四维航迹同一进场航线碰撞风险模型

鉴于目前碰撞风险模型的建立方法大多局限于三维空间,给出一种建立四维航迹碰撞风险模型的方法.在三维坐标系的基础上加入时间变量,通过飞机在航迹上任意时刻的四维坐标,使得任意时刻两架飞机之间的距离是时间变量的函数,结合飞机到达的随机性,推导出在同一航迹上飞机进场飞行过程中任意时刻的碰撞概率,进而建立任意同一进场飞行航段的碰撞风险模型.结果显示,模型可以研究任意同一进场航段的碰撞情况,体现了飞机速度和高度变化对碰撞风险的影响;建立了碰撞风险性和飞机类型以及机型比例的关系,为终端空域碰撞风险性的研究提供了一定的方法和理论.     

轻型无人机与飞机风挡碰撞风险研究（英文）

随着无人机应用的快速增长,机场附近和空域已发生了很多重大航空事故和危险征候,无人机的无序飞行对航空运输安全构成了巨大的潜在威胁。以典型轻型无人机和某型商用飞机及其风挡为研究对象,通过有限元仿真方法得到无人机在最严酷姿态下与飞机风挡最薄弱位置碰撞损伤等级及相应的冲击能量区间,以此保守划分损伤严重性等级。在无空中交通指挥干预的情况下无人机与飞机相互独立运动,考虑两机之间的水平最小安全间隔、侧向最小安全间隔以及垂直最小安全间隔的联合约束,通过蒙特卡洛仿真得到无人机与飞机的碰撞概率,并确定碰撞可能性等级。基于损伤严重性等级和碰撞可能性等级的不同组合形成无人机与飞机风挡碰撞的较为保守的定性风险矩阵。研究结果总体表明:在120 m飞行高度下,两机距离超过3 600 m且在典型的俯仰角和航向角工况下发生碰撞风险及其损伤程度较小,否则发生碰撞风险较大且损伤程度较严重。研究结果为无人机的规范性设计制造、局方对无人机运行管控的政策制定以及无人机与载人飞机在同一空域运行的风险评估提供理论依据和实践参考。     

基于概率的编队飞行的告警算法设计

在建立编队飞机并行飞行的模型基础上,提出了一种基于概率的报警逻辑,即只有当两架飞机的冲突危险度超过一定的门限值的时候才发布报警信息.基于这种逻辑,本文运用蒙特卡洛方法仿真出在一定的冲突概率下飞机的碰撞区域并对结果进行了分析,最后验证了算法的有效性.     

代理模型在空间碎片碰撞概率分析中的应用

利用代理模型来高效计算空间目标之间的碰撞概率。碰撞概率计算的经典方法包括蒙特卡洛（Monte Carlo，MC）方法，以及基于速度线性化、位置误差服从高斯分布等假设，在相遇平面上对碰撞概率密度函数（高斯型）进行积分的方法。相较于MC方法要处理原轨道模型由大量重复仿真带来的计算量增长，代理模型针对输入变量的先验分布设计得到相应数学模型，不仅大大降低了单次仿真的计算时间，还减少了计算概率所需的仿真数量。代理模型去除了线性化假设等限制条件，对于碰撞概率密度函数可能呈现出的非高斯型特征也有很好的统计解释，其适用范围更广。本文结果表明，代理模型方法能够在大幅降低计算量的同时，保证对碰撞概率的估计较为准确。     

交叉航线碰撞风险计算方法比较

随着空中交通流量的急剧增加,对碰撞风险问题进行研究进而对空域安全进行评估就成为亟待解决的问题.本文就交叉航线碰撞风险的计算进行了研究.首先推导出交叉航路碰撞概率计算公式,将交叉航路碰撞风险分解为水平方向重叠概率和垂直方向重叠概率,然后分别通过基于REICH模型的冲突区域法和概率论的方法对水平方向重叠概率进行了分析计算,最后用自主开发的"空域安全评估方法的研究与应用"软件分别用该两种方法通过实例进行了仿真计算.本文为交叉航路碰撞风险的量化提供了可行的方法,也为缩小或重新制定间隔标准提供了参考方法.     

