高空科学气球应急安全控制及落点定位系统

高空科学气球是一种在临近空间飞行的无动力飞行器。当高空气球飞行状况出现异常,需要对其进行应急安全控制,使其可控地降落至地面。但目前中国国内相关单位进行的高空气球试验中,没有独立的应急安全控制手段。另外,由于飞行试验一般在地广人稀的区域进行,网络覆盖率低,无线电视距测控链路会因作用距离限制出现中断,高空科学气球载荷舱返回地面后的精确定位信息无法回传,致使回收人员无法进行快速搜寻。针对这些问题,文章采用STM32芯片、FreeRTOS操作系统作为软硬件架构,集成GPS定位功能和火工品引爆功能,并基于独立的铱星卫星通信链路,设计实现了高空气球全球范围内球体与载荷的可控分离和定位信息的回传,有效地提高了飞行任务的安全性和有效载荷回收的效率。     

航天器返回可达区域国土占比快速计算方法

文章针对航天器再入返回地面过程中可达区进入国土区域部分的面积与整个可达区面积比值的实时快速计算问题,在传统平面图形算法的基础上,给出了考虑球面形状和再入可达区凹凸特性的三种计算方法：球面网格分割算法、球面纬线扫描统计算法、球面三角划分算法,对这三种算法的原理及实现过程进行了阐述,比较了三种算法的优缺点。实验结果表明,文章采用的三种算法均是可行的,三种算法原理区别明显,都有一定的优缺点,球面网格分割算法、球面纬线扫描统计算法精度低于球面三角划分算法,但较球面三角划分算法更易理解和实现,球面纬线扫描算法可达到与网格分割算法相同的精度,而耗时与之相较大大降低。研究结果对再入可达区或落点散布区的相关计算有一定参考意义。     

“天问一号”探测器降落伞强度空投试验

“天问一号”降落伞的开伞过程是典型的无限质量开伞过程,强度试验时必须模拟无限质量开伞条件。文章在综合比较各种试验方案后,选择了最适合中国国情的直升机低空空投试验方案。通过增加空投模型的质量,实现200m²降落伞在低空稠密大气环境下的无限质量开伞条件。通过降落伞充气模型的建立与修正,实现开伞力的精确预计。降落伞强度试验共实施8次,试验结果表明,降落伞的开伞过程符合无限质量开伞特征,验证安全系数不小于1.46,降落伞强度满足飞行任务要求。     

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪偏振响应抑制与测试

为提高陆地生态系统碳监测卫星日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪（简称超光谱探测仪）植被荧光探测精度,需降低光学系统偏振灵敏度,即对超光谱探测仪偏振响应进行抑制。文章利用斯托克斯-穆勒体系对超光谱探测仪光学系统进行偏振特性分析,对前置光学系统引起的偏振响应进行理论分析,从而确定采用双巴比涅消偏器实现全光路消偏的方案;同时对偏振测试系统中主要误差源（即测试系统残余偏振度）的影响进行理论分析,建立了“积分球光源+扩束系统+偏振元件”的低残余偏振度的偏振测试系统,对超光谱探测仪偏振灵敏度进行了测试。测试结果表明,超光谱探测仪偏振度为0.65%,满足高精度植被荧光探测需求。     

天窗骨架的综合优化设计及力学性能仿真

面向增材制造,利用拓扑优化、参数优化、几何重构、方案权衡等综合优化技术对天窗骨架结构进行创新设计;并通过有限元计算,比较某型号天窗骨架的原始设计与综合优化模型在典型工况下的力学性能。通过计算得出综合优化模型在效能与材料分布方面优于原始模型,总质量降低,比刚度与比强度都得到了提高。优化结构的前两阶固有频率比原始设计模型的固有频率高,在阵风随机功率谱激励下其结构响应的弯矩、扭转及剪切功率峰值明显降低,抗击阵风载荷的性能优于原始设计结构。在气密载荷作用下,优化结构受到的最大主应力及最大变形比原始模型小。通过SPH方法计算鸟体撞击天窗,得出应力波在优化模型传递时间比原始设计模型中长,最大主应力峰值明显减小。     

一种面向机载软件开发环境的运行架构设计

近年来随着机载软件规模和复杂度的快速提升,开发和维护人员对集成开发环境的支撑能力提出了更高的要求,机载软件开发环境的运行场景和使用模式越来越复杂多样。因此,非常有必要在重新梳理机载软件开发环境运行架构的基础上,分析其运行原理,定义其运行模式及工具之间的关系。给出了一种典型的机载软件开发环境运行架构设计,在此基础上定义了其运行原理和五种主要运行模式,并描述了各模式和工具之间的衔接关系,为构建开放式、可扩展的机载软件开发环境提供了参考依据。     

CFD软件可信度评价知识库系统构建研究

针对气动数值模拟及可信度评价对知识库建设的迫切需求,综合调研并对比分析了国内外不同CFD知识库发展现状、知识库构建等相关技术,同时结合构建的气动力/热CFD软件可信度评价知识体系,重点开展了基于Wiki的知识库构建技术研究和基于Neo4j图数据库的知识图谱构建研究,形成基于开源Wiki框架的气动力/热CFD软件可信度评价知识库原型系统的建设方案。在此基础上,从制定知识入库流程、确定权威知识来源、制定标准档案模版、组织知识评审机构等四个方面明确了知识库建设的基本原则,确保知识库系统建设工作顺利展开,并为CFD知识库的后续发展提供应用示范和技术储备。     

基于ConvLSTM的飞机尾流时空预测

飞机尾流预测在动态尾流间隔系统中十分重要。通过结合激光雷达技术,提出了一种基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)的飞机尾流预测模型,以预测激光雷达(LIDAR)的下一个扫描面。实验团队前期在深圳宝安机场使用激光雷达探测对尾流数据进行采集并进行预处理。然后,构建了ConvLSTM神经网络模型以对尾涡径向速度场进行外推预测。通过采集的数据对所建立模型进行训练、验证、测试。实验结果表明：模型能够有效对尾流进行时空预测,测试的RMSE值为3.30,证明了ConvLSTM在预测飞机尾流耗散演化的潜在用途。     

考虑航空排放的机场跑道隔离运行优化调度

针对航空运输机场常用的平行跑道隔离运行模式,研究了考虑航空排放影响的机场跑道隔离运行调度问题。在兼顾安全、容量、效率和环境等利益需求的条件下,建立了机场跑道隔离运行调度多目标优化模型,基于带精英策略的非支配排序遗传算法,提出了基于“三重导向个体优选”机制的机场跑道隔离运行调度多目标进化算法,对所建优化模型进行了快速求解。仿真实验表明：与经典的先到先服务策略相比,优化调度策略可显著降低航班延误时间和航空污染物排放量,可将92.4%的航班延误时间控制在15 min以内,有效提升了高密度机场的跑道运行性能和航班运行效率。     

嵌入式多核操作系统的形式化建模与验证

在安全关键系统中,核心基础软件的正确性尤其重要。任何的错误都可能导致整体系统失效,带来严重的后果,同时,安全关键软件要通过高等级国际安全认证标准,则必须使用形式化方法进行设计、建模和验证。调研嵌入式操作系统、编译器、文件系统、机载网络/总线的形式化验证案例,在此基础之上引出嵌入式多核操作系统形式化的问题;对嵌入式多核操作系统的时间确定性和功能正确性属性进行形式化建模和验证;并对全文进行总结。