机器学习在航空发动机排气温度预测中的应用研究

作者： 易文川   王兴   王翔   唐庆如   来源： 舰船电子工程 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   机器学习   性能评估   排气温度   预测算法  

描述： 排气温度是优化发动机性能和排放的关键参数，目标是在预测排气温度的基础上评估四种经典机器学习回归算法，即人工神经网络、随机森林、支持向量回归和门控循环单元。燃油流量、滑油压力和转速是模型输入，所有的机器学习模型在可接受的误差范围内预测了排气温度。相互比较时，门控循环单元的预测精度最高，但它通常需要高质量的无噪声数据；随机森林的精度最低，但需要的计算资源最少；支持向量回归在耗费高计算资源的前提下保证了较好的预测精度；人工神经网络是最合适的预测算法，但它存在繁琐的超参数调整过程。结果表明，经过良好训练的机器学习模型可以准确预测航空发动机排气温度，同时也有助于优化发动机性能、排放和寿命。

基于航空发动机工况的叶尖间隙智能预测方法

作者： 杨阳   张建超   项洋   陆海鹰   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 叶尖间隙   特征提取   机器学习   零维仿真   空气系统  

描述： 在实际工程中保持航空发动机高效运行的有效措施之一是应用叶尖间隙主动控制技术，其前提是建立精确的叶尖间隙模型以实现叶尖间隙预测。建立叶尖间隙的简化物理模型和数学模型，将叶尖间隙计算转化为热变形与传热问题，通过机器学习模型对发动机工况参数进行特征提取，利用有效特征求解传热问题的边界，从而实现基于发动机工况参数快速预测实时叶尖间隙。机器学习模型的十折交叉验证集的平均准确率为98.9%，叶尖间隙模型的验证误差为4.3%，得到了不同工况下的叶尖间隙计算结果和冷气流量大小变化规律，计算耗时小于0.03s。

基于XGBoost的航空器动态滑行时间预测方法研究

作者： 赵征   冯事成   宋梅雯   胡莉   陆莎   来源： 航空工程进展 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 机器学习   XGBoost   动态滑行时间   航空运输   样本量  

描述： 对航空器进港和离港滑行时间进行精确的动态预测,可以有效提升机场的运行效率。首次提出基于XGBoost的航空器动态滑行时间预测方法,该方法首先通过分析影响机场滑行时间的各类因素,构建可变滑行时间预测的关键特征指标;然后选取XGBoost算法建立可变滑行时间预测模型,对模型的关键输入参数进行测试调整;最后将XGBoost算法与随机森林和支持向量回归算法的预测效果进行对比。同时,首次剖析样本数据量与滑行时间预测精度的关联,并以广州白云国际机场为分析对象进行实验。结果表明:采用XGBoost算法,进/离港滑行时间的预测精度分别达到了94.1%和96.6%,优于主流算法随机森林和支持向量回归;且实现白云机场动态滑行时间的精确和稳定预测所需样本量在32 000条(含)以上。

航空器爬升与下降阶段4D航迹预测

作者： 赵元棣   李科频   朱文心   来源： 科学技术与工程 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 长短期记忆网络   4D航迹预测   循环神经网络   机器学习   航空运输  

描述： 准确的4D航迹预测可以在冲突探测与解脱、航迹优化和空中交通流量管理等多个领域发挥重要作用。为提高预测的准确性，提出了基于机器学习的航空器4D航迹预测方法。首先，利用爬升阶段提取研究指标，构建循环神经网络(recurrent neural network, RNN)和长短期记忆网络(long short/term memory, LSTM);其次，在下降阶段进行数据维度拓展，构建RNN、LSTM模型进行航迹预测；最后，对各个维度上的预测航迹点和实际航迹点的误差进行分析。仿真结果表明，爬升阶段模型和下降阶段模型对于航空器位置预测准确性高，展现了航迹预测模型的良好鲁棒性。

机器学习在航空发动机排气温度预测中的应用研究

作者： 易文川   王兴   王翔   唐庆如   来源： 舰船电子工程 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   机器学习   性能评估   排气温度   预测算法  

