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当期目录

    2015年, 第49卷, 第09期 刊出日期:2015-09-30 上一期    下一期
    机械仪表工程
    机床结合部耦合动刚度的辨识与建模
    董冠华,殷勤,殷国富,向召伟
    2015,49 (09):  1263-1434. 
    摘要 ( 1031 )  

    摘要:  针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.

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    一般工业技术
    硬岩掘进机刀盘载荷与撑靴接触界面刚度的耦合关系
    谢启江,余海东
    2015,49 (09):  1269-1275. 
    摘要 ( 697 )  

    摘要:  在复合地质条件掘进时刀盘载荷与撑靴接触界面的耦合关系严重影响硬岩掘进机(TBM)动态特性.基于并联机构理论研究TBM推进系统的力传递特性,建立刀盘、机械系统和撑靴接触刚度耦合力传递模型,讨论了刀盘在复合地质条件下掘进时刀盘载荷波动与撑靴岩石接触界面刚度之间的耦合关系.结果表明,撑靴接触界面刚度随刀盘载荷增大而非线性增大;复合地层中,刀盘载荷波动,接触界面刚度也呈现相应的波动特性;两侧撑靴接触界面岩石软硬不同时,刀盘载荷均值和波动增加,接触界面刚度均值和波动加大,且较硬一侧增加幅度大于较软一侧减小幅度.

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    机械仪表工程
    基于平面应变假设的橡胶圆筒静态受压分析
    仲健林1,马大为1,任杰1,李士军2,王旭3
    2015,49 (09):  1276-1280. 
    摘要 ( 862 )  

    摘要:  研究了减振元件中橡胶圆筒的静态受压机制.基于轴对称平面应变假设,给出了橡胶圆筒的几何描述,并结合3次缩减多项式本构模型推导了橡胶圆筒应力解析式.建立了相应边界条件下橡胶圆筒数值模型,仿真获得其应力响应后与解析式计算结果进行了对比验证.分析了压缩量改变对橡胶圆筒应力的影响规律.结果表明:随压缩量增大,径向应力和切向应力增大且增幅基本不变;边界层应力与压缩量近似成正比例关系,压缩量<1%时,内外表面切向应力相差很小.

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    基于干扰估计的直流电动机间接自适应鲁棒控制
    徐张宝,马大为,姚建勇,董振乐,杨贵超
    2015,49 (09):  1281-1287. 
    摘要 ( 708 )  

    摘要:  针对广泛存在于直流电动机伺服系统中的参数不确定性和不确定性非线性问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的间接自适应鲁棒控制方法.间接自适应控制和有限时间干扰观测器融合在一起,分别处理参数不确定性和不确定非线性,通过李雅普诺夫方法从理论上证明了整个闭环系统的稳定性.仿真结果表明:该方法能准确地对参数和干扰进行估计,且与传统控制方法相比,具有参数及干扰估计精度高、抗扰能力及参数变化鲁棒性强的特点,为提高伺服系统的动态跟踪性能提供了理论依据.

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    基于改进KAZE特征的合成孔径雷达匹配算法
    于永军a,徐锦法a,张梁a,熊智b
    2015,49 (09):  1288-1292. 
    摘要 ( 764 )  

    摘要:  自主导航系统是高超声速飞行器自主控制性能的关键因素.合成孔径雷达(SAR)系统作为高超声速飞行器的关键导航设备,其获取的SAR图像受高超飞行器影响存在严重噪声干扰.在分析KAZE特征检测算法的基础上,针对KAZE算法计算复杂度高的问题,引入Fast Explicit Diffusion算法,设计了快速非线性尺度空间构建方法,并在此基础上提出了改进KAZE特征检测算法和基于改进KAZE算法的惯导/SAR组合导航景象匹配算法.通过仿真验证表明,提出的改进KAZE特征算法在保留KAZE算法噪声鲁棒性的同时,有效降低了KAZE算法的复杂度,其计算效率与SIFT算法相当,位置误差估计精度优于SIFT算法.

