Performance improvement of optimization solutions by POD-based data mining

The performance of an optimized aerodynamic shape is further improved by a second-step optimization using the design knowledge discovered by a data mining technique based on Proper Orthogonal Decomposition(POD) in the present study. Data generated in the first-step optimization by using evolution algorithms is saved as the source data, among which the superior data with improved objectives and maintained constraints is chosen. Only the geometry components of the superior data are picked out and used for constructing the snapshots of POD. Geometry characteristics of the superior data illustrated by POD bases are the design knowledge, by which the second-step optimization can be rapidly achieved. The optimization methods are demonstrated by redesigning a transonic compressor rotor blade, NASA Rotor 37, in the study to maximize the peak adiabatic efficiency, while maintaining the total pressure ratio and mass flow rate.Firstly, the blade is redesigned by using a particle swarm optimization method, and the adiabatic efficiency is increased by 1.29%. Then, the second-step optimization is performed by using the design knowledge, and a 0.25% gain on the adiabatic efficiency is obtained. The results are presented and addressed in detail, demonstrating that geometry variations significantly change the pattern and strength of the shock wave in the blade passage. The former reduces the separation loss,while the latter reduces the shock loss, and both favor an increase of the adiabatic efficiency.     

“祝融号”火星车反射面天线设计

针对“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车的探测通信任务需求,提出了一种X频段轻小型宽频圆极化反射面天线。该反射面天线采用了新型一体化紧凑馈源技术,实现馈源长度和口径减小20%的同时提高了反射面天线的口径效率,抵挡了火星的尘埃影响。经过对馈源进行的仿真优化,最终实测结果表明,该天线在7.1～8.4GHz内口径效率可达62.3%,在深空探测的工作频带范围内具有较好的增益、驻波和圆极化特性,该天线已成功应用于“天问一号”火星探测器“祝融号”火星车。     

“嫦娥4号”中继星使命轨道段定轨计算与分析

"嫦娥4号"中继星是"嫦娥4号"探测器实现月球背面着陆与巡视的关键,目前正稳定运行在地-月L2点使命轨道上,该使命轨道为平均周期约14天的南族Halo轨道。因任务的需要,中继星本体系+Z轴需调整指向,处于正对太阳和非正对太阳两种状态。太阳光压在中继星+Z轴对日的情况下会加速卫星的角动量累积,增加卫星卸载喷气频次。基于中继星使命轨道段测控支持条件,采用重叠弧段法对两种状态下的中继星定轨精度进行分析与评估。结果表明,在中继星+Z轴非对日运行状态下,重叠弧段位置误差为1.6 km,速度误差为8 mm/s;在中继星+Z轴对日运行状态下,重叠弧段位置误差为0.6 km,速度误差为3 mm/s,这对中继星的长期运行具有重要参考价值。     

基于增量调制的ICCP地磁匹配序列生成方法

为解决地磁匹配算法中匹配点的选取和匹配序列长度的设置问题,提出一种迭代最近等值线(ICCP)算法的地磁匹配序列生成方法。首先,分析了采样定理、地磁图分辨率、磁场起伏特征和磁传感器测量精度等对匹配序列采样间隔的约束,以及匹配序列长度与误匹配的关系;然后,在此基础上利用增量调制原理实现了匹配点的选取;最后,建立了本文方法参数优化的目标函数,并利用二进制粒子群优化（BPSO）算法对匹配序列的长度和增量调制的量阶进行寻优,使ICCP算法在保证匹配精度的前提下能够缩短匹配时间。仿真结果证明所提方法具有良好的环境适应性,对ICCP算法的精度和实时性都有明显改善。     

含MSD共线多孔平板应力强度因子有限元分析

利用FRANC2D/L对含MSD某型飞机增压舱蒙皮搭接接头进行了有限元分析,得到了不同损伤模式下的应力强度因子(SIF)的计算曲线,和已有的文献比较表明,数值结果精确,方法可靠,即不同长度裂纹的SIF计算可有效地通过FTRANC2D/L的裂纹扩展功能来实现。计算结果表明,在某些情况下,MSD裂纹的SIF可按单裂纹的SIF进行计算;影响MSD裂纹SIF的因素主要是临近裂纹的长度、裂纹间或裂尖与钉孔间的距离。最后给出裂纹连通前后MSD裂纹SIF随裂纹扩展历程变化的规律。     

