2024, 56(5):773-783. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.001
摘要:随着多天线技术的快速发展,复杂多变环境和高能耗将是当前以及未来无线通信面临的主要问题。可移动天线(Movable antenna, MA)技术凭借天线的移动性带来的信号功率提升、干扰抑制、灵活波束赋形和空间多路复用等优势,致力于提供低能耗且高效的通信环境自适应调整新思路,吸引了学术界的广泛关注,得到了快速发展。本文首先概述了MA技术基本原理和技术特点。然后,给出了MA技术具体的应用场景,并由此阐述了MA技术优势。最后在现有工作基础上,总结了MA技术可能面临的挑战,论述并展望了MA技术的未来发展方向。MA技术的研究和发展将会进一步推动移动通信技术革新,助力6G通信进入新场景多需求下的多技术融合新阶段。
2024, 56(5):784-800. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.002
摘要:本地差分隐私作为一个优秀的隐私保护模型,被广泛应用于数据收集和统计分析中的隐私保护问题。但是本地差分隐私没有考虑不同用户的隐私需求差异以及不同数据的属性差异,因此作为本地差分隐私的一种变体,个性化本地差分隐私被提出。本文根据上述两类差异将个性化本地差分隐私机制分为两类,并在此基础上对该领域的研究现状进行了分析和总结。首先本文介绍了个性化本地差分隐私的基本概念和理论模型。其次对近年来的个性化本地差分隐私机制的若干文献进行了分析和归类,并详细介绍了几种代表性方案的原理和特点,包括数据扰动方法和数据聚合方法等。最后本文对该领域的未来发展方向进行了讨论与分析。
2024, 56(5):801-814. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.003
摘要:大模型以强大的自然语言理解、逻辑推理和内容生成等能力,为军事智能发展带来了前所未有的机遇和挑战。本文梳理了大语言模型的架构建模、适配微调、提示学习等技术,以及典型多模态大模型技术的发展现状,深度分析了国内外主流大模型军事应用平台特点,设计了大模型军事应用的典型任务场景和能力需求,探讨了大模型技术军事应用面临的挑战,展望了军事领域大模型应用的共性关键技术发展,以期为提升基于大模型技术的重大军事应用设计与实战研究提供参考。
2024, 56(5):815-822. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.004
摘要:基于磁悬浮控制系统亟待一种体积更小、成本更低的位移传感器,研究了以电涡流传感器为原理的横向磁通传感器。基于该传感器的工作原理分析,采用粒子群算法设计了传感器的激励线圈与感应线圈参数,简化了横向磁通传感器的设计过程。所研制出的位移传感器灵敏度为7.2 V/mm,线性度为1.7%,可检测范围为±0.5 mm。将该传感器应用在一台磁悬浮永磁同步电机系统中,在电机转速20 000 r/min时,高速磁悬浮转子仍保持稳定运行,且无论在稳态还是动态工况下,本文研制的横向磁通传感器均能满足磁悬浮电机位移检测和悬浮控制的要求,达到同类产品的控制效果。
2024, 56(5):823-833. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.005
摘要:开关磁阻电机(Switched reluctance motor, SRM)因结构简单坚固、起动转矩大和转速范围宽的特点,在电动车驱动系统有着广阔的应用前景。不同于异步电机和同步电机依靠调节器双极性输出量实现四象限工作,传统单极性SRM转速环控制系统需要依靠外部给定来切换工作象限,在四象限运行工况下存在切换过程平滑性难以控制的问题。针对此,本文提出一种将SRM转速环控制系统及其四象限控制方法相结合,以传统的角度位置控制(Angle position control, APC)理论为基础,将转速调节器双极性输出量与电机转速方向进行逻辑判断形成新的APC控制参数,配合传统电流斩波控制(Chopping current control,CCC)形成新型的四象限转速环控制系统。该系统优化了SRM频繁电制动切换的顿挫问题,为电动车坡道动态行驶安全提供了平滑切换的保障。仿真和实验结果均验证了该系统原理的可行性,较好地实现了电动车SRM驱动系统的四象限工况切换。
2024, 56(5):834-846. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.006
摘要:同步磁阻电机(Synchronous reluctance motor,SynRM)由于其独特的磁路结构,在运行过程中存在显著的交叉饱和效应,这给电机的精确控制和性能优化带来了挑战。本文针对由磁路自饱和及交叉饱和引起的同步磁阻电机参数非线性变化问题,提出了电机静止状态下的交叉饱和特性参数辨识方法和改进的数学模型建模方法。首先,通过离线静止辨识,获取电机在不同饱和状态下的特性数据;然后,利用神经网络及数值优化技术对数据进行拟合,得到SynRM在不同工作状态下的交叉饱和参数;最后,建立了考虑交叉饱和效应的改进数学模型,并通过与有限元仿真结果对比及仿真验证了该模型的准确性和有效性。
