一种基于机载数据的民用航空器飞行阶段划分方法

作者： 王兵   张颖   谢华   李杰   来源： 交通运输工程学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 民用航空器   飞行阶段划分   飞行状态特征   垂直运动态势划分   机载QAR航迹   DBSCAN方法  

描述： 为有效解决民用航空器的机载快速存取记录器(QAR)航迹数据中飞行阶段出现错误划分的情况，通过航空器气动构型和垂直运动态势变化提出了飞行阶段重新划分方法，具体分为4个步骤：数据预处理、垂直运动态势划分、飞行状态特征模型构建和飞行阶段重新划分；使用基于DBSCAN的局部遍历聚类方法对气压高度变化趋势进行聚类分析，划分垂直运动态势，并通过设置有效态势最短持续时间解决气压高度的局部抖动问题；考虑不同机型在不同飞行阶段时的襟翼位置和操纵各不相同，场面滑行时的场压抖动以及空速表在低速滑行时数值不准确等因素，根据航空器襟翼位置开关、起落架位置、地速和垂直态势等状态参数建立适合所有机型的飞行状态特征模型，并对QAR航迹划分飞行状态特征段；建立各飞行阶段与飞行状态特征的关系模型，结合起落架空地逻辑将所有飞行状态特征段识别为对应的飞行阶段。以3个典型的样本航班为例，计算结果表明：航班包含复飞在内的所有飞行阶段均被有效识别和划分，并与航空器飞行时的襟翼和起落架状态保持一致，原QAR数据中的飞行阶段错误划分问题得到有效解决；对272 268个航班的QAR航迹进行了飞行阶段重新划分，成功率为99.7%,起飞、初始爬升、进近和着陆等非光洁构型飞行阶段的平均历时分别为0.6、1.9、6.1和4.0 min,平均距地高度分别为54、3 680、6 030和2 500 ft,符合航班实际运行规律。可见，所建立的飞行阶段重新划分方法可适用于大批量航班，为民用航空器的飞行阶段特征分析提供技术支撑。

改进的航空遥测信道探测

作者： 李赛   党小宇   郝崇正   李杰   来源： 航空学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 滑动相关器   动态范围   信道探测   ZC序列   航空遥测信道  

描述： 滑动相关器被广泛应用于信道特性的测量，但航空遥测信道的大延迟衰落会严重限制测量系统的测量性能，甚至测量无法完成。为了更加精确地测量航空遥测信道，本文提出一种基于Zadoff-Chu(ZC)序列的滑动相关器，研究其在航空遥测信道测量系统中的信道测量能力。与传统分析方法不同，首先从频域给出测量系统中每个干扰分量的解析表达，然后给出多径环境下的平均动态范围，最后分别基于ZC序列根、归一化滑动因子、信噪比(SNR)和测量序列长度等干扰因素的仿真分析每个干扰分量对测量性能的影响。仿真结果表明：所提的滑动相关器会明显抑制由加性噪声产生的干扰，且在归一化滑动因子大于2和信噪比大于10 dB时，测量性能比传统滑动相关器至少提高2 dB,因此所提滑动相关器的滑动相关峰会更加明显，能更利于航空遥测信道中每条多径分量的检测。

基于速度分配的航空器绿色滑行优化

作者： 孙若飞   李杰   万莉莉   杨好天   来源： 科学技术与工程 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 滑行优化   滑行路径   尾气排放   滑行成本   速度分配  

描述： 针对航班量过快增长以及机场容量限制导致的机场滑行道拥堵问题，在航空器滑行路径优化的基础上，提出一种基于遗传算法和Yen算法的速度优化方法。首先规定速度变化剖面，以滑行时间和尾气排放为目标，以最大滑行速度和加速度为决策变量，考虑机场滑行规则和滑行限制设定约束条件，建立滑行路径和速度的优化模型；然后利用Yen算法对浦东机场16架航空器的滑行路径进行预筛选，为每个航空器分配3条路径；最后利用遗传算法进行仿真求解，依据最小滑行成本得到最优的滑行路径和速度分配方案。结果表明：优化后的滑行时间降低21.82%,尾气排放降低27.17%,滑行成本降低25.77%,且未产生冲突。可见所建立的优化模型和方法对提高场面运行效率和减少航空污染具有一定的可行性。

