相控阵超声检测方案设计关键技术及其在航空航天领域的应用

相控阵超声检测技术是一种多通道超声检测方法,与常规单通道水浸超声检测技术相比,检测方案的制定更加灵活也更加复杂。在针对复杂型面结构进行检测方案设计时,错误的检测方案将可能产生缺陷的误检、漏检等严重问题。为了针对航空航天领域广泛存在的复杂结构试件制定最优的相控阵超声检测方案,本文提出了一套针对复杂型面结构的相控阵超声检测方案设计流程,并对其中涉及的关键技术和应用进行介绍。首先,对流程框架进行总体概述,表明检测方案设计的重要性和必要性;然后针对其中涉及的5项关键理论方法的核心原理及用途进行介绍;最后搭建相控阵超声软硬件平台,实现上述关键理论方法,并用于航空航天典型结构件的检测研究。研究结果表明,所制定方案能够准确检出结构内部的预埋缺陷,满足被测对象的检测要求,并且所提出的检测方案设计流程及采用的关键理论方法有效地提高了检测方案的设计效率,对航空航天等重要领域复杂结构试件的检测应用具有一定的理论指导及应用价值。     

相控阵主动雷达导引头波形策略

针对高脉冲重复频率脉冲多普勒(HPRF-PD)体制的相控阵主动雷达导引头中存在的距离遮挡问题,设计了一种新的波形选择策略。首先,利用提出的脉冲重复频率(PRF)波形选择策略,离线计算得到距离对应PRF的波形查找表。然后,通过叉积自动频率控制环路滤波(CPAFCLF)算法预估下个相参处理间隔(CPI)导引头与目标间的径向相对速度,并联合提出的基于Sage-Husa带有速度预测的自适应"当前"统计模型(SH-ACSMVP)算法得到的距离跟踪值,获得下个CPI的距离预测值。在跟踪机动目标场景中,相比于"当前"统计(CS)模型跟踪算法及基于"当前"统计模型的自适应无迹卡尔曼滤波(CAUKF)算法,本文算法得到的距离预测误差更小,误差收敛速度更快。根据此距离预测值从波形查找表中选择波形发射,作为下个CPI的发射波形,实现后续跟踪阶段的抗距离遮挡,提高目标跟踪性能。仿真结果表明了本文所设计波形选择策略的正确性及有效性。     

液体火箭发动机离心轮极限转速分析与试验

为确保液体火箭发动机离心泵叶轮(离心轮)安全可靠工作,提出了基于强度的最大"正"等效应力法和基于刚度的双切线法两种失效判别准则以进行离心轮极限转速分析,并开展了离心轮超速试验进行验证。结果表明:最大"正"等效应力法准确地预测了离心轮破裂起始位置和破坏形式,误差低于15%;双切线法预测的屈服转速与试验结果符合较好,误差低于5%。对于塑性较好的离心轮结构,采用屈服转速替代破裂转速进行极限转速设计分析更利于实现低成本、高可靠性的设计目标。     

一种基于多普勒频率的恒模信号直接定位方法

相比于传统的差分多普勒(DD)两步定位方法,以Amar和Weiss提出的基于多普勒频率的单步直接定位方法在低信噪比和小样本条件下具有更高的定位精度。在该类新型定位体制的基础上,提出了一种基于多普勒频率的恒模信号直接定位方法。首先,依据最大似然(ML)准则以及恒模信号的恒包络特征,建立相应的直接定位优化模型。然后,根据目标函数的代数特征将全部未知参量分成两组,并提出一种有效的多参量交替迭代算法,用以获得该优化问题的最优数值解。新算法包含了针对这两组未知参量的Newton型迭代公式,用以避免网格搜索,并能实现多维参数的"解耦合"估计。最后,推导出针对恒模信号的目标位置直接估计方差的克拉美罗界(CRB)。数值实验验证了新方法的优越性。     

