from real packet routing path.The analysis and simulation results show that the proposed scheme,besides providing source location privacy energy efficiently,can significantly reduce real event reporting latency compared with the existing approaches.     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

纵横式总温探针设计与校正实验

本文针对工程实际问题，提出了纵横式总温探针的设计思想，并制作了许多支探针。为验证其可用性，进行了大量的校正实验。给出了恢复系数随气流马赫数变化的关系曲线及探针对气流方向偏斜的不敏感角等重要性能参数。     

埋入式光纤应变传感器

埋入式光纤应变传感器是近年来随着智能复合材料的发展而发展起来的一项新技术，将传感器和致动器埋置于复合材料中，就形成了智能复合材料，而光纤传感器具有尺寸小重量轻的特点，当把它们直接埋置于复合材料中时，它们也能在恶劣的环境下工作，它们的这些特点晨常适合于制作埋入式传感器，并且能大大提高智能复合材料在航天等方面应用的潜力，本文仅对智能复合材料中的光纤应变传感器进行了探讨，介绍了几种常见的埋入式光纤应变传     

原子层热电堆热流传感器研制及其性能测试

针对高超声速风洞试验中对高频热流脉动的测试需求,研制了一种基于横向热电效应的原子层热电堆（Atomic Layer Thermopile,ALTP）热流传感器。利用弧光灯热流传感器标定系统对其进行静态标定,获得ALTP热流传感器的灵敏度系数约为8.24 μV/（kW·m-2）,优于国外同尺寸敏感元件的ALTP热流传感器6.90 μV/（kW·m-2）的灵敏度系数;利用激波风洞试验,并通过与薄膜热电阻热流传感器对比,初步获得ALTP热流传感器的响应时间上限,响应时间小于0.20 μs。     

分布式光纤微弯应变传感器

分布式应变传感器对大型重要工程结构的应变状态的实时测量具有重要的应用价值.本文研究了一种基于光时域反射技术的准分布式光纤应变传感器系统,沿光纤分布各局部点的应变信息由一种新颖结构的微弯应变传感器提取.实验研究表明,此微弯应变传感器在一定的工作范围内有较高的灵敏度、较好的线性度和重复性.     

水下MEMS壁面剪应力传感器标定方案仿真分析与实验验证

壁面剪应力的精确测量对于研究水下物体边界层流动、寻求有效的减阻增效措施至关重要。ME MS壁面剪应力传感器的标定,首先是最基本的静态标定,决定了其测量的精度和数据的可信度。为辅助实现水下ME MS壁面剪应力传感器的精确标定,本文对采用槽道流法的精密标定装置流动条件进行数值仿真及激光多普勒测速仪测速实验,确定了标定试验段中流场从槽道入口处充分发展至稳定所需长度、压力分布情况及所能给定标定使用的壁面剪应力范围,进而设计标定方案;壁面剪应力的实验结果与数值计算和理论分析对比吻合较好,验证了标定方案的合理性,为下一步开展 ME MS剪应力传感器阵列水下标定试验提供技术基础。