基于内聚力模型的飞机风挡与无人机碰撞仿真及试验验证

为有效支持无人机撞击飞机仿真分析，降低试验研究成本，开展无人机与某型运输类飞机风挡碰撞试验及有限元仿真方法研究。研究建立符合实际尺寸和曲面构型的风挡和无人机的建模方法；考虑到碰撞后风挡玻璃的裂纹萌生和扩展的不可预测性和复杂性，通过Python二次开发在风挡模型中玻璃单元间及玻璃层与胶层间嵌入零厚度内聚力单元，研究给出基于固有内聚力的风挡玻璃有限元模型。研究发现，对应工况的仿真结果与试验结果基本一致，证明内聚力模型应用在该仿真中的有效性。同时相对于常规的单元删除法，基于内聚力模型的仿真结果更加接近试验结果，证明所建立方法的精度更高。     

空域安全评估中的碰撞风险模型分析

碰撞风险研究是空域安全评估的关键内容。随着空中交通管理设备和技术的发展,碰撞风险的研究也深入展开。本文总结了国内外学者对碰撞风险模型的研究及应用,介绍了几种常用的碰撞风险模型或方法,包括概率论理论方法、Reich模型、EVENT模型、随机分析模型、交叉航路模型和模糊数学综合评价法,分析了各自优缺点,并对上述模型进行简要对比,为我国空域安全评估提供参考。     

简化碰撞模型对直升机桨叶扬起下坠动响应影响

采用含阻尼项的简化碰撞模型模拟铰接式旋翼桨叶与限动块之间碰撞时的碰撞力变化，并研究了桨叶扬起下坠动响应过程。运用Hamilton原理建立桨叶扬起下坠动力学方程，并采用Newmark积分法求解桨叶下坠过程的动响应。分析扭转弹簧刚度、阻尼比和积分步长对挥舞铰处碰撞力矩的影响，计算结果表明：扭转弹簧刚度增大1 000倍时，碰撞力矩的峰值相应增大22.0倍；阻尼比从0增大到0.05时，碰撞力矩的峰值增加10.4%；积分步长变小时，计算的精度有所提高，但计算效率却有所降低。     

含间隙太阳翼展开过程碰撞动力学研究

为了研究含铰间间隙太阳翼展开过程碰撞动力学特性,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立了铰间间隙的接触碰撞模型,并采用Coulomb摩擦模型考虑铰间间隙处的摩擦作用,将其嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,对一单翼小卫星太阳翼展开过程进行了动力学仿真,详细地研究了含间隙太阳翼展开过程中间隙引起的碰撞力的变化规律,包括间隙大小、展开速度以及间隙摩擦对太阳翼展开过程碰撞力的影响.研究结果对航天器在轨运行姿态、干扰因素和动力学特性有重要的参考价值.     

基于可达性分析的自主空中加油安全评估（英文）

自主空中加油(Autonomous aerial refueling,AAR)可以扩展飞机的航程和续航能力,为航空业带来巨大效益,对自主空中加油系统进行安全评估具有重要意义。本文采用可达性分析方法来评估系统安全性。由于系统不确定性,空中加油系统可视为一个随机系统,因此考虑概率可达性。由于可达性概率与碰撞概率有着密切的关系,本文利用可达性分析技术对自主空中加油系统的碰撞概率进行分析。然后,利用蒙特卡罗实验方法来获取碰撞概率。最后,通过仿真展示了所提出的安全评估方法的有效性。     

超高速碰撞可见光谱辐射强度测量技术

针对航天器防护技术及超高速碰撞物理现象研究需要,为超高速碰撞靶研制了超高速碰撞光谱辐射强度测量系统.笔者对该系统的设计和应用该系统对半无限靶碰撞可见光谱辐射强度测量结果进行了介绍.结果表面:所研制的可见光谱辐射强度测量系统满足超高速碰撞可见光谱辐射强度测量要求,并具有成本低、使用方便和易于扩展功能等特点.     

某型无人机着陆回收可行性研究

无人飞行器结构硬着陆或坠落时,碰撞过程有可能给飞行器结构带来损伤,影响飞行器重复使用.本文利用碰撞仿真技术,对无人飞行器硬着陆仿真方法进行了研究,分析了某型无人机硬着陆回收的可行性.建立了其着陆速度、着陆姿态角与过载的关系,该结果可用于该型无人机的修改设计及结构耐撞性能的评估.     

基于有限时间和不完备检测的飞机结构延迟模型(英文)

延迟模型是针对飞机结构的故障特点,通过优化飞机结构的维修活动,以达到维修成本最优化的一种有效方法。基于现有的延迟模型都是建立在无限时间跨度假设上的不足,提出和建立了有限时间跨度上的飞机结构不完备检测延迟模型。模型中考虑了飞机结构维修中存在不完备检测、检测门槛值和重复检测间隔等情况,使得延迟模型更加符合飞机结构维修的实际情况。针对模型的复杂性,采用非齐次泊松过程方法研究两次检测之间的更新概率,并采用Nelder-Mead单纯形法对模型进行了优化求解,最后,通过数值算例,验证了模型的合理性和有效性。     

