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    • 刘广 王华 林友芳 贺硕 李亚飞 徐明亮

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      录用日期: 2024-07-12

      衡量航空母舰作战性能的关键指标是舰载机出动架次率,其高低取决于舰载机的保障阵位匹配策略。现有工作主要采用序列匹配和批量匹配方法为舰载机匹配保障阵位,但均存在一定的局限性,难以兼顾保障作业阵位匹配的实时性和质量。面对复杂时变的作业环境,确定合理的保障作业匹配策略变得十分困难。因此,本文在批量匹配方法的基础上,提出了一种新的舰载机保障作业自适应批量匹配决策方法。首先,通过构建多维环境状态编码的强化学习方法求解较优的时间窗划分策略。然后,在每个时间窗内应用高效率的批量匹配算法,以求解保障作业与保障阵位的最佳匹配方案。基于公开的尼米兹号航母数据进行的多组模拟实验结果表明,本文方法能够有效应对保障环境的动态变化,在满足实时性需求的前提下能够快速求解出高质量的保障作业阵位分配方案。
    • 杨振 李琳 柴仕元 黄吉传 朴海音 周德云

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      PDF [1433KB](8)   


      录用日期: 2024-07-12

      空战通常是一个连续且包含多回合导弹攻防对抗的过程,UCAV(Unmanned Combat Aerial Vehicle)在规避来 袭空空导弹的过程中应该综合考虑机动对整个空战对抗任务的影响,而不是仅仅关注安全性因素。对此,本文提出了脱 靶量、耗能以及终端态势优势等面向多战术需求条件下的UCAV空战自主规避机动策略生成方法。建立了UCAV-导弹三 维空间追逃模型以及UCAV自主规避的状态空间、动作空间和奖励函数模型,针对该模型提出了LSTM-Dueling DDQN (Long Short-Term Memory-Dueling Double Deep Q Network)算法,该算法融合Double DQN(Double Deep Q Network) 和Dueling DQN(Dueling Deep Q Network)网络模型,并使用LSTM网络提取时序特征。此外基于探索课程学习思想, 对稠密与稀疏奖励函数进行时序融合,促进人工经验和策略探索对规避机动学习过程的共同引导。针对战术耦合过程中 的需求冲突问题,构建切比雪夫方法求解面向不同战术需求偏重程度的Pareto策略解集,反映空战机动规避中多种战术 需求的矛盾性与耦合性。仿真实验与结果分析表明,本文所提出的方法具有良好的收敛速度和学习效果,对于解决面向 多战术需求空战自主规避机动问题的可行性与有效性显著,所得出的规避机动方法能够在保证UCAV自身安全性的同时 反应出不同的规避战术需求。
    • 吴付杰 王博文 齐静雅 曹铭智 桑英俊 李晟 张玉珍 李林 陈钱 左超

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      录用日期: 2024-07-12

      机载多孔径全景图像合成技术通过对多个子孔径或传感器的图像拼接合成,实现广域高分辨、高空间带宽图像重建,在国防安全、农林领域、数字监控等多个关键领域发挥着重要的作用。本文介绍了机载多孔径全景图像合成技术的发展背景,阐述了全景图像合成的基本概念和步骤,对其核心部分——图像配准技术和图像融合技术的分类和发展脉络进行梳理,并总结了目前主流方法的特点和局限性。最后结合目前机载多孔径全景图像合成技术的发展现状,揭示了机载多孔径全景图像合成技术的瓶颈问题,此外还展望了未来的研究方向以及解决这些问题可能的技术途径,为相关领域的技术进步和应用拓展提供了有益的启示。
    • 钟子迪 郭琦 涂智军 赵慧洁 王森博

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      PDF [1012KB](5)   


      录用日期: 2024-07-12

      采用新型偏振分光元件——液晶偏振光栅,设计了长波红外偏振成像方案,实现了长波红外液晶偏振光栅的制备,并对该方案进行了实验验证。在基于液晶偏振光栅的偏振成像光路基础上,分析了有效成像视场角与所用光栅周期的关系,计算了实验光路参数对应的最佳光栅周期和最大视场角,使用Mueller矩阵推导了偏振态的转化,设计并优化了分时偏振成像方案及参数。基于液晶光控取向技术,制备液晶光栅及波片,并测量了其在10-12μm波段的双折射率及在7.5-12μm波段的透过率,在双面增透硒化锌基板上制备了可用于长波红外波段的液晶偏振光栅,在波长10μm附近达到90%以上的衍射效率;使用所制备的长波液晶偏振光栅搭建偏振成像光路,按设计方案进行分时偏振成像,处理所得图像、解算偏振信息并与预设数值比较,实现了小于1°的偏振角测量误差。
    • 王庆华 刘润芃 闫晓军