微电网三相负荷不平衡的量子遗传优化算法研究

为了解决微电网中普遍存在的三相负荷不平衡问题,详细分析了微电网三相负荷不平衡特征,提出了一种新的微电网三相负荷计算方法,并采用了改进型量子遗传算法对模型进行优化求解。所用的量子优化算法中引入了双链式结构和动态旋转角调整策略,提出了一种新的改进型量子遗传算法,并求解得出合适的解,从而获得最优的三相负荷接入方案。最后通过算例仿真验证了所提模型、策略和算法的有效性和可行性。     

基于微粒群算法的复合控制逻辑参数优化方法

针对复合控制中采用PSR调制器控制发动机开关机的控制逻辑参数选择问题,基于微粒群算法提出了一种控制逻辑参数优化方法。该方法以提高复合控制性能为目标,将复合控制的控制逻辑参数选择问题转化为对以复合控制性能为指标的多目标优化问题。在此基础上,将微粒群算法应用于该优化问题的求解,提出了一种基于微粒群算法的PSR调制型复合控制逻辑参数优化方法,并设计了算法流程图。仿真结果表明,采用该设计方法对参数优化后,复合控制总体性能有明显提升。     

移动式发散型恶劣天气下改航模型和算法研究

针对边界匀速向外发散且整体按一定速度移动的危险天气影响区,考虑高空风对飞机航向的影响,提出了一种新的动态改航模型,包括改航判断模型、两段式改航模型和航迹检查模型。首先,设计了判断是否需要改航及改航侧选择的程序及启发式算法;然后,设计了航迹检查模型以检测航线与动态凸多边形危险区是否有冲突,并通过反复调用启发式算法来消除冲突,使飞行航迹以最小的角度调整获得最短改航航程。仿真结果表明了模型和算法的有效性。     

涡轮转子径向变形稳健性优化设计

考虑到参数不确定性对转子径向变形的影响,提出了1种基于分布式协同响应面的涡轮转子径向变形稳健性优化方法。首先,利用Kriging模型建立各部件参数与径向变形响应面子模型,然后利用分布式协同响应面方法建立全局参数与转子径向变形的系统响应面模型。其次,利用系统响应面模型建立涡轮转子径向变形稳健性优化模型,并采用果蝇优化算法来进行稳健性优化求解。优化后涡轮转子径向变形的均值以及标准差比优化前分别降低了7.3%和4.97%,计算结果表明:该方法在工程应用中的可行性和有效性。     

多测速系统应答信标数据实时分类算法

为了提高目标轨迹解算的稳定性,针对多测速系统在应答模式下的测量数据分类问题,提出了一种新的实时分类算法。首先分析了现有方法的缺陷;其次设计了一种能够将应答数据、信标数据与异常数据进行分类的新算法。该算法的关键是选择适当的分类参考,采用目标理论轨迹与已经分类的历史测量数据等2种分类参考相结合的方法,以适应不同的应用情形;最后,利用2类主站配置模式下的典型实测数据对新算法进行验证,结果表明新算法能够将3类数据正确分类。在此基础上,解算出的实时轨迹平稳且连续,测量数据的利用率明显提高。因此新分类算法的性能优于现有方法,对改善其他测量系统中的实时数据分类效果也具有借鉴意义。     

MEMS冗余惯组小幅值故障检测的PCA算法设计和优化

当组成冗余惯组的陀螺为MEMS陀螺,而故障又为幅值比较小的阶跃故障时(仿真发现,阶跃故障幅值为陀螺噪声方差的10倍左右大小时),使用以往的PCA故障检验方法,陀螺噪声会造成故障检测的困难.针对这种情况,提出了MEMS冗余惯组小幅值故障检测的PCA(Principal Component Analysis)算法设计和优化的方法,在以往PCA算法的基础上结合假设检验算法,考虑了陀螺噪声的影响,降低了MEMS陀螺噪声对故障检测的影响.通过仿真验证,证实了本文算法比以往PCA算法具有更高的检测准确性和灵敏度,这对于提高整个系统的可靠性具有重要意义.