改进的航空遥测信道探测

作者： 李赛   党小宇   郝崇正   李杰   来源： 航空学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 滑动相关器   动态范围   信道探测   ZC序列   航空遥测信道  

描述： 滑动相关器被广泛应用于信道特性的测量，但航空遥测信道的大延迟衰落会严重限制测量系统的测量性能，甚至测量无法完成。为了更加精确地测量航空遥测信道，本文提出一种基于Zadoff-Chu(ZC)序列的滑动相关器，研究其在航空遥测信道测量系统中的信道测量能力。与传统分析方法不同，首先从频域给出测量系统中每个干扰分量的解析表达，然后给出多径环境下的平均动态范围，最后分别基于ZC序列根、归一化滑动因子、信噪比(SNR)和测量序列长度等干扰因素的仿真分析每个干扰分量对测量性能的影响。仿真结果表明：所提的滑动相关器会明显抑制由加性噪声产生的干扰，且在归一化滑动因子大于2和信噪比大于10 dB时，测量性能比传统滑动相关器至少提高2 dB,因此所提滑动相关器的滑动相关峰会更加明显，能更利于航空遥测信道中每条多径分量的检测。

一种基于机载数据的民用航空器飞行阶段划分方法

作者： 王兵   张颖   谢华   李杰   来源： 交通运输工程学报 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 民用航空器   飞行阶段划分   飞行状态特征   垂直运动态势划分   机载QAR航迹   DBSCAN方法  

描述： 为有效解决民用航空器的机载快速存取记录器(QAR)航迹数据中飞行阶段出现错误划分的情况，通过航空器气动构型和垂直运动态势变化提出了飞行阶段重新划分方法，具体分为4个步骤：数据预处理、垂直运动态势划分、飞行状态特征模型构建和飞行阶段重新划分；使用基于DBSCAN的局部遍历聚类方法对气压高度变化趋势进行聚类分析，划分垂直运动态势，并通过设置有效态势最短持续时间解决气压高度的局部抖动问题；考虑不同机型在不同飞行阶段时的襟翼位置和操纵各不相同，场面滑行时的场压抖动以及空速表在低速滑行时数值不准确等因素，根据航空器襟翼位置开关、起落架位置、地速和垂直态势等状态参数建立适合所有机型的飞行状态特征模型，并对QAR航迹划分飞行状态特征段；建立各飞行阶段与飞行状态特征的关系模型，结合起落架空地逻辑将所有飞行状态特征段识别为对应的飞行阶段。以3个典型的样本航班为例，计算结果表明：航班包含复飞在内的所有飞行阶段均被有效识别和划分，并与航空器飞行时的襟翼和起落架状态保持一致，原QAR数据中的飞行阶段错误划分问题得到有效解决；对272 268个航班的QAR航迹进行了飞行阶段重新划分，成功率为99.7%,起飞、初始爬升、进近和着陆等非光洁构型飞行阶段的平均历时分别为0.6、1.9、6.1和4.0 min,平均距地高度分别为54、3 680、6 030和2 500 ft,符合航班实际运行规律。可见，所建立的飞行阶段重新划分方法可适用于大批量航班，为民用航空器的飞行阶段特征分析提供技术支撑。

基于自适应模拟退火算法的航空电磁阀优化研究

作者： 李杰   牛惠萌   赵世明   闫柯朴   李越   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 数学模型   航空发动机   电磁阀   参数优化   自适应模拟退火算法  

