基于代理模型的高效全局低音爆优化设计方法

研究发展高效实用的低音爆优化设计方法,对于新一代低音爆超声速客机的研制具有重要的理论意义和应用价值。目前国内外发展的低音爆优化方法主要包括遗传算法（GA）和基于Adjoint的梯度优化。遗传算法虽然具有较强的全局优化能力,但其优化效率较低,无法很好满足实际应用的需要;而梯度优化虽然优化效率高,但易陷入局部最优。将最新发展的代理优化算法与音爆预测方法相结合,发展了一种具有全局优化能力的高效低音爆优化设计方法。首先,概述了所采用的线性音爆预测方法,并用NASA超声速圆锥体模型进行验证,表明其计算效率高、预测精度可满足飞行器初步设计的需要。其次,对所采用的代理优化（SBO）方法进行了概述,包括试验设计、代理模型建模、优化加点准则和收敛标准等。再次,运用所发展的方法开展了NASA多段圆锥体模型的低音爆优化设计算例研究,并与遗传算法和梯度优化的结果进行了比较,表明其优化效率比遗传算法提高了2个量级以上,且优化结果优于梯度方法。最后,将所发展的方法应用于AIAA音爆预测大会提供的翼身组合体外形（69°后掠三角翼）的低音爆优化设计,将远场音爆N型波峰值减少了27.4%,表明所发展的方法在复杂外形低音爆优化设计中具有很好的应用潜力。     

空间站机械臂位姿测量中合作靶标的快速识别

 空间站机械臂在完成辅助对接或者目标抓捕时,需要实时求取机械臂上的视觉传感器与目标上的合作靶标之间的位置和姿态,而其前提条件是合作靶标的快速识别。本文提出了一种合作靶标的快速识别算法。算法分为3大步骤:首先用Sobel算子和改进的非极大值抑制算法提取靶标图像的单像素边缘;然后将每条边缘分为两段,分别采用最小二乘法进行圆拟合,若两段拟合结果相似则该边缘属于圆形;最后根据圆形的大小在每个圆形周围开出一大一小两个正方形窗口,统计在两窗的补集内距离圆心较近的直线数量,若直线数量满足规定条件则认为是合作靶标。利用手眼相机、六自由度转台和合作靶标对算法进行了验证,实验结果表明该算法能在1.5 m的距离内准确识别合作靶标,且不受光照条件影响。合作靶标的识别算法快速、稳定、抗干扰能力强。     

真空应用电火花点火的氢氧发动机设计与试验

为研究某大推力氢氧发动机真空羽流效应,设计采用火炬点火方式的60N缩比氢氧发动机.通过球头密封声速喷嘴组件控制流量,使真空下每个声速喷嘴组件减少3个密封面.进行真空点火方案设计,从理论上证明电火花点火的可行性.设计试验系统并进行地面及真空环境下的热试车,试车结果表明:燃烧室压力达到额定压力为0.6MPa时,发动机热防护结构良好,试验系统设计合理,真空电火花点火方案可行,为进行真空羽流效应研究奠定基础.      

两电极等离子体高能合成射流流场及其冲量实验研究

两电极等离子体高能合成射流激励器通过腔体内电极间的瞬时电弧放电加热腔内气体,在激励器出口产生压差并喷出高速射流,从而产生反作用力和冲量。针对两电极等离子体高能合成射流响应快、持续时间短的特点,设计了单丝扭摆式微冲量测量系统,并结合高速阴影系统,对两电极等离子体高能合成射流的流场发展过程及其单脉冲冲量特性进行了实验研究。实验结果表明,两电极等离子体高能合成射流响应时间小于10μs,射流持续时间约为1ms,射流前锋最大速度约为190m/s,射流流场发展过程中存在多道强压缩波,并以当地声速向下游传播。单丝扭摆式微冲量测量系统可实现μN·s量级冲量测量精度,单脉冲冲量约为32μN·s,并且在低频状态下射流总冲量随激励器放电频率成线性增加。     

基于主动刚度设计法的机翼结构刚心匹配设计

基于主动刚度设计的理念,提出了以扭转力矩为目标函数,利用优化手段对机翼刚心线进行设计的方法,以期满足飞机初期阶段设计刚度的要求。以大展弦比机翼为算例,对刚心线优化方法进行了验证,得到匹配载荷的刚心线,并将优化结果与工程实际进行了比较,结果表明,该优化方法是一种科学合理的刚心线计算方法。刚心线位置的确定为后期机翼的刚度分析设计、甚至优化提供了支持。     

航线检查维修培训中的VR应用分析

航线维修是确保航班安全运行的重要环节。传统的维修培训方法包括授课、测评,以及实习等方式,但对于实际技能的培训效果有限。将VR技术与基于模型的方法相结合,一方面可以更好地复现培训场景,另一方面可以通过将实际事件的发生概率和培训场景、内容及过程相结合,实现对培训效果的评价。选取了机务维修工作中日常频繁执行的航线绕机检查工作,探索VR技术与CAD建模的传递,建立真实和灵活的飞机、部件模型。结合对场景、模式、交互、流程的设计,建立VR绕机检查培训的实验性原型系统。发展了根据历史数据和引入人为差错因素的故障呈现公式,实现了对航线绕机检查工作的培训和考核功能。根据对组织试用过程的数据收集和分析,证明了VR系统在机务维修培训方面的价值,为后续深入研究提供借鉴。     

IXRF法用于航空发动机磨损在线监测的研究

 介绍了一种基于同位素X射线荧光法(IXRF法)的航空发动机磨损在线监测系统.航空发动机滑油中携带了大量的金属磨损屑末,利用不同金属释放出不同特征X射线的原理,可以检测出滑油中不同种类金属的成份及含量.此种方法具有快速、可靠、非接触等特点.实验结果表明,在线监测系统能够实时地检测出滑油中的铜、铁浓度.该项技术的研究和应用,可以对发动机的磨损故障进行早期预报,避免恶性事故的发生.     

立方体实体化的遗传算法设计与实现

多维立方体由基本立方体和基本立方体的聚集产生的立方体组成.为了实时响应查询,查询优化非常重要.多维立方体实体化是一种很好的解决方案.在整个立方体集中实体化一个适当的子集,满足较好的空间和时间的平衡,并且满足对视图查询频率不同的要求.为了实体化一个合适的立方体子集,通过介绍启发策略,提出了立方体实体化的启发式遗传算法.该算法可以在用户要求的限定的存储空间约束条件下,较快的求出全局最优解.经实验测试,该算法具有良好的性能和快速的求解能力.      

考虑物料配送的飞机移动生产线调度问题优化

以飞机移动生产线为实际背景,将作业装配过程调度抽象为资源受限项目调度问题并进行了扩展,引入物料配送与线边存储决策,以及相关能力约束等实际因素,建立了以装配总工期最小化为目标的数学模型。针对模型,设计了一种以遗传算法为框架的启发式算法,其中结合了解生成算法和局部优化搜索算法。在遗传算法较优的全局搜索能力下,通过SCRDS算法综合作业顺序、资源约束、配送能力、线边空间等因素,联合决策作业开始时间、物料配送时间和物料在线边空间的存储位置,提出了两作业间物料摆放位置调整的局部优化搜索算法,对作业开始时间和物料配送时间进行再优化,进一步缩短了装配总工期。利用标准算例库进行了数值实验,实验结果证明了模型与算法的有效性。