某型飞艇外形多目标优化设计及其决策

飞艇的外形设计直接影响了飞艇的飞行性能、气动特性以及结构重量。文中以飞艇的阻力最小以及结构重量最轻作为优化目标,采用多目标粒子群优化算法对某型飞艇的外形进行了多目标优化设计。实际工程设计中,存在的诸多扰动因素会影响设计方案的性能。由于飞艇体积庞大且气囊为柔性材料,扰动因素对于飞艇的性能影响尤为明显。为此,文中提出了一种"基于信噪比的多目标决策方法"。该决策方法以信噪比为准则,不仅可以方便地对多个设计方案进行评价和排序,而且考虑到了工程实际中误差的客观存在,具有较大的工程应用价值。采用基于信噪比的多目标决策方法,从飞艇外形多目标优化的非劣解集中选择出最稳健的设计作为该型飞艇外形的最终设计方案。     

一类“浮力-压块”驱动飞艇建模及控制

研究一类"浮力-压块"驱动飞艇的动力学建模及控制器设计.通过对飞艇运动及受力分析,建立包括独立气囊和压块的该类飞艇6自由度非线性模型.该类飞艇的驱动力源自压块与气囊的反复耦合运动而非传统的推进器.通过将飞艇运动限制在纵向平面内,得到其纵向平面模型方程.对纵向模型分别实施非线性反馈变换和小扰动线性化,并设计反馈线性化控制器和线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)最优控制器,结合实验数据仿真验证这两种反馈控制器对飞艇平衡航迹的镇定和期望输出的跟踪,结果表明,该理论分析正确,控制算法有效.     

系留气球尾翼结构设计研究

本论文结合某型系留气球尾翼的结构设计特点,对系留气球尾翼结构设计方法进行概括总结,包括尾翼设计的依据和准则,尾翼总体参数的选择和布置的确定,尾翼结构形式的选择,尾翼材料的选择,尾翼部件的设计,尾翼与气囊、系统航电部件的连接方法,尾翼结构的强度验证等。     

柔性飞艇及其悬挂屏体系结构力学性能分析

为研究大型柔性飞艇及其悬挂屏结构体系力学性能,以25 m验证飞艇(ZY-1)放大3倍的模型为对象,分析了仅考虑内外压差自平衡体系和考虑浮力、重力的平衡体系结构性能。基于柔性飞艇主气囊初始形状,通过充气压力静力非线性分析得到充气平衡形态位形和应力。利用兰索斯法分析了含悬挂屏飞艇结构在2种平衡体系中不同气压下的自振特性;探讨了悬挂屏悬索制作误差对自振特性影响。分析表明:悬挂屏悬索与囊体连接部位是飞艇的薄弱部位,囊体的内外压差和压力梯度的大小对悬挂屏力学性能影响显著;悬挂屏悬索制作误差导致囊体局部形变,从而改变悬挂屏力学性能。     

高空飞艇总体设计方法研究

高空飞艇与目前的低空飞艇相比构型有很大区别,其外形、结构、推进动力和能源系统等设计与分析和总体方案密切相关,导致在初步参数设计过程迭代次数过多,甚至在参数求解中需要使用复杂的优化技术。在研究高空飞艇总体设计方法时,引入了一种能量平衡方法用于解决高空飞艇的再生式能源系统的设计和分析问题,它可以减少这种迭代次数,使高空飞艇总体设计工作简化。应用此方法,确定一种高空飞艇方案的初步总体参数,并对飞艇抗风性能进行了初步分析,得出此高空飞艇一年内抗持续风速30 m/s的包线。     

封面图片说明

<正>封面图片出自论文"平流层软式飞艇的多参数敏感性分析"。建立包含囊体、吊索及吊舱的某平流层软式飞艇的足尺模型,基于对结构静力及振动的分析研究,采用Sobol’法对其进行了多参数敏感性分析。图片显示了平流层软式飞艇的振动模态。由于结构处于无约束、无外荷载的飘浮状态,根据结构力     

平流层飞艇运动分析与仿真

针对平流层飞艇自主运行的需要,对其稳定性、能控性以及运动特性进行了研究.基于飞艇非线性动力学模型,利用线性化方法判断稳定性并分析了结构能控性;以线性化模型为基础,采用模态分析方法,研究其运动特性;采用仿真方法分析了扰动和控制作用下飞艇的运动特性.研究得到飞艇运动是不稳定的,同时飞艇是结构能控的,其纵向运动分为摆动、缓慢阻尼和快速阻尼3个模态,横侧向运动包括偏航振荡和滚动衰减2个模态.飞艇运动特性分析可作为实际飞艇控制的设计参考.     