2024, 56(5):847-853. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.007
摘要:为推动毛细芯热管在电机中的应用并提供理论参考和数据支撑,本文通过实验研究了加热功率、运行角度以及风速对毛细芯热管等效导热系数的影响。结果表明,热管正常运行过程中,加热功率对热管等效导热系数影响不大。不同运行角度下的热管等效导热系数也存在一定的差异,在10 W加热功率下,等效导热系数的差异最高可达25%。当风速增大时,热管的等效导热系数呈现出减小的趋势,这种现象对高加热功率下的热管运行尤为明显。
2024, 56(5):854-861. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.008
摘要:为分析倾转翼eVTOL在考虑电系统热管理对巡航性能的影响,以及不同工况下性能参数的选择,根据飞机二维动力学、阻力、能耗和电系统热管理计算模型,以飞机巡航速度作为控制变量,以巡航时间和电能消耗作为目标函数,建立倾转翼eVTOL巡航仿真模型。结合实际飞行条件设定不同权重,根据模型的具体特征,基于改进粒子群算法进行优化求解,以典型倾转翼eVTOL飞机Vahana为例,得出性能参数并对比分析。仿真结果表明:模型在各种权重组合下,对减少飞机巡航时间和降低电能消耗均有良好的优化效果;最快到达与最节能到达的飞行工况相比,可以节省约50%的时间,但同时会多消耗120%的电耗;与既考虑时间又考虑能耗的折中情况相比,节省了20%时间的同时能会多消耗28%的电能。
2024, 56(5):862-875. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.009
摘要:为了满足航空领域飞机飞行过程中的变负载需求,并获得飞机全飞行过程中的高效能量供给方案,本文搭建了直接氨固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel,cells, SOFC)-锂电池混合动力系统架构,采用基于规则的能量分配策略,开展了典型飞行任务中系统参数的匹配方法和海拔高度对混动系统性能的影响,以及典型飞行包线中混合动力系统的效率和功重比等参数的影响研究。结果表明:以BAe.146四发涡扇短程运输机的飞行为例,系统净发电效率为53.32%,功重比为0.491 3 kW/kg,且SOFC系统输出功率和发电效率随着海拔上升而下降。这表明直接氨SOFC-锂电池混合动力系统能够满足不同飞行阶段的能量需求,也为混合动力系统在不同飞行高度下的优化设计提供了重要依据。
2024, 56(5):876-883. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.010
摘要:目前,磁谐振式无线电能传输(Magnetic coupling resonance-wireless power transmission, MCR-WPT)的研究主要集中于静止状态下的双发射单负载和三发射单负载系统。本文对双发射多负载低速转动系统进行了研究,通过建立双发射多负载系统的理论模型,结合COMSOL软件进行仿真,并搭建接收端转动的二维全向磁谐振式无线电能传输实验平台,验证了正交发射线圈不同相位差、不同接收线圈数量及线圈相对位置改变对转动系统能量传输效率的影响。结果表明,当正交双发射线圈存在90°相位差时,系统在接收端线圈固定距离内能够维持稳定的磁场传输特性,随着负载线圈数量的增加,系统的总传输效率波动幅度有所改变,当负载为4个时波动最小。
2024, 56(5):884-891. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.011
摘要:新能源汽车智能化能量管理是先进汽车技术研究的重要领域,是进一步提升整车燃油经济性能的关键。针对插电式混合动力汽车(Plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)能量全局化管理与控制的实时性和最优性难以兼顾的难题,开展了基于能耗预测的全路径自适应能量管理研究,提出了以等效燃油消耗最小化为目标的全规划路径PHEV自适应控制算法。最后,基于MATLAB/Simulink的建模与仿真分析验证了所提控制算法对实际行驶工况、里程和整车能量状态的变化具有较好的跟随性和自适应性,全路径近似全局性优化控制效果明显,较好地改善了整车的燃油经济性。
2024, 56(5):892-899. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.012