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    基于能量原理的等效静态载荷法及其在活塞动态优化中的应用
    张艳岗,毛虎平,苏铁熊,董小瑞,王英,王军
    2015,49 (09):  1293-1299. 
    摘要 ( 649 )  

    摘要:  针对位移等效静态载荷法在求解结构动态优化时遇到的等效关键时间点不合理、等效结果误差大等问题,提出一种基于能量原理的等效静态载荷法.该方法通过将结构动态响应解空间进行谱元离散,识别出结构的关键时间点,并在该时间点构建了基于能量等效的动态载荷静态转化数学模型.应用优化算法搜索得到了等效静态载荷集的最优解,从而将结构动态优化问题转化为静态优化问题求解.最后,通过在某柴油机活塞油腔结构的动态优化设计中的有效应用,验证了能量等效静态载荷法的有效性和工程实用性,拓展了等效静态载荷法的理论范畴,同时为复杂结构动态响应优化设计提供了一种新的思路.

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    NiTi-Al金属基复合材料梁固有频率调节特性理论与实验研究
    王伊卿a,张腾a,匡新斌a,卢秉恒a,洪军a,徐明龙b
    2015,49 (09):  1300-1305. 
    摘要 ( 662 )  

    摘要:  根据Timoshenko梁理论考虑NiTi回复应力作用,建立了NiTiAl金属基复合材料梁(简称复合梁)的自由振动微分方程,研究了复合梁的固有频率调节特性.对于悬臂梁,NiTi回复应力使复合梁呈压应力状态,造成固有频率降低,在梁长度80 mm、NiTi体积分数8%、预应变3%时,温度由20 ℃升至80 ℃,固有频率的减小量可达52.1%.对于固支梁,其内部应力状态取决于NiTi回复应力和热膨胀共同作用,使固支梁固有频率增加的最小NiTi体积分数约为20%.最后,利用超声波焊接技术制造了复合梁,通过热模态实验测试了NiTiAl悬臂梁固有频率随温度变化规律.结果表明,埋入NiTi能有效调节复合梁固有频率,且实验结果与理论计算结果规律一致.
    关键词:  中图分类号:  文献标志码:  A

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    基于磁流变技术的回转机构制动冲击控制
    王贡献,周鹏中,胡勇,张宇
    2015,49 (09):  1306-1310. 
    摘要 ( 498 )  

    摘要:  针对起重机回转机构制动时惯性冲击易导致设备损坏的问题,提出了一种通过电流改变扭转刚度和阻尼系数的磁流变弹性体联轴器,实现对冲击振动频率和幅值的控制.根据起重机回转制动时的特点,建立了含齿侧间隙、齿轮啮合刚度与磁流变非线性刚度和阻尼的系统动力学方程,推导出系统几个关键性参数与电流间的函数关系.运用数学软件对方程进行数值求解,对联轴器扭矩特性、阻尼特性、齿轮啮合力及制动效果进行了分析.结果表明,磁流变联轴器具有很强的扭矩传递能力,在不影响制动效果的情况下可以显著地降低冲击振荡频率,对冲击载荷峰值也有一定的抑制效果.

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    微/纳传动平台沿坐标轴运动分析的键合图法
    林超1,纪久祥1,才立忠1,邵济明2
    2015,49 (09):  1311-1318. 
    摘要 ( 663 )  

    摘要:  采用柔顺机构学、材料力学、伪刚体法、卡氏定理及键合图基本理论,结合6自由度微/纳传动平台的工作原理,建立了桥式放大机构及微/纳传动平台的伪刚体模型及该平台沿坐标轴移动的键合图模型,推导了桥式放大机构的输出刚度方程、平台移动的特征方程及状态方程.通过Matlab/Simulink求解仿真分析,获得了该平台沿坐标轴移动的位移仿真曲线及柔性铰链角位移仿真曲线.应用Ansys13.0,对该平台进行了运动仿真分析,搭建了实验平台,进行了试验测量,并对Smulink仿真值、有限元分析值及实验值进行了对比分析,其结果变化规律基本一致,验证了利用键合图方法分析微/纳传动平台移动特性的正确性及可行性,为全柔性机构的研究提供了新的有效的方法.

