Formation flight of fixed-wing UAV swarms: A group-based hierarchical approach

This paper investigates a formation control problem of fixed-wing Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarms. A group-based hierarchical architecture is established among the UAVs, which decomposes all the UAVs into several distinct and non-overlapping groups. In each group, the UAVs form hierarchies with one UAV selected as the group leader. All group leaders execute coordinated path following to cooperatively handle the mission process among different groups, and the remaining followers track their direct leaders to achieve the inner-group coordination. More specifically, for a group leader, a virtual target moving along its desired path is assigned for the UAV, and an updating law is proposed to coordinate all the group leaders’ virtual targets; for a follower UAV, the distributed leader-following formation control law is proposed to make the follower’s heading angle coincide with its direct leader, while keeping the desired relative position with respect to its direct leader. The proposed control law guarantees the globally asymptotic stability of the whole closed-loop swarm system under the control input constraints of fixed-wing UAVs. Theoretical proofs and numerical simulations are provided, which corroborate the effectiveness of the proposed method.     

基于CAM/CNC集成的航空大型薄壁件数控加工在机刀轨调整方法

航空大型薄壁零件刚性弱,加工过程中易产生超差变形,需要对零件进行在机检测,并将检测数据反馈给CAM系统进行拟合并调整刀轨。以上过程需要在不同部门和系统间进行切换,严重影响了生产效率。针对以上问题,提出了一种基于CAM/CNC集成的航空大型薄壁件数控加工在机刀轨调整方法。建立了CAM/CNC集成框架,并构建了用于CAM/CNC间信息传递的动态特征信息模型,基于CAM系统离线生成特征理论中间状态,基于CNC系统建立特征实际中间状态检测点同理论中间状态的映射关系。通过分析理论厚度和实际厚度,确定特征中间状态的变形情况。针对变形导致特征中间状态加工余量无法包络符合公差要求的最终加工状态的情况,进行在机刀轨调整。基于所提出的方法开发的航空大型薄壁件数控加工在机刀轨调整系统在某大型航空企业得到了应用验证,可有效避免信息的反复传递,减少了工艺人员的重复劳动,提高了生产效率。     

改善机床运动的五轴刀轨光顺方法

建立了五轴数控加工刀轨光顺优化模型,改善了线性插补方式下拐角过渡运动中的机床加速度情况。考虑了5个轴加速能力的差异,以轴加速度比,即轴实际达到的最大加速度与其允许最大加速度的比值,来衡量轴的加速度情况,以5个轴加速度比的平方平均数在整体上衡量机床的加速度情况,降低该值可提高机床运动平稳性。采用最短距离线法在初始刀轨的各切触点处建立了刀轴偏航角和俯仰角的可行域,使光顺后的刀轨满足残高和无过切要求。实例表明:该方法可有效光顺五轴数控加工刀轨,改善机床加速度情况,提高机床运动平稳性。      

复杂曲面铝反射镜磁流变抛光工艺优化

采用超精密车削加工的复杂曲面铝反射镜只能满足红外光学系统的应用需求,若要满足更高需求的应用场合,需要进一步提升反射镜面形精度。磁流变抛光能够进行确定性修形,在复杂曲面加工中具有独特优势,但是复杂曲面连续变化的面形特征,在磁流变抛光时会导致去除函数不稳定,影响误差收敛效率和加工精度。从高精度复杂曲面铝反射镜的应用需求出发,提出了复杂曲面局部区域磁流变抛光去除函数的动态建模方法,给出了驻留时间求解算法,以平均曲率变化最小为原则,设计了抛光路径优化算法,针对该算法计算速度慢的问题,提出了优化策略,并通过试验进行了验证,最终加工的复杂曲面铝反射镜的面形误差为0.216λ PV、0.033λ RMS （λ=632.8 nm）。     

基于几何方法的洲际航空编队飞行路径规划

针对洲际航空编队飞行路径规划,首先,基于编队飞行空气动力学的研究结论和球面度量特征,建立了编队飞行路径规划的基本模型;其次,基于编队路径的拓扑特征,将编队路径规划问题抽象为球面点集上基于测地线的加权Steiner最小树规划问题(WGSMT),建立了WGSMT的有限几何简化原则;针对避障编队路径规划,证明衔接点的引入仅改变紧邻的Steiner 点的拓扑特征,而不降低规划结果的准确性,以支持OAWGSMT编队路径规划.最后,构造一种基于“构造-修复”思想的编队路径规划方法,通过实际算例验证了算法的有效性.研究形成洲际航空编队路径规划的几何基础,使问题复杂度依赖于航班集规模而非球面离散化网格规模.      