多序列激光阴影成像技术研究及应用

为获取超高速碰撞过程中弹丸的飞行姿态及碰撞所产生的碎片云特性,开展了多序列激光阴影成像技术研究。利用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大和补偿滤光等技术解决了单色光带来的衍射和干涉噪声以及碰撞瞬间强烈的自发光干扰问题,并先后在碰撞靶上建立了2序列、4序列和8序列激光阴影成像系统。该系统可以获得最小间隔1μs、曝光时间10ns、像素1000万的多个不同时刻的超高速瞬态变化过程图像,并在超高速碰撞靶试验中得到应用,获得了2~7km/s 撞击速度时碎片云的多序列阴影图像,该序列图像清晰地描述了碎片云的轮廓发展变化过程。该技术以低成本的方式实现了超高速摄影机的功能,满足目前碰撞试验粒子的飞行姿态及碎片云显示需要,并可以应用于其它超高速瞬态过程测量及流场结构显示。     

雷达管制下进场前高度穿越对航路容量的影响分析

雷达管制条件下到场航空器需要持续下降高度,造成大量的高度层穿越,对航路容量有很大影响,对此展开分析研究具有实际价值。本文面向从巡航结束到进场点的飞行阶段,分析航空器高度穿越对航路容量的影响。首先概述国内外对航空系统容量的分析和研究现状;然后在雷达管制条件下,分析到场航空器高度变更对航路容量的影响,建立航路容量评估的简化模型;最后通过算例对模型进行仿真验证。分析结果对评估雷达管制下的航路容量具有参考价值。     

飞机在风切变场中的危险性评估及预警时间的确定

对飞机在风切变场中的危险性评估及预警时间的确定进行了研究。基于能量有概念,从飞机六自由度非线性方程出发,导出了比能量变化率和危险因子的完整表达式,通过灵敏度分析和仿真计算,描述了各个风矢量对能量的影响,为设计风切变探测器提供了理论依据。文中还用灰色系统理论分析了危险因子民实际之间的关系,证实了环境风场的危险程可用危险因子来判断的结论,并通过仿真飞机穿越几种不同风场时,不同的预警时间与飞机能耗的关     

飞机穿越微下击暴流风切变的智能控制

在应用模糊逻辑建模与辨识方法建立微下击暴流风切变模型的基础上，根据恒定俯仰姿态改出微下击暴流的飞行引导策略，提出了一种改出微下击暴流风切变的模糊反馈控制系统，并将遗传算法应用于该模糊逻辑控制器的设计。结果表明，本文提出的建模方法能够更真实地反映出飞机穿越微下击暴流风场的动态特性；采用模糊逻辑控制器，可使得飞机在穿越微下击暴流风场时具有较好的改出性能；另外，遗传算法的应用对已设计的模糊逻辑控制器进行了优化，进一步改善了飞机穿越微下击暴流的性能。     

空间碎片超高速碰撞问题的SPH方法模拟

采用Tillotson物态方程和Steinberg-Cochran-Guinan(SCG)本构模型,利用光滑粒子流体动力学方法对铝质球形弹丸和柱状弹丸超高速撞击薄铝靶作了数值模拟.对于球形弹丸,通过对比实验结果和计算结果,二者吻合得较好,表明SPH方法能很好地模拟弹丸超高速碰撞问题及碎片云的形成过程.不同长径比的柱状弹丸45o斜碰撞碎片云前端均有一个近似锥形的突出,随着碰撞倾角的增大,突出的锥形前端逐渐消失,喷射角迅速增大,当碰撞倾角达到75o时绝大部分弹丸质量发生了跳弹.比较三种弹丸,长径比大的弹丸对靶板的破坏能力更强.     

超高速碰撞碎片云的四序列激光阴影照相

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性,在中国空气动力研究与发展中心超高速所碰撞靶上发展了四序列激光阴影照相系统.该系统由YAG激光光源、阴影仪、成像系统和控制系统组成,在采用多光源空间分离、偏振分光、光束角放大、补偿式滤光等技术后,获得了撞击速度v=4. 6km/s时碎片云的四序列阴影照片.笔者对该系统的工作原理、调试情况及试验结果进行了介绍.调试及试验结果表明:(1)该系统可以获得最小间隔为1μs、曝光时间为10ns的4个不同时刻的超高速碰撞碎片云图像,满足碰撞试验中对碎片云照相的要求;(2)该技术可以发展为更多序列激光阴影照相系统,并应用于其它超高速瞬态过程的测量显示.     

含端部集中质量柔性梁与刚性约束间的碰撞振动(英文)

以基础受简谐激励的含端部集中质量柔性梁与双侧刚性约束边界的碰撞振动系统为研究对象 ,利用Galerkin方法和 Lagrange方法建立含三次非线性项的系统自由运动微分方程 ,采用 Newton碰撞定律建立碰撞方程 ,用数值方法分析了不同的激励频率或幅值 ,不同的约束间隔等参数对系统碰撞振动长期响应的影响 ,并通过Poincaré截面揭示了系统动力学行为的演变过程。结果表明 ,系统长期响应的性质取决于上述参数的联合作用。在所分析的激励参数边界范围内 ,系统存在一系列的周期运动经多次倍周期分叉直至混沌的演化过程及其逆过程。