摘要:交联聚乙烯电缆是10 kV配电系统中的重要设备,其安全性至关重要。对电缆的修复决策做出科学判断,有助于提高配电系统的安全性并降低经济成本。鉴于此,本文提出了一种基于K-means聚类和随机森林(Random forest, RF)分类模型的电缆风险评估及修复决策方法。该方法首先根据电缆的绝缘状态,定义电缆的风险等级和风险程度;然后利用K-means聚类算法对多个老化指标进行聚类以实现风险等级区间的划分,从而建立多老化指标风险矩阵;基于多老化指标风险矩阵,利用综合权重法确定多维老化指标所对应的分类标签;最后基于RF算法建立并训练电缆的修复决策分类模型,输出电缆的修复决策结果。所提方法的平均正确率达到99.70%,实现了电缆快速且可靠的修复决策。
邹文炀,李嘉仪,刘凯,张恒珲,王亦凡,王新林,刘铁让,陈吉昌,童明波
2024, 56(5):900-908. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.013
摘要:针对传统转轴转子电机难以为大尺寸桨叶提供大输出转矩的问题,设计了一种采用“边缘电磁驱动”的中型碟形涵道式飞行器。为验证设计合理性,并评估飞行器性能参数,对飞行器典型过载工况进行了结构强度仿真计算,对悬停和平飞姿态分别进行了气动数值模拟,并对优选电磁线圈构型进行了电磁力仿真计算。研究结果表明:飞行器边缘电磁驱动系统能输出3 700 N·m的转矩,转矩密度33.76 N·m/kg,满足运行动力需求;计算得出该飞行器设计具备一吨级最大起飞质量的气动能力,结构强度满足典型过载工况下的强度要求,为中大型碟形飞行器的构型设计和驱动方案设计提供参考。
2024, 56(5):909-921. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.014
摘要:随着飞机起落架收放机构的复杂度不断提升,多关节间隙耦合对机构运动精度的影响更加显著。复杂机构的运动精度可靠性问题呈现出非线性程度高、影响参数多、样本量少的特点,研究难度极大。针对该问题,提出了一种结合理论分析、动力学联合仿真以及间隙磨损的机构运动精度可靠性分析方法。首先,建立考虑7处关节间隙的收放机构动力学模型,研究各关节间隙对机构收放精度的独立影响及耦合影响。然后,建立关节磨损量随收放次数增加的分析模型,获取间隙的变化规律,进而建立收放机构运动精度随收放次数变化的可靠性分析模型。最后,基于自适应Kriging代理模型对起落架收放机构的可靠性进行分析,给出可靠性随机构收放次数的变化规律。研究结果表明,各处结构间隙对机构收放运动精度都有不同程度的影响,机构失效概率呈现先平稳后急剧上升的趋势。所提方法为起落架复杂机构运动可靠性评估提供重要的分析手段。
2024, 56(5):922-931. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.015
摘要:为了提高编队飞行的安全性,提出了采用翼尖法向吹气的方法削弱前机尾流的影响。采用数值模拟方法进行了不同编队位置飞行过程中前机尾流对后机气动特性的仿真分析,并通过仿真方法对翼尖法向吹气进行了数值仿真。仿真结果表明:编队飞行过程中,后机在横向穿越前机的涡区时受到很大的扰动力矩,加大了舵面操纵和飞机控制的难度,严重危害到后机的安全性。引入翼尖法向吹气后,后机的翼尖涡被削弱,升阻比随着吹气动量系数的增大而增大。随后在Simulink中搭建了带有翼尖法向吹气的编队飞行控制系统进行仿真模拟。仿真结果表明:所提出的翼尖法向吹气减弱了前机尾流的影响,使后机在横向穿越前机涡区过程中位置偏差和速度偏差减小,同时后机副翼偏转量大幅减小,后机安全性得以提高。
2024, 56(5):932-938. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.016
摘要:大型重载飞艇具有较为广阔的应用前景,但大尺寸、空间大跨度先进复合材料骨架结构设计与分析技术一直是制约大型重载飞艇发展的关键技术之一。以某型重载飞艇骨架为研究对象,以总体设计给出的相关要求作为设计输入条件,选择较成熟的材料体系和结构连接形式,完成了飞艇复合材料骨架结构设计。骨架的主要结构单元为三角桁架梁,开发了一种基于Python的飞艇骨架结构参数化建模方法。该方法基于刚度等效原理,将三角桁架转化成空间梁单元,可自动生成骨架整体有限元模型和定义连接关系,实现了飞艇骨架结构的参数化快速建模。针对飞艇悬停装卸载这一实际典型载荷工况,开展了骨架整体应力和变形计算,并运用“整体-局部”方法,将整体有限元分析中应力承载严重的等效梁单元还原成精细化三角桁架模型。基于Hashin失效准则,对复合材料圆管、接头等结构元件进行了强度计算和校核,结果验证了方法的有效性。
2024, 56(5):939-949. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.017