基于动态集成算法的航空发动机气路参数预测

针对单一学习机对航空发动机气路参数预测困难的问题,提出了基于动态加权核密度估计（DWKDE)组合方法的集成预测算法,该组合方法选择测试样本的近邻样本,通过评估学习机在近邻样本的局部性能动态确定各学习机的权值,并基于该权值利用加权核密度估计实现数据序列的集成预测。该组合方法不易受离群值和样本不对称分布的影响,将该组合方法用于AdaBoost.RT和AdaBoost.R2算法,获得了改进后的集成学习算法。实验证明:相比于神经网络和原始集成学习算法,改进后的集成学习算法较好地提高了航空发动机气路参数序列的预测精度,方均根误差（RMSE)指标至少可降低27%。      

基于有向元胞自动机的空中导航和冲突解脱算法

针对在ADS-B空域监视系统下,利用有向元胞自动机模型模拟空域,研究了飞机自主导航和飞行冲突解脱的问题。在考虑了飞机的飞行性能、最小安全间隔及飞行速度等限制条件下,建立了空域的网格模型。利用ADS-B技术,建立了有向元胞自动机运动规则,确定了有向元胞自动机的最佳运动方向,构建了飞机空中导航和空域冲突解决的算法。通过对避开空中限制区和3架飞机空中冲突解脱的仿真,给出了空中的导航路径。仿真结果表明,该算法是可行的。     

舰船燃气轮机气路测量参数的理论选择方法

针对舰船燃气轮机气路性能监测诊断的有效性要求,归纳总结了气路测量参数选择要求,提出了1套系统完整的燃气轮机气路测量参数的理论选择方法。在可测量和易测量要求及测试精度要求的初步选择基础上,依次采用影响系数、相关系数和条件数对气路测量参数的敏感性、相关性和诊断误差等进行了分析,最终从理论上选择了某舰船3轴燃气轮机气路性能监测诊断的测量参数。实例表明该理论方法具有一定的通用性和工程应用价值,对燃气轮机气路测量参数的选择有一定的指导作用。     

无人机航迹跟踪抗侧风制导算法

无人机作为航空飞行器的一种,具有诸多应用价值,精确的航迹跟踪是其完成飞行任务的必要条件。在无人机飞行控制系统的制导外回路,实现一种具有抗风性能的横向非线性制导算法(NLG),基于航迹参考点实时测算无人机侧向加速度,并根据无人机力学方程得到滚转角指令,实现无人机的航迹跟踪。该制导算法只需确定合适的距离参数L,即可实现较为精确地制导,加入反馈环节以得到改进的闭环非线性制导算法。在侧风条件下进行仿真分析,结果表明:改进后的非线性制导算法是正确的,其具有良好的抗风性能。     

不同粒径颗粒在涡轮流道内沿程温度及其与叶片的撞击特性研究

涡轮叶片表面的颗粒沉积会影响其气动性能和冷却效率,因此很有必要开展颗粒在流道内的运动、温度及其在涡轮叶片表面的撞击特性研究。基于离散相模型,采用CFD数值模拟了涡轮流道内的燃气流动以及不同粒径颗粒在涡轮流道内的运动轨迹与沿程温度变化,并获得了颗粒与涡轮叶片的撞击特性。模拟结果表明,随着颗粒粒径由1μm增加至200μm,颗粒在涡轮流道内的随流性变差,颗粒在流道内的撞击、反弹现象加剧,这促使颗粒在流道内的运动路程整体呈上升趋势;颗粒粒径的增大还会导致颗粒散热能力下降,促使颗粒的沿程温降逐渐降低;同时,颗粒粒径的增大会导致颗粒在导叶片表面的撞击系数上升,而动叶则与之相反。