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    面向港口复杂装卸系统的动态机会维护策略
    张耀周1,夏唐斌2,陶辛阳2,潘尔顺2,奚立峰2
    2015,49 (09):  1319-1323. 
    摘要 ( 191 )  

    摘要:  针对以不同衰退特征设备组成的港口复杂装卸系统,提出了设备层系统层交互的动态机会维护策略,以支撑自动化码头的智能维护决策.引入维护效果和外部环境工况,提出了独立设备的综合衰退演化规则,并结合多目标价值理论和动态循环决策模式,建立设备层多目标预知维护规划模型.在此基础上,分析串联设备间的相互依赖性,利用设备停机的组合维护机会,建立了多设备维护优化调度的联合区间轴策略,对关联设备的预知维护作业采取有针对性的作业合并.数值实例结果证明,所提出的方法可显著降低系统整体维护成本,提供具有可行性、实时性、经济性的系统层维护优化方案.

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    基于分形理论及蒙特卡罗法的电主轴热特性分析
    马驰,杨军,梅雪松,赵亮,王新孟,施虎
    2015,49 (09):  1324-1331. 
    摘要 ( 143 )  

    摘要:  为了在设计阶段解决高速主轴在实际加工中因温升过高而突然失效问题,构建了主轴热结构耦合有限元瞬态分析模型.提出了基于接触角迭代法的滚动轴承生热功率求解方法,利用电动机效率分析法求解其生热功率.引入分形理论与蒙特卡罗方法计算结合面间接触热导,有效避免了统计学方法的不准确性与实验法通用性不强的缺陷.由雷诺数判定冷却液流动状态,并依据努赛尔数计算出主轴不同部件的对流换热系数.将上述边界条件施加到有限元模型中,对主轴温度场与热变形进行仿真.结果表明,高速主轴热特性建模方法正确,并能准确预测主轴温度场分布和热变形.
    关键词:  电主轴; 轴承拟静力学分析; 牛顿拉普森; 接触热导; 热误差
    中图分类号:  TH 161;TG 532文献标志码:  A

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    基于改进离散粒子群算法构建制造单元
    冯翰信1,王贺2,姚骏1,潘尔顺1,奚立峰1
    2015,49 (09):  1332-1338. 
    摘要 ( 122 )  

    摘要:  在未知最佳分群单元数的情况下,考虑了零件多种可选工艺路径和零件工艺顺序,建立基于最小化零件跨单元移动次数的数学模型.通过引入自适应变异因子,提出一种改进的离散粒子群优化算法能动态地确定分群单元数,极大地减少了算法陷入局部最优解的可能.通过对文献中不同规模的单元构建问题进行求解,结果证明了该方法有效,并且无需预先设定分群单元数即可获得与文献中相同甚至更好的结果.
    关键词:  单元构建; 离散粒子群优化算法; 可选加工路径; 工艺顺序; 最佳分群单元数
    中图分类号:  TH 18文献标志码:  A

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    基于高清晰测量的多孔洞表面三维形貌分析
    邵益平1,王猛1,杜世昌1,奚立峰1,杨嘉2
    2015,49 (09):  1339-1345. 
    摘要 ( 174 )  

    摘要:  提出了一种基于双正交小波滤波方法来分析高清晰测量数据,实现了多孔洞表面三维形状误差和波纹度的分离.对连续表面和多孔洞表面进行仿真研究,以连续表面的滤波结果作为标准值,对于多孔洞表面的高斯滤波的三维波纹度参数SWa和SWt的偏差分别是153.7%和58.3%,而双正交小波的偏差分别只有0.50%和9.69%,从而验证了双正交小波变换在解决多孔洞表面形貌分析问题中的有效性.在发动机缸体顶面形貌分析中应用双正交小波滤波方法,有效地解决了传统滤波器的边界扭曲,得到了准确的三维形貌评定结果.
    关键词:  双正交小波; 高斯滤波; 高清晰测量
    中图分类号:  TH 161.1文献标志码:  A

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    砂轮磨削过载判据及其快速诊断
    王嗣阳,许黎明,赖小平
    2015,49 (09):  1346-1352. 
    摘要 ( 225 )  

    摘要:  基于对砂轮磨削过程中声发射信号的采集,研究了2种砂轮磨削过载判据的特征量提取方法,并提出了评价砂轮磨削过载判据的主要指标即灵敏度、稳定性和算法效率.通过选取合理的采样率与处理间隔,分析比较了2种信号处理方法对砂轮与工件过载的识别效果.结果表明,所提出的信噪特征比方法提取的特征量具有稳定性好、灵敏度和算法效率高的特点,且可以对过载点实现预判,可作为优先选择的磨削过载判据.

