飞翼无人机机动飞行航迹优化和自生成方法

虚拟机动指令是飞翼无人机机动飞行的基础,是制导回路和控制回路必要的输入。为了生成合理虚拟机动指令,提出了优化基本航路—建立机动数据库—战场信息匹配输出的机动飞行航路生成方法。由于复杂的机动动作可由基本机动动作组合而成,本文以飞翼无人机基本机动飞行动作为优化研究对象,提出了以飞翼无人机控制量变化率为优化参数、航迹片段建立约束条件的无人机机动航路优化方法。其中,机动飞行控制量变化率体现了无人机控制能力的限制;航迹片段约束体现了航迹准确和操作柔和的要求,并对无人机的筋斗、滚桶、盘旋机动进行了优化计算,介绍了机动数据库建立的方法。最后,以机动目标跟踪和有人机追击为设定进行了仿真,结果显示所提方法有效。     

高超声速飞行器再入自适应容错制导控制一体化设计

针对故障下高超声速飞行器安全再入飞行问题,考虑控制系统存在各种不确定性参数、干扰和力矩故障,进行高超声速飞行器再入自适应容错制导控制一体化(Integrated guidance and control,IGC)设计。首先,针对分离通道的制导与控制(Separate channel integrated guidance and control,SCIGC)模型设计无法同时协调制导和控制系统容错能力的问题,考虑制导环和姿态环之间关系并建立制导控制一体化模型;然后,针对一体化模型设计自适应滑模Backstepping容错控制器,并采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型在线逼近由未知参数和加性故障引起的复合干扰项;最后,基于Lyapunov稳定性定理设计参数自适应律在线更新容错控制器,同时引入投影算子防止参数漂移以保证参数处于合理区间,从而完成自适应容错制导控制一体化方案设计。在飞行器故障条件下,通过IGC与SCIGC控制策略的仿真对比,验证了自适应容错IGC控制策略的有效性和优越性。     

基于遗传算法的混合威布尔分布参数最小二乘估计

混合威布尔分布模型常用来分析具有多种失效模式的复杂系统的可靠性数据,由于模型中包含较多参数,与单一威布尔分布相比,混合威布尔分布的参数估计更为复杂。利用遗传算法为优化方法,提出了一种混合威布尔分布参数估计的最小二乘方法。以残差平方和最小为优化目标,以各参数取值范围为约束条件,构建了混合威布尔分布的非线性最小二乘优化模型;通过变换决策变量上下限、引入惩罚因子和保存最优个体等策略改进传统遗传算法以提高算法的性能,进而利用改进后的遗传优化算法对混合威布尔分布的非线性最小二乘优化模型进行求解。实例分析表明本文方法有效,利用本文方法计算得到的可靠度估计值与真实值之间的最大偏差和标准均方根误差,相对于图估计法分别减少了0.028 4与0.032 8,相对于极大似然估计法分别减少了0.000 8与0.003 6。     

考虑几何及材料非线性直筒-锥段型钢结构冷却塔风致稳定性能研究

作为一种新颖的风敏感结构,直筒-锥段型钢结构冷却塔曲面形状和动力特性复杂、结构柔性和风致效应明显增大,整体稳定性能是其结构设计的瓶颈之一,尤其是结构几何、材料非线性及其高阶振型的影响。本文采用CFD技术数值模拟获得钢结构冷却塔表面风荷载分布模式,基于ANSYS软件建立主筒+加强桁架+附属桁架(铰接)耦合的一体化钢结构冷却塔有限元模型,以不同特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式,并基于几何及材料双重非线性有限元方法,系统研究了此类钢结构冷却塔在不同风速下低阶和高阶模态的稳定性能,涉及分歧失稳形态、极值失稳形态、临界失稳风速和静风响应。研究表明:考虑几何及材料双重非线性下钢结构冷却塔临界屈曲承载力下降;基阶屈曲波形相对较小,对几何初始缺陷不敏感;随着风速的增大,附属桁架最先发生失稳屈曲,然后依次为加强桁架和主筒。几何初始缺陷系数及阶数的改变对失稳临界风速影响较小,但随着阶数的增加,非线性分析过程中的变形趋势由附属桁架逐渐转移到主筒。所得主要结论可为此类新型钢结构冷却塔的抗风稳定性验算提供参考。     