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      录用日期: 2024-07-11

      近年来碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空工业中的发展令人瞩目,对其断裂过程进行定量评估并预测损伤成为了研究的关键。本文建立了一种基于采样云纹法的测量CFRP正交层合板试样层间裂纹应变场的实验系统,该系统由三点弯曲试验加载装置、显微镜和工业相机以及贴有纳米压印光栅的CFRP试样组成。本文运用该系统对试样加载过程中的应变场进行全场测量,并对试样开始弯曲至裂纹萌生前的应变集中程度进行了定量评估。结果表明:CFRP正交层合板材料层间裂纹的萌生与应变集中有直接联系,裂纹在萌生前会伴随明显的应变集中;裂纹中心相较于裂纹周围区域在起裂前有更明显的应变集中,且随着弯曲载荷增大,中心区域的应变集中程度明显增加,周围区域的应变集中程度则无明显变化。本文开发的实验方法可以准确地测量CFRP层合板材料在裂纹萌生前的应变场,并有效地预测裂纹萌生的位置。
    • 寇西平 曾开春 马涛 路波 杨智春

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      录用日期: 2024-07-11

      风洞常规测力试验中经常会出现模型大幅度振动的问题,影响试验数据精度甚至威胁设备安全。深入认识模型振动的发生机理,结合有效的控制手段减小试验中的模型振动幅值,对风洞试验研究有重要意义。首先介绍了风洞模型振动的危害与减小模型振动的意义,分析了模型发生振动的机理,总结了常见的减小模型振动的方法及其研究进展,重点分析了主动振动控制方法涉及的内容与技术难点。已有的研究工作表明,在各种减缓模型振动的方法中,以压电堆作为作动器的主动控制方法最能符合工程实用要求,且减振效果较好。最后对大型风洞中模型振动控制需要研究的问题给出了若干建议。
    • 魏取龙 姜丽红 刘征 朱琳 范炼海 王冠刚 赵明杰 郭正华

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      录用日期: 2024-07-11

      三周期极小曲面(TPMS)晶格结构具有轻质、高强和能量吸收特性使其具有广泛的轻量化设计前景,然而传统方法难以制造。以Ti-6Al-4V粉末为材料,采用选区激光熔化(SLM)技术制备Gyroid和Primitive两种结构不同孔隙率的晶格点阵试样和实体拉伸试样,并进行力学性能和微观组织分析。结果表明:TPMS力学性能随孔隙率的增加而呈降低趋势, Primitive结构塑性优于Gyroid结构而整体强度低于Gyroid结构。TPMS晶格结构压缩屈服强度达到498MPa,抗拉强度达到373MPa,力学性能优于基于杆径类(BCC、FCC)的晶格结构,且点阵结构的延伸率比实体试样提高了2.8%~14%。两种点阵结构的断裂模式均为韧性和脆性混合,在点阵结构表面存在气孔和未熔合粉末,这种微观缺陷并不会影响其破坏机制。在相同工艺参数下制备的实体拉伸试样抗拉强度达到 1050MPa,延伸率达到 17.5%,优于传统铸造Ti-6Al-4V合金力学性能。
    • 师艳 刘晗 赵彤彤 王柄筑 代吉祥 沙建军

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      录用日期: 2024-07-11

      陶瓷基复合材料结合了碳/碳材料和陶瓷材料的性能优势,成为航空航天领域重要的热结构材料。反应熔体渗透法是制备陶瓷基复合材料的主要工艺,其过程是高温熔体通过毛细作用进入到碳/碳预制体中,与碳基体发生化学反应生成陶瓷相并嵌入到孔隙中,从而实现高效致密化。但由于熔渗过程伴随着高温高活性和短时剧烈的热物理化学相互作用,这使得实验观察和工艺参数调控充满挑战。本文基于反应熔渗工艺特性,考虑不同孔道之间的窜通特性,区别单孔结构与双孔结构的预制体微结构特征,构建更接近真实预制体孔隙结构的反应熔渗多物理场模型,模型预测温度值与实验值误差在3%以内,同时熔渗深度预测值在反应前期与实验值误差在3%以内,整体预测精度远优于Washburn方程及其修正形式;最后讨论了孔隙结构模式对反应熔渗过程温度分布和反应速率分布的影响,发现双孔结构模式更有利于反应性熔体的渗入。本研究提供了一种多孔碳介质内反应性熔体渗透过程的多物理场耦合方法,为陶瓷基复合材料反应熔渗工艺优化提供了理论依据。
    • 南子寒 刘大禹 董明 梁文宁 赵雪薇 马伊琳 关瑶