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    金属学与金属工艺
    球杆仪安装误差对机床圆测试精度的影响
    卢红星,杨建国,项四通
    2015,49 (09):  1353-1358. 
    摘要 ( 186 )  

    摘要:  为了提高球杆仪测量机床误差的准确度,研究了其安装误差对机床圆测试数据的影响及辨识和分离方法.通过分析球杆仪测量过程中某任意位置的几何特征,推导了球杆仪测量值与安装误差间的数学关系.继而利用数学仿真揭示了测量值随安装误差变化的规律,并建立了相应的数学模型.在此基础上,提出了一种对安装误差进行辨识和分离的新方法.仿真实验数据证明,该安装误差辨识方法具有较高的辨识精度.最后,对非接触激光圆进行了测试实验,结果表明,所提出的方法可以有效地辨识和分离球杆仪安装误差,提高了球杆仪圆测试数据的准确度.

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    其他
    基于Kinect骨架追踪的人体摔倒自动检测
    王君泽,朱小龙,瞿畅
    2015,49 (09):  1359-1365. 
    摘要 ( 286 )  

    摘要:  为准确、迅捷地检测到独居老年人意外摔倒事件,最大程度降低因摔倒而造成的老年人意外死亡和伤害风险,利用Kinect检测设备和骨架追踪技术,选取人体头、左肩、右肩、左髋、右髋、两髋中心6个骨架点,实时计算这6个骨架点的空间位置、相对位置、运动速度和停留时间等参数,用以判定人体摔倒事件,并能较准确地辨别坐下、蹲下和捡拾物品等非摔倒动作,降低误判率.实验结果表明:采用该检测方法能实现人体摔倒的自动实时检测,人体摔倒的误判率为7%;采用骨架追踪技术,监控过程中可以保护老年用户隐私;检测系统不依赖可见光,可进行24 h实时检测,为意外摔倒老人的及时安全救助提供了保障.

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    航空、航天
    多约束下轨道飞行器备件配置方案建模与优化
    金家善,蔡芝明,陈砚桥
    2015,49 (09):  1366-1372. 
    摘要 ( 167 )  

    摘要:  针对航空类装备携带备件方案的确定需要综合考虑多项约束指标因素的特点,以轨道飞行器飞入太空随行备件携带方案优化配置为研究背景,在费用、质量及体积3项指标约束条件下,以所有备件期望短缺数总和最小为目标函数,建立了备件配置方案的优化模型.通过设置初始因子初值求出备件初始配置方案,同时引入拉格朗日乘子将各项约束因子转化为保障资源约束因子,采用边际效应法求解并对模型进行优化.最后,对6种方案计算结果进行比较得出备件配置最优方案,并通过实例分析,证明了该方案的科学性和有效性.

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    轨控期间挠性卫星的姿态容错控制及主动振动抑制
    杨婧1,侯建文2,史小平1
    2015,49 (09):  1373-1379. 
    摘要 ( 158 )  

    摘要:  针对受轨道控制推力影响及存在执行器故障的挠性卫星,提出了一种基于自适应滑模的姿态容错控制及挠性振动抑制方法.该容错控制方法不需要故障信息,而是基于滑模控制原理,利用自适应算法能够对故障系统中的不确定参数信息实现有效估计,并且在保证姿态稳定的同时,对来自环境和系统内部的扰动及转动惯量的不确定性具有良好的鲁棒性,从而提高了容错控制器的性能.进一步在姿态稳定的基础上,利用精确鲁棒微分器理论,针对挠性模态中的非线性项和扰动项设计了非线性状态观测器,并结合自适应控制和滑模控制方法实现了对挠性振动的有效抑制.最后,在反作用飞轮冗余配置的前提下,对轨道调控期间具有执行器故障的卫星姿态控制系统进行了仿真.结果表明,该方法有效正确.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于RSM-GA法的薄壁蜡模压蜡过程收缩率建模与优化
    刘畅辉a,金隼a,来新民a,李飞b
    2015,49 (09):  1380-1386. 
    摘要 ( 208 )  