摘要:外涵静子叶片是大涵道比涡扇发动机气路的核心部件之一,外涵静子脱出是一种较为严重的故障模式,此故障可能会导致飞机或其他发动机部件损伤,进而造成灾难性事故。对外涵静子叶片脱出故障的预警是一项重要的工作。但因其早期特征不明显,现有的方法较难对此类故障进行有效的预警。因此,针对该问题,基于监控数据提出一种深度特征提取的支持向量数据域描述(Support vector data description, SVDD)的故障预警方法,以实现对外涵静子叶片脱出故障的早期预警。首先,采用基于发动机气路性能辨识的建模方法,建立发动机特定性能参数的观测模型对气路参数进行深度特征提取,以真实状态量与模型观测量的差值作为航空发动机是否发生故障的特征;然后利用SVDD算法建立决策边界,实现故障数据的自动划分,决策边界生成的阈值可在故障发生之前的一定时间之内给出告警;最后,经过多次计算,结果表明,在故障早期直至故障发生的区间内,表征其健康状态的性能参数都与观测量有较大的偏移,表明了所选特征的有效性。使用数据增强方法生成故障仿真数据与真实数据进行对比验证,预警时间比故障真实发生时间预警模型平均提前3.14 h。
2024, 56(5):950-959. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.018
摘要:传统多输出深度神经网络在导弹气动性能系数预测任务中,通常采用均方误差(Mean square error, MSE)和平均绝对误差(Mean absolute error, MAE)来训练网络,但在小样本及无物理方程约束的情况下,MSE与MAE对导弹性能系数之间的约束和不同导弹样本之间的区分就会降低。针对该问题,提出一种基于深度度量学习的K最近邻大边距损失函数(K-nearest neighbor large margin, KNNLM),它通过边距约束将大差异输出样本推开,拉近相近输出样本,以此来解决样本及样本间的约束区分问题。以导弹气动外形及工况参数作为输入,4种气动系数作为输出,在反向传播神经网络(Backpropagation neural network, BPNN)和多任务学习神经网络(Multi-task learning neural network, MTLNN)中分别采用MSE、MAE、KNNLM进行实验对比,实验结果表明:KNNLM在BPNN和MTLNN中的精度相比于MSE和MAE最大能够提升14.44%和16.35%,最少提升3.72%。KNNLM能够在少样本及无物理知识约束的情况下,能更好地对导弹样本进行约束区分,使深度神经网络模型的预测精度更高,且鲁棒性更强。
2024, 56(5):960-967. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.019
摘要:一般六自由度并联机构的位置正解是继空间7R(R:转动副)机构位移分析完成后的又一机构学难题,目前数学上尚无完备的解析求解方法。以零耦合度的“3-2-1”式Stewart型并联机器人为例,研究了位置正解的个数,并分析了正解个数发生变化的条件。首先,基于杆长约束方程并运用四面体原理,解析推导了机器人位置正解的全部8组解。其次,通过分析动球铰的位置特性,挖掘出正解方程分别为8组、4组、2组、1组解析解时,所需满足的数学条件。接着,根据静球铰位置特性并结合正解算法流程,研究了影响正解方程实数解个数的因素。最后,剖析了并联机器人位置正解个数与Hunt奇异之间的内在联系。研究结论为并联机器人的实时控制和轨迹规划奠定了理论基础。
2024, 56(5):968-972. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.05.020
摘要:利用光学显微镜(Optical microscope,OM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、能谱分析仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)、透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)和电子万能试验机等手段对传统砂型重力铸造方法制备的EV31A合金的显微组织和性能进行了深入研究。实验结果表明:铸态EV31A合金的显微组织由α-Mg和α-Mg+Mg41(Nd0.9Gd0.1)5共晶相组成,由于稀土元素含量较少,共晶反应发生在α-Mg结晶后期,表现为除少量固溶于α-Mg基体中,含稀土元素的Mg41(Nd0.9Gd0.1)5相主要分布在α-Mg的晶界处。Mg41(Nd0.9Gd0.1)5相为bcc结构,晶格常数为0.285 nm,呈鱼骨状,尺寸在数十微米。合金中α-Mg基体的晶粒尺寸为56.8 μm。EV31A铸态合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为207 MPa、124 MPa和7.0%。合金具有优异力学性能主要归因于Zr元素所带来的细晶强化,Gd、Nd、Zr等溶质原子的固溶强化,共晶Mg41(Nd0.9, Gd0.1)5相所带来的第二相强化等多种强化方式的协同作用。