基于贝叶斯优化的磁光阱多参数自主优化系统

磁光阱是一种冷却陷俘原子的装置,磁光阱实验参数的优化是冷原子实验中基础且重要的工作,人工手动优化参数需耗费大量时间,且很难确保最终参数是全局最优的。基于贝叶斯优化的机器学习方法是一种对目标表达式未知、非凸、多峰的量子物理系统进行参数优化的有效方案,该过程通常远快于人工手动调节,且有更大概率找到全局最优值。提出了一种基于贝叶斯优化方法的冷原子多参数自主实时优化实验方案,该方案通过成本函数构造、控制程序编写、贝叶斯算法优化等形成一个可自主优化的闭环系统。实验结果表明,经过约30 min的迭代优化,所提方案可有效完成磁光阱系统的多参数优化,并得到最优的实验结果;所提方案验证了贝叶斯优化方法在多参数物理系统中应用的可行性,通过改进成本函数,还可应用于其他的复杂多参数实验物理系统最优参数快速确定。     

螺旋桨滑流对短舱/机翼构型尾迹流场的影响

螺旋桨滑流对飞机机翼表面流动和尾迹流场有重要的影响,进而改变机翼和飞机的性能。本文通过风洞试验方法开展了螺旋桨滑流对尾迹流场的影响研究。试验模型为后掠角4°、带增升装置的螺旋桨/短舱/机翼模型,试验构型包括襟翼收回和襟翼打开,试验策略是在两种构型下分别同时模拟真实飞行状态的拉力系数和前进比。通过比较有/无螺旋桨时空间尾迹流场的速度场和流动偏角等,分析滑流在尾迹流场中的发展规律和影响范围,研究尾迹流场中滑流的加速效应、下洗和侧洗效应等。结果表明,在滑流作用下,机翼远后方流场参数在机翼展向和垂直方向上均呈现复杂的变化;同时,襟翼收回和襟翼打开构型的滑流效应有明显的区别,影响规律也有所不同。     

战术导弹气动伺服弹性滑模控制技术

为抑制弹体弹性振动引起的控制系统品质恶化,建立了高精度弹性动态模型,采用模态自适应结构滤波技术,在极点配置优化控制参数的基础上,设计了滑模变结构策略,对局部增益进行自适应切换,实现了弹性导弹全包线鲁棒稳定。通过开发弹性弹体非线性集成仿真系统,为导弹气动伺服弹性振荡及失稳现象提供了数字仿真预测与复现手段,以全面验证飞行控制系统的综合性能。高空弹道试验与数字仿真结果表明,开发的非线性仿真系统可信度较高,滑模变结构策略设计合理,控制系统鲁棒性较强,能够抑制包括弹性振动在内的多种不确定性影响。     

纳米隔热材料透-反射光谱测量及辐射物性反演

基于辐射传递求解的改进二流近似和全局智能优化的遗传算法,结合材料的法向-半球反射率和透过率,构建了纳米隔热材料吸收系数和散射系数的辨识模型。采用文献中报道的两种玻璃的辐射物性参数数据数值验证了辨识方法的可靠性。实验测量了纳米隔热材料法向-半球透过率和反射率数据,辨识获得材料在0.4~7.0 μm波段的吸收系数和散射系数。研究表明：(1)构建的辨识方法能准确辨识材料的吸收和散射系数;(2)在0.4~7.0 μm内,材料的吸收系数介于70~3 900 m^-1,散射系数在180~3 000 m^-1之间,不同波长下数值差异大,呈现强烈的光谱选择性;(3)在2.5 μm以下材料内散射所占份额较大,在2.5 μm以上吸收明显占优,整体上呈现出强吸收、弱散射特征。     

Validation of Flight Control Law Based on LFT and Structured Singular Value

The main goal of flight clearance is to use the structured singular value (μ) analysis of the flight control system when some pa-rameters in the system vary in a certain range. As the μ-analysis can only be done on a linear fractional transformation (LFT) model, the first step of flight clearance is to generate the LFT model of the flight control system. In this paper, based on the introduction of basic theory of LFT and μ-analysis, an X-fighter is chosen as an example to utilize the proposed methods. In order to realize the flight clear-ance process automatically, a novel software package based on MATLAB programming language is developed. The results of simulation experiments validate the feasibility and effectiveness of the novel methods proposed in this paper.