    摘要:  基于响应面法(RSM),通过一系列的实验建立了薄壁蜡模壁厚方向的收缩率与压蜡参数之间的数学模型,并对模型的合理性与充分性进行了方差分析,对压蜡过程中工艺参数对尺寸收缩率的影响进行了敏感性分析.为了减小收缩率,基于遗传算法(GA)对工艺参数进行了全局优化.

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    无人飞行器双目视觉位姿估计算法改进与验证
    张梁1,徐锦法1,夏青元2,于永军1
    2015,49 (09):  1387-1393. 
    摘要 ( 167 )  

    摘要:  针对无人飞行器(UAV)在未知复杂环境下的导航问题,提出一种基于双目视觉的UAV位置和姿态估计算法.利用基于非线性尺度空间的KAZE特征构建立体图像对的特征点检测与描述,用Knn算法进行特征点匹配,导出相机坐标系下特征点三维坐标,用随机抽样一致(RANSAC)算法与LM迭代算法获得UAV姿态和位置估计值.实验验证结果表明,基于KAZE特征的UAV双目视觉位姿估计算法的准确性、实时性与可重复性好,能满足UAV实时导航要求.
    关键词:  无人飞行器; 双目视觉; 位姿估计
    中图分类号:  V 249.31文献标志码:  A

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    量测信息引导的组合导航融合滤波方法
    王丽娜1,2,黄斌3,高晓颖2,康国华3,孙永荣3
    2015,49 (09):  1394-1399. 
    摘要 ( 176 )  

    摘要:  针对组合导航系统中各子系统量测输出速率不同的情况,提出了一种量测信息引导的组合导航融合滤波方法.该方法采用信息量与信息当量来描述当前时刻的所有可用信息,并基于加法原理,利用状态预测和当前可用的量测值来更新状态估计,实现最优融合估计.仿真结果表明,该方法能够应用于多量测信息非等间隔输出的情况,即使某子系统失效时也能正常工作,且能够取得较好的融合滤波效果,相较于联邦滤波和集中滤波具有更好的实时性能.

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    基于多目标粒子群算法的卫星结构动力学优化
    夏昊1,陈昌亚2,王德禹1
    2015,49 (09):  1400-1403. 
    摘要 ( 158 )  

    摘要:  针对卫星结构的多目标动力学优化问题,在其优化过程中建立了一种多目标粒子群优化(MOPSO)算法.该算法采用惯性权重递减策略,对违反约束的粒子给予不同惩罚,并在算法后期引入变异算子,增强种群的多样性,使算法更好地进行全局寻优.结合支持向量机近似模型,将MOPSO方法用于卫星结构动力学优化,并与多目标遗传算法(NSGAII)的结果进行了对比.数值结果表明,MOPSO可以有效地搜寻优化问题的Pareto前沿,具有良好的分散度和均匀性.
    关键词:  卫星; 动力学优化; 多目标优化; 粒子群优化
    中图分类号:  V 423.4文献标志码:  A

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    Z-pin增强复合材料T型接头拉伸数值模拟与参数分析
    陈绍卿1,陈秀华1,孔斌2,汪海1,邱学仕2
    2015,49 (09):  1404-1410. 
    摘要 ( 135 )  

    摘要:  利用内聚力模型建立了Zpin增强复合材料T型接头拉伸破坏过程的数值分析模型,并对Zpin的分布进行参数分析.通过Zpin桥联试验得到Zpin拔出的位移-载荷曲线,再将该曲线转化为Zpin所在区域的界面单元属性,从而模拟Zpin对T型接头性能的增强效果.通过静力拉伸试验验证了该模型的可靠性.在此基础上分析了不同Zpin分布对T型接头拉伸性能的影响,结果表明:Zpin列距越小则拉脱载荷及极限位移越大,Zpin行距的变化对结构承载能力影响较小,而Zpin与中轴面的距离增大会使拉脱载荷呈线性减小的变化趋势.
    关键词:  复合材料; T型接头; Zpin; 内聚力模型; 参数分析
    中图分类号:  V 214.8; TB 332文献标志码:  A