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      PDF [14562KB](7)   


      录用日期: 2024-07-11

      针对飞行器在卫星拒止环境下的高精度、高完备等导航定位需求,提出了一种融合捷联惯导、卫星导航和气压 高度计的多源自主导航鲁棒滤波方法。在量测中断后较短的时间内,该方法通过量测不确定性与非线性误差模型的滤波 器估计,能够精确量化紧组合导航模式中的状态空间模型,在深入分析量测异常向量对滤波器状态输出的作用机理基础 上,引入鲁棒容积卡尔曼滤波设计,有效改善了误差协方差矩阵的抑制效果,提升了多源自主导航解译过程中滤波器的 稳定性和状态方程的估计精度。仿真结果表明,典型飞行运动模式下,该方法相对于传统的容积卡尔曼滤波,陀螺仪与 加速度计的零偏状态估计精度提升约31%,自主导航系统定位精度提升约24%,并更好地抑制了姿态角误差,为国家综 合PNT体系多源自主导航终端的可靠应用提供了参考借鉴。
    • 张敏 王霞 李宇阳

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      PDF [1054KB](3)   


      录用日期: 2024-07-11

      为了实现绝对航向角度获取,提出一种基于简化太阳方位角的绝对航向角解算方法。通过输入观测地的位置信息和观测时间信息,得到太阳赤纬角和太阳时角,从而计算出地理正北坐标系下的太阳方位角。再利用天空的偏振分布特性,结合基于太阳子午线提取的偏振光导航定向算法,可以解算绝对航向角信息,以实现导航的目的。计算机仿真和外场实验结果表明:太阳方位角的均方根误差小于0.01°,室外静态航向角解算的均方根误差小于0.2°,动态航向角解算的均方根误差为0.53°,基本满足多数场景下导航的测量精度要求。
    • 贺靖 谭鸽伟

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      PDF [1945KB](5)   


      录用日期: 2024-07-08

      本文针对调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)对地面恒加速运动目标的运动参数估计及高分辨率成像问题展开研究。首先,建立FMCW SAR系统下的运动目标回波模型,提出自适应局部多项式傅里叶变换(ALPFT)对高达四阶的多普勒相位进行估计。其次,通过广义Keystone变换和Hough变换对距离徙动项进行校正,同时完成运动目标的速度信息估计。最后,通过补偿高阶多普勒相位以及方位重采样操作,实现对非中心目标的剩余空变相位的补偿,使场景中所有运动目标聚焦效果良好。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。
    • 孙一强 朱檀枭 牛青林 贺志宏 董士奎

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      PDF [2482KB](11)   


      录用日期: 2024-07-08

      实际探测中火箭发动机喷焰单波段红外辐射强度与飞行高度之间往往是一种非单调关系,在反演高度时,会出现多值性问题。本文以典型液体火箭发动机尾喷焰为研究对象,基于计算流体力学方法计算尾喷焰反应流场的温度、压力和组分信息,采用视在光线法并结合NASA-SP-3080高温气体辐射物性数据库计算尾喷焰本征红外辐射信号,采用Modtran软件获取11~61km俯视和水平观测时的大气透过率,进而计算得到火箭发动机尾喷焰表观辐射信号。从液体火箭发动机推进剂元素构成和气体辐射产生机理出发,提出基于多波段表观辐射强度构造无量纲特征参数,即所谓的相对二阶差(Relative Second Order Difference,RSOD),作为尾喷焰红外辐射高度律的表征参数,分析获得了RSOD和飞行高度之间映射关系。研究发现,首先通过多波段辐射强度二次构造的辐射特征量,能够获得其与飞行高度的单调关联关系,且经过不同推力验证,具有一定普适性。然后,利用这种单调关系,能较好地反演发动机所在高度,在31~61 km范围内,反演结果更为准确。最后发现不同推进剂类型的RSOD区分度较好,推测利用RSOD信息作为特征量有利于区分不同的发动机类型。
    • 金栢成 田阔 黄蕾

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      PDF [1944KB](5)   