气囊抛光工具与工件接触区压力及应力的分布规律研究

分析了柔性抛光工具中不同壁厚的气囊与金属工件接触时接触区的压力和应力分布特征以及气囊接触变形情况;同时借助于唯象理论,获得气囊材料的本构模型,并结合有限元软件ANSYS对接触区应力进行仿真分析．分析结果表明：随着气囊的壁厚与硬度的减少,其与金属工件接触区之间的压力和应力布由“A”型向“M”型再向“n”型转变．逐渐趋于均匀．     

飞艇重量参数变化对总重量的影响分析

本文分析飞艇的分类重量参数对总重量的影响,运用理论和统计的方法导出了重量参数计算公式,对飞艇的重量特性参数计算方法进行了初步研究.     

修复缺陷嫌疑区域的无监督磁瓦表面缺陷检测

磁瓦表面缺陷样本数量少,异常视觉特征分布发散,现有依赖目标特征的有监督检测方法不能有效检测未定义缺陷;磁瓦表面正常纹理呈非均匀且非周期性分布,使得经典重构网络难以准确地重构磁瓦表面正常特征,导致相关无监督检测方法性能低下.为此,采用多头注意力增强的掩码图像修复网络(MIINet),长距离提取图像特征,捕捉全局信息,增强图像修复的能力;引入视觉显著性算法抑制磁瓦表面纹理信息和突显缺陷区域,以便二值化算法精准分割缺陷嫌疑区域;利用MIINet修复待检测图像缺陷嫌疑区域,选用修复前后图像的残差图像和结构相似性实现缺陷检测与缺陷判定.与经典无监督方法相比,修复缺陷嫌疑区域的表面缺陷检测方法的准确率提升了2.36%,F1值提升了1.62%.     

平流层飞艇建模关键问题研究

飞艇为大惯性飞行器,其建模可以仿照普通飞行器的方法,但要多考虑一些问题:坐标原点取在体积中心而非重心引起的速度、重力及重力矩、转动惯量及惯性积的变换;由于大惯性导致的附加质量计算;飞艇升空及降落对浮力及飞艇质量的影响等。以此为基础,建立了飞艇的六自由度动力学模型。经仿真验证,模型能准确描述飞艇实际情况。     

井下灾变风烟流快速密闭气囊特性

为研究具有快速密闭、柔性缓冲、远程调控等性能的气囊,制备了以玻璃纤维布为承力层的复合囊壁材料,测试了材料的阻燃及拉伸性能;进行了冲击波作用下的气囊缓冲模拟实验;研究了气囊远程控制及环境感知系统,在模拟巷道开展了试验测试.结果表明:制备的复合囊壁材料拉伸强度为128.37 MPa,极限氧指数为27.6％,达到了难燃材料的...     

参数化艇身阻力特性的全局敏感度及设计空间

为有效降低飞艇艇身外形设计参数的维度、提高设计效率,并给予飞艇艇身初期设计一定的参考和指导.结合PARSEC(parametric section)参数化方法、计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法和基于方差的Sobol全局敏感度分析方法,形成了一套艇身外形参数关于阻力系数敏感度的评价体系.首先,采用物理意义明确的PARSEC方法描述飞艇艇身外形轮廓线.然后,由拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling, LHS)所产生样本艇身的阻力系数通过二维轴对称模型的CFD数值方法得到,CFD数值方法求解精度通过6个典型流线型旋成体的实验数据得到了验证,在保证雷诺数一致的情况下,计算和实验所得艇身阻力系数的平均相对误差为1.5%.最后,通过Sobol全局敏感度分析方法对艇身外形参数进行了敏感度排序.研究结果表明,与艇身阻力系数最敏感的3个参数分别为头部半径r_h、最大半径r_d和最大半径位置x_d.在此工作基础上形成了飞艇艇身外形的设计空间,所得设计空间对提高飞艇外形设计效率、降低飞艇气动阻力系数具有积极意义.     