二维硼材料的理论和实验研究进展

硼与其近邻元素碳一样形成sp~2杂化,易形成复杂的多面体结构。硼烯是硼元素的二维同素异形体,研究者们对其结构和物化特性一直有着浓厚的研究兴趣。由于其制备技术难以突破,长期以来该领域的研究只停留在理论探索上。最近,在铜、银基底上生长出了单层硼烯薄膜,并对其原子结构和光电特性进行了深入研究,这些实验研究为未来研制基于硼烯的高性能电子器件奠定了良好基础。本文首先介绍硼烯的理论研究进展,然后着重介绍二维硼实验制备及其光电性能表征等研究,并对当前国际上二维硼薄膜实验研究进展进行了总结和展望。     

两类多自由度开关磁阻电机原理与控制的类比

多自由度(Multi-degree-of-freedom,MDOF)开关磁阻电机(Switched reluctance motor,SRM)中的电磁力具有多维分布特征,对其建模和主动控制可实现该类电机的多自由度运行。无轴承开关磁阻电机(Bearingless switched reluctance motor,BSRM)和直线旋转开关磁阻电机(Linear-rotary switched reluctance motor,LRSRM)均具有多自由度运动控制的特点,其电磁力的分布规律、建模方法和控制策略具有一定的相似性。通过对比这两类多自由度开关磁阻电机工作原理的相似性,将前期BSRM数学模型和控制方法的研究成果进一步应用于LRSRM中,实现了LRSRM的准确建模和高性能控制,为推动和加速LRSRM的研究提供参考,以期进一步完善多自由度开关磁阻电机的研究理论体系。     

变频系统中交流电弧故障特性及检测技术

目前,交流电弧故障特性分析基本上都是基于恒频系统,先进飞机交流电源系统向变频电源方向发展,频率变化范围为360～800 Hz。交流电弧故障的特征量如电流变化率、平肩段比例、谐波分量等都会随着频率而变化,因此恒频系统的电弧故障检测算法无法完全适用于变频系统中。基于此,本文搭建了交流电弧故障实验平台,在115 V/360～800 Hz条件下模拟了串行和并行电弧故障。在此基础上,分析了不同频率条件下故障电流的变化规律,从时域和频域角度研究了交流电弧故障电流的特征,提取了电流有效值的标准差、奇次谐波功率和、偶次谐波功率和作为变频系统电弧故障检测的特征量,最后设计并验证了交流电弧故障检测算法的有效性和可行性。     

考虑脆弱性的航空发动机剩余寿命预测

比例危险模型采用协变量的方式综合多个参数实现对系统的剩余寿命预测,已在航空发动机中得到了应用。然而由于传统比例危险模型是以假设多个研究样本独立同分布,即基本失效率相同为基础的,但对于航空发动机而言,由于运行环境和使用的不同,基本失效率存在差异。研究表明,忽略样本之间的差异会导致估计结果存在严重偏差。为此,本研究将引入用于表达样本之间非独立性的脆弱性概念,针对航空发动机,建立更具普遍性的脆弱性比例危险模型,首次应用于航空发动机的剩余寿命预测。通过实例表明,基于脆弱性比例危险模型得到的预测结果平均误差为4.6%,而基于传统比例危险模型的预测结果平均误差为6.9%,验证了脆弱性比例危险模型在航空发动机剩余寿命预测中的有效性。     

ADS-B在机场场面监视中的应用研究

本文对现有机场场面监视技术做了分析比较,给出了基于ADS-B技术的场面监视系统框架,对ADS-B的报文传输协议做了解析。研究和分析结果可以为ADS-B在场面监视中的应用提供参考。     

衬底温度对共溅射法制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长的影响

研究了衬底温度对采用Cu2ZnSnS4靶和Cu靶共溅射制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长的影响。采用拉曼光谱、X射线能量色散谱仪、扫描电子显微镜和紫外 可见 近红外分光光度计对在不同衬底温度条件下制备的Cu2ZnSnS4薄膜 的元素比例、形貌以及光学带隙进行了表征与分析。结果表明制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长遵循不同规律。室温衬底条件下制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长遵循两步法,导致颗粒尺寸和元素分布不均;而在120~200 ℃衬底温度条件下制备的Cu-Zn-Sn-S预置层在溅射过程中已有Cu2ZnSnS4晶粒形成,这些晶粒在后续硫化生长过程中起到形核点的作用, 促进了Cu2ZnSnS4晶粒的长大与元素的均匀分布。随着衬底温度的升高,Cu-Zn-Sn-S预置层及由此制备出的Cu2ZnSnS4薄膜的结晶性变好,Cu2ZnSnS4薄膜的带隙先升高后减小至1.55 eV。