      录用日期: 2024-07-08

      曲面加筋结构拓扑优化密度场结果,存在不连续、过小结构特征等问题,难以直接应用于后续精细设计及加工制造,而基于人工经验进行的特征提取及模型重构,存在操作繁琐、重构周期长等问题。针对上述问题,提出了一种面向曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构方法。首先,针对曲面加筋拓扑优化结果,建立一种三维曲面空间与二维平面空间的映射关系,并基于正向网格映射实现曲面优化结果向平面优化结果的转换;然后,针对平面优化结果,基于图像形态学方法实现轮廓特征参数化提取,并采用样条曲线插值方式实现几何模型重构,获得平面优化结果参数化模型;最后,基于逆向映射网格映射方法,获得曲面优化结果参数化模型,实现曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构。基于所提出的方法,以承力筒、舱门及密封舱三种典型曲面加筋结构为对象开展算例研究,并将重构结果与优化结果进行对比。结果表明,参数化重构模型的结构响应与拓扑优化结果误差在5%以内,表明提出的方法具有优异的重构精度。
    • 何昊 王鹏

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      PDF [1484KB](18)   


      录用日期: 2024-07-08

      针对高速变形飞行器制导和姿态回路耦合特性强所导致的分离设计难问题,以反步法和固定时间滑模控制方法作为基础,利用变形飞行器的变形特性,设计了一种考虑飞行器变形特性的制导控制一体化(Integrated Guidance and Control, IGC)方法。首先建立了飞行器在变形条件下的六自由度完整运动模型,并推导了含有变形附加项的严格反馈形式制导控制一体化模型。其次使用反步法(Backstepping Method, BM)结合固定时间滑模控制方法(Fixed-Time Sliding Mode Control, FTSMC)提出了一种新的制导控制一体化设计方法,并通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后,在不变形情况下进行了传统方法与新一体化设计方法的对比,验证了新方法的快速性和有效性;在有无变形情况下进行了新方法的对比,验证了变形情况下制导控制一体化设计的优越性。
    • 隋东 崔志鹏

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      PDF [1048KB](4)   


      录用日期: 2024-07-08

      航路网络中的繁忙交叉点流量过大会导致航空器偏离最佳飞行高度,增加二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳等污染物的排放。本文从燃油消耗和碳排放的视角出发,提出一种航路交叉点通行能力的确定方法:基于历史飞行轨迹数据,挖掘实际飞行高度与最佳飞行高度差值与交叉点流量和度之间的关系;采用飞行轨迹、航空器机型、发动机类型和大气环境等数据,建立了航空器燃油计算模型;提出了根据碳排放与航路交叉点特征的非线性回归方程一阶导数极值确定航路交叉点小时和日通行能力的方法。在航路网络规划、空中交通流量管理等优化阶段,采用新的航路交叉点通行能力标准控制航路交叉点的飞行流量不大于通行能力,航空器平均二氧化碳额外排放量将会减少1.68%~8.27%,这对航空运输业节能减排具有重要意义。
    • 张澍 田阔 郭聪

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      PDF [1777KB](9)   


      录用日期: 2024-07-05

      航天结构优化中常面临设计空间复杂、非线性程度高等问题,基于高保真度模型优化耗时长,难以在紧迫的研发周期内完成优化设计。对此,本文提出了一种基于多重保真度的复杂空间缩减与优化方法。首先,针对优化问题建立高、中、低保真度的分析模型;进而,在初始设计空间中采样并基于低、中保真度数据构建代理模型,基于模糊C均值方法聚类,得到初始缩减空间;然后,在初始缩减空间内采样高保真度样本点,基于中、高保真度数据构建代理模型;最终,开展优化并根据响应值最优样本点的位置移动缩减空间,优化迭代得到最优解。为验证提出方法的有效性,针对测试函数算例和多级加筋壳工程算例开展研究。结果表明,对测试函数,提出方法优化得到的最优解和全局最优解的相对误差降低了68.4%和44.4%;对工程算例,提出方法优化得到的极限承载力相对传统单、变保真度优化方法提高了9.0%和14.7%。同时,相比前期工作提出的变保真度静态缩减空间方法,在达到相同极限承载力水平时计算耗时降低了41.5%。综上所述,所提出优化方法可以充分利用多重保真度数据,对复杂耗时的航天结构工程优化问题具有优化效率高、全局寻优能力强等优势。
    • 时永鑫 田阔 王博

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      PDF [1724KB](12)   