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    索网蒙皮结构超压气球的设计与分析
    杨其,赵海涛,王全保,陈吉安,龚德仁
    2015,49 (09):  1411-1415. 
    摘要 ( 146 )  

    摘要:  为改进超压气球当前裁剪设计的缺陷,提出了一种索网蒙皮结构超压气球的设计方法.不同于通常采用与蒙皮固定的加强筋承担纵向应力的方法,该方法采用能与蒙皮相对滑动的绳索来承担大部分的纵向应力,同时兼具2D裁剪设计和3D裁剪设计的优点.通过改变绳索的预紧力实现了对球形初始构型的控制.采用等强度设计准则,根据蒙皮材料和绳索材料的极限强度计算得到了超压气球合理的初始构型,提高了材料的利用效率.讨论了各参数对超压气球极限压差的影响,其对于超压气球的结构设计与力学分析具有参考价值.

    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于四象限法的跨声速压气机非设计点损失分析
    徐玺,羌晓青,滕金芳
    2015,49 (09):  1416-1421. 
    摘要 ( 233 )  

    摘要:  基于流线曲率法发展了一种适用于跨声速压气机性能预测的高精度模型,对最小损失攻角及非设计点损失预测模型进行了修正.提出了一种非设计点损失分析方法——四象限法,结合该方法对跨声速压气机的损失构成进行了重新定义,对不同工况的损失特点开展了深入分析,在一定程度上揭示了跨声速压气机的损失分布和增长规律.采用新发展的模型对某高负荷跨声速转子进行了详细的计算,并与实验数据进行对比.结果表明,发展的性能预测模型和损失分析方法能够较为可靠地预测全流量工况下跨声速转子的总体性能与气动参数沿展向的分布,为跨声速压气机的特性预测提供了新的思路,具有较强的借鉴意义和工程实用价值.

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    柔性飞艇主气囊不稳定构型阶段力学性能分析
    陈宇峰,陈务军,邱振宇
    2015,49 (09):  1422-1428. 
    摘要 ( 189 )  

    摘要:  为了揭示柔性飞艇主气囊不稳定构型阶段的力学性能,首先基于迭代薄膜性能法(IMP)编制可分析薄膜褶皱的子程序,通过对比不同单元类型充气管变形结果,找出一种合理的单元类型进行不稳定构型主气囊模拟.在此基础上,以9 m柔性飞艇主气囊简化模型为对象,对简化模型在不同约束状态下不稳定构型阶段外形及应力进行分析.研究表明:气压梯度和模型约束是柔性飞艇主气囊在不稳定构型阶段力学性能的重要影响因素,模型从稳定构型到不稳定构型阶段开始的一段时间,形状变化不大,中间阶段模型发生较大的形状改变.不稳定构型阶段在约束部位较稳定构型时更容易发生强度破坏.研究结果对柔性平流层飞艇主气囊结构设计具有参考价值.

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    SINS非线性自对准中的强跟踪UKF算法设计
    薛海建1,王解1,2,郭晓松1,周召发1
    2015,49 (09):  1429-1434. 
    摘要 ( 180 )  
    摘要:  为了实现噪声不确定和干扰环境下捷联惯导系统(SINS)的快速初始对准,结合无迹卡尔曼滤波(UKF),从强跟踪滤波2个条件出发,提出了一种新的强跟踪UKF算法.该算法充分利用了SINS非线性自对准滤波模型的特点,简化了强跟踪UKF的步骤,很大程度上减小了计算量,提高了算法的实时性.在给出算法流程的同时给出了该强跟踪UKF成立的证明,并根据强跟踪滤波充分条件给出了次优渐消因子求解过程,分析了算法的优越性.最后, 通过SINS大方位失准角初始对准仿真和车载试验结果证明了新的强跟踪UKF算法的正确性和优越性.
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