描述： 电磁阀是组成航空发动机数字电子控制系统的重要部件，其响应的快速性是制约航空发动机数字电子控制系统性能的重要因素。根据某型航空电磁阀的设计原理构建了一种电磁阀数学模型，并使用设计参数及实际的试验、试车数据对所建成的航空电磁阀数学模型进行了验证。验证结果显示，所设计的电磁阀数学模型具有较高的动静态的精度，在此基础上，设计了一种基于自适应模拟退火算法的航空电磁阀优化方法，并对电磁阀的线圈匝数、阀芯质量、工作气隙的宽度和模型管直径等4个重要参数进行了优化。研究结果证实，相比于原设计方案，参数优化后的电磁阀开启响应时间缩短了50%，关闭响应时间缩短了45.4%。

基于融合算法的航空发动机涡轮前温度最优控制

作者： 李杰   李润然   张志新   贾渊杰   孙姣姣   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性规划算法   航空发动机   小生境遗传算法   混合算法   涡轮前温度  

描述： 涡轮前温度是航空发动机的关键控制参数之一，在保持发动机推力不变的前提下，降低涡轮前温度可以有效提高发动机使用寿命，涡轮前温度最优控制是降低涡轮前温度的有效技术途径。本文研究了航空发动机涡轮进口温度的在线优化问题，并根据该优化问题的特点，提出了一种基于小生境遗传算法（NGA）与非线性规划（NLPQL）相结合的混合优化算法。数值仿真研究结果表明，虽然NLPQL计算速度快，但对涡轮进口温度的降低效果较差，NGA具有全局收敛能力，优化效果较好，但计算耗时较长。NGA和NGA-NLPQL混合算法在飞机全飞行包线内可分别降低涡轮前温度27.35K和27.19K，但与NGA相比，NGA-NLPQL混合算法节省了74.6%的计算时间。因此，所提出的NGANLPQL混合算法是一种效果更好、实时性更优的航空发动机涡轮前温度在线优化方法。

基于自适应模拟退火算法的航空电磁阀优化研究

作者： 李杰   牛惠萌   赵世明   闫柯朴   李越   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 数学模型   航空发动机   电磁阀   参数优化   自适应模拟退火算法  

描述： 电磁阀是组成航空发动机数字电子控制系统的重要部件，其响应的快速性是制约航空发动机数字电子控制系统性能的重要因素。根据某型航空电磁阀的设计原理构建了一种电磁阀数学模型，并使用设计参数及实际的试验、试车数据对所建成的航空电磁阀数学模型进行了验证。验证结果显示，所设计的电磁阀数学模型具有较高的动静态的精度，在此基础上，设计了一种基于自适应模拟退火算法的航空电磁阀优化方法，并对电磁阀的线圈匝数、阀芯质量、工作气隙的宽度和模型管直径等4个重要参数进行了优化。研究结果证实，相比于原设计方案，参数优化后的电磁阀开启响应时间缩短了50%，关闭响应时间缩短了45.4%。

基于融合算法的航空发动机涡轮前温度最优控制

作者： 李杰   李润然   张志新   贾渊杰   孙姣姣   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 非线性规划算法   航空发动机   小生境遗传算法   混合算法   涡轮前温度  

描述： 涡轮前温度是航空发动机的关键控制参数之一，在保持发动机推力不变的前提下，降低涡轮前温度可以有效提高发动机使用寿命，涡轮前温度最优控制是降低涡轮前温度的有效技术途径。本文研究了航空发动机涡轮进口温度的在线优化问题，并根据该优化问题的特点，提出了一种基于小生境遗传算法（NGA）与非线性规划（NLPQL）相结合的混合优化算法。数值仿真研究结果表明，虽然NLPQL计算速度快，但对涡轮进口温度的降低效果较差，NGA具有全局收敛能力，优化效果较好，但计算耗时较长。NGA和NGA-NLPQL混合算法在飞机全飞行包线内可分别降低涡轮前温度27.35K和27.19K，但与NGA相比，NGA-NLPQL混合算法节省了74.6%的计算时间。因此，所提出的NGANLPQL混合算法是一种效果更好、实时性更优的航空发动机涡轮前温度在线优化方法。