平流层飞艇热敏感因素分析

以平流层飞艇为研究对象,建立飞艇热特性模型并分析主要的热影响因素. 通过有限拆分法,建立完整的平流层飞艇热特性模型. 为了使建立的热模型能够适用于不同类型的飞艇,将其外形建模和表面离散化处理,分别采用分布参数法和集总参数法,对蒙皮单元和内部填充气体进行热特性数值计算. 通过相关试验数据对建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行验证. 分别计算8种不同热影响因素作用下飞艇表面蒙皮温度及内部填充气体温度的变化,对每种因素的影响规律进行定性和定量的分析,得到飞艇热特性的主要敏感因素及不敏感因素,归纳出飞艇蒙皮出现极值温度的条件. 比较不同热源对飞艇热特性的影响和规律,给出飞艇热特性模型中的可简化部分.     

基于CATIA二次开发的飞艇囊体裁片方法研究

本文介绍了飞裁片的基本原理及传统的裁片方法,并提出了一种新的裁片方法,即将CATIA二次开发技术应用到飞艇裁片过程中,从而提高了飞艇裁片的效率。     

树脂基碳纤维复合材料板声发射源定位方法研究

复合材料具有比重小、耐疲劳、比强度大、化学稳定性高等诸多优点，随着相关技术的不断成熟和完善，复合材料的应用领域也有了进一步拓展。树脂基碳纤维复合材料（CFRP）主要应用于航空航天领域，因此对其质量安全有着严格的要求。目前，业内通常采用声发射源定位检测方法来检测复合材料中的缺陷，包括材料性质、缺陷程度以及缺陷位置等，从而为后期复合材料的修复提供参考依据，保障了构件整体的安全。     

数控气囊式抛光结构设计与非球面加工工艺技术研究

非球面光学元件由于具有改善系统成像质量、提高光学性能等特点被广泛的应用于各类光电产品中,因此如何抛光加工出高精度非球面元件成为国内外学者面临的难题.对数控气囊抛光方法抛光非球面元件的工艺进行研究,分析气囊抛光的加工原理,设计气囊式抛光头的结构,并对材料去除函数进行分析.在实验过程中使用硅胶气囊与橡胶气囊对非球面元件进行抛光对比,采用轮廓仪测量非球面面型,并使用高倍放大镜检测表面质量.结果表明,利用数控气囊抛光方法可以加工出光滑的非球面表面,粗糙度为0.9nm,该方法是抛光高精密非球面光学元件的有效方法,且数控气囊抛光工艺具有可扩展性.     

封面图片说明

正第6期封面图片来自论文"参数化艇身阻力特性的全局敏感度及设计空间",是上海交通大学王晓亮形设计参数的维度、提高设计效率的研究.平流层飞艇檨檨副研究员课题组基于对降低平流层飞艇艇身外檨是一种能定点飞行、效费比高的平流层飞行器,能完成诸如中继通信、监察和运输等任务,具有极大的军事及民用价值,找到使艇身具有最小阻力系数的外形具有十分重要的意义.     

汽车正面气囊充气过程仿真技术

基于计算流体力学(CFD)算法,在MADYMO软件中建立了某国产品牌轿车驾驶员侧气囊的CAE模型,并实现了气囊充气过程的动态模拟。经与气袋的静态点爆试验充气过程的对比发现,流体力学模型比均匀压力模型能更准确地模拟气囊起爆和充气的运动学与动力学过程。论文设计并进行了胸块发射试验,进一步验证了气囊充气模型的准确性。     

某型飞艇燃油系统设计与试验

本文针对某型飞艇燃油系统进行设计,并对其进行了地面模拟试验,模拟燃油系统在飞艇飞行包线内的工作情况.通过试验表明燃油系统的设计满足飞艇飞行的要求,也为后续飞艇燃油系统的研制积累了一定的技术基础和工程应用经验.