      录用日期: 2024-07-05

      通过拓扑优化得到的结构优化构型往往因存在内部封闭孔洞而导致难以满足工艺约束。为实现对拓扑优化结果的特定形状控制,本文面向空天装备中的轴对称结构,基于变密度法提出了一种双向密度分布函数。通过将设计变量由每个单元的伪密度转化为双向密度分布函数的控制参数,拓扑优化过程中结构材料将沿特定方向变化。最终的伪密度场分布也将随着双向密度分布函数具体表达形式的不同而改变。然后,本文使用一种线性加权过滤方法对设计变量进行过滤以获得更加光滑的材料边界。进而,针对结构质量和最大von Mises应力响应,分别开展了二者对设计变量的敏度分析,并搭建了在质量约束下,结构最大von Mises应力最小化的拓扑优化框架。同时,避免拓扑优化过早陷入局部最优解,在迭代过程中针对灰度单元控制参数和应力P范数系数采用了延拓更新的方式。最后,针对典型航空发动机轮盘结构开展算例验证,优化过程中在满足质量约束的前提下,材料分布朝着应力最小化的方向逐步演化,得到的拓扑优化构型材料/孔洞界面清晰,应力分布均匀,材料利用率高,证明了所提出方法的有效性。
    • 曹正 柴艳 何光宇 张兆路 李璞 查小晖

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      PDF [1749KB](12)   


      录用日期: 2024-07-01

      摘 要:航空压气机叶片砂尘冲蚀问题是导致发动机性能衰减和结构损伤的关键。抗冲蚀涂层是提高压气机叶片抗砂尘冲蚀能力的有效方法,但是硬质涂层的引入会降低金属叶片的疲劳性能。采用PVD技术在TC4钛合金表面沉积厚度相同的TiN单层涂层和TiN/Ti多层涂层。采用扫描电子显微镜、纳米压痕和X射线应力分析仪表征了试样的表面和截面形貌以及基本力学性能,对比分析了不同涂层以及无涂层TC4基体在旋转弯曲疲劳性能,讨论和分析了TiN涂层和TiN/Ti多层涂层对TC4基体疲劳性能影响的机理。旋转弯曲疲劳试验结果表明,TC4钛合金基体在1×106循环周次下的中值疲劳强度为530.5 MPa,而沉积TiN和TiN/Ti涂层TC4钛合金试样在该条件下的中值疲劳强度则分别为529.2 MPa和492.5 MPa,分别下降了0.24%和7.16%。疲劳强度降低的机理涂层的开裂导致基体发生开裂,而且TiN涂层表面粗糙度较低且残余压应力较大,相较于TiN/Ti多层涂层,TiN涂层对TC4钛合金基体疲劳性能的损伤比例较小。
    • 栾信宇 王宇 吴章武

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      PDF [1879KB](3)   


      录用日期: 2024-07-01

      三端口脉冲功率解耦-整流器利用功率解耦的控制思想,有效消除了以机载雷达为代表的脉冲功率型负载对供电系统造成的不利影响,其采用的传统电压外环比例积分(proportional integral,PI)控制在脉冲频率改变时难以做到最优动态控制效果。针对脉冲频率突降时由于功率反向传输导致的电压波动问题,从三端口整流器功率传输的角度分析,提出了一种基于功率重新分配的电容能量平衡控制(capacitive energy balance control,CEBC)算法。指出脉冲负载频率突降与突增的不同之处,与频率突增不同,突降过程要减小交流源输出功率,过低的功率在影响动态控制效果的同时还会造成稳态端口电压波动。为此从动态过程功率传输的角度对CEBC的具体实现方式进行理论分析,通过仿真对比了不同功率分配结果的电压控制效果,确定两级式结构具有最佳的动态控制效果。最后通过实验验证了所提方案的可行性。实验结果表明,采用两级式功率传输的CEBC方法可以有效减少系统响应时间,提升动态响应能力。
    • 姜璐璐 潘鑫 蒋伟 冯瑞 陈刚

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      PDF [2134KB](4)   


      录用日期: 2024-07-01

      超声速降落伞作为提供气动阻力和稳定性的重要气动减速系统,其设计好坏直接影响着探测器着陆任务的成败。适应不同气动性能需求的降落伞结构参数通常是相互矛盾的,为了解决火星降落伞在外形设计时的结构参数矛盾,以及设计周期长、计算误差大的问题,本研究提出了一种面向探测器-降落伞双体系统的融合代理优化策略。融合代理模型集成了插值型代理模型和回归型代理模型的优点,能够在相同样本的条件下具备更高的气动力系数预测精度。通过采用融合代理模型替代长耗时的CFD计算过程,能够缩短设计周期,提高设计效率。结合多目标遗传算法对探测器-盘缝带伞双体模型进行了优化设计,结果表明,采用融合代理优化策略能够平衡伞体的阻力性能及稳定性能,在满足结构及气动约束的前提下提升盘缝带伞的综合减速能力,具有良好的实用性和可行性。文章的研究结果可为未来新一代火星探测用超声速降落伞的设计研制提供一定的理论参考和技术储备。
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