描述： 排气温度是优化发动机性能和排放的关键参数，目标是在预测排气温度的基础上评估四种经典机器学习回归算法，即人工神经网络、随机森林、支持向量回归和门控循环单元。燃油流量、滑油压力和转速是模型输入，所有的机器学习模型在可接受的误差范围内预测了排气温度。相互比较时，门控循环单元的预测精度最高，但它通常需要高质量的无噪声数据；随机森林的精度最低，但需要的计算资源最少；支持向量回归在耗费高计算资源的前提下保证了较好的预测精度；人工神经网络是最合适的预测算法，但它存在繁琐的超参数调整过程。结果表明，经过良好训练的机器学习模型可以准确预测航空发动机排气温度，同时也有助于优化发动机性能、排放和寿命。

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

作者： 王红勇   郭宇鹏   来源： 交通运输系统工程与信息 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 自由航路空域   空中交通管理   空中交通复杂性   航空运输   航空器自主保持间隔运行  

描述： 针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题，本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法，并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先，基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性，在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上，构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、航速对空域各栅格的实时复杂性影响；其次，基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层，分别模拟自由航路与固定航路运行模式，对比两者空中交通复杂度时空分布差异；并结合自由航路运行模式，在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上，研究空域复杂度阈值确定方法；最后，初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法，评估其运行效果。仿真实验结果表明：自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%)；模型计算得到，空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性(相关系数大于0.90)；基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。

基于航空器自主运行的空中交通复杂性建模

作者： 王红勇   郭宇鹏   来源： 交通运输系统工程与信息 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 自由航路空域   空中交通管理   空中交通复杂性   航空运输   航空器自主保持间隔运行  

描述： 针对航空器自主运行模式的空中交通运行态势评估问题，本文重构了基于分布式空中交通管理系统的空中交通复杂性评价方法，并仿真验证了该方法在航空器冲突探测和自主航迹规划中的应用。首先，基于自由航路空域和航空器自主运行模式定义了空中交通复杂性，在通过三维空域栅格模型量化航空器时空位置的基础上，构建复杂度计算模型以反映航空器位置、航向、航速对空域各栅格的实时复杂性影响；其次，基于实际管制扇区(ZSSSAR01)及高度层，分别模拟自由航路与固定航路运行模式，对比两者空中交通复杂度时空分布差异；并结合自由航路运行模式，在空中交通复杂性与航空器冲突指标(冲突率、冲突比例)相关性分析的基础上，研究空域复杂度阈值确定方法；最后，初步探究基于空域复杂度阈值进行航空器自主航迹调整的方法，评估其运行效果。仿真实验结果表明：自由航路运行模式相对固定航路运行模式可显著降低空域最大复杂度值(平均降幅119%)；模型计算得到，空中交通复杂度与空域中航空器冲突指标有强相关性(相关系数大于0.90)；基于复杂度和复杂度阈值的航迹调整策略具备一定可行性。

考虑驾驶方式的车辆与航空器交叉冲突评估

作者： 康瑞   杨凯   来源： 中国安全生产科学技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 空中交通管理   驾驶方式   交叉运行   风险评估   航空安全  

描述： 为量化不同驾驶方式下车辆与航空器行驶风险，提出车辆与航空器交叉运行冲突评估模型，该模型将特种车辆驾驶方式分为激进、稳定、保守3类，综合驾驶特性和管制规则定义车辆速度演化规律，结合运行场景、间隔配备等要素确定冲突条件，并基于航空器与车辆实时速度、位置变化构造冲突评估模型。研究结果表明：冲突评估模型能够计算车辆与航空器在十型交叉口的冲突概率；激进方式下车辆先于航空器通过交叉口，风险概率均值相对最大，为0.679;保守方式下航空器先于车辆通过交叉口，最大间隔是安全间隔的4.7倍；稳定驾驶方式可兼顾安全和效率。本文模型能再现十型道口车辆与航空器交叉运行冲突产生、发展及解脱过程，计算结果可用于场面实时冲突识别和预警，能够为机场危险源识别和风险管控提供依据。

基于点融合进近的航空器进场4D航迹规划

作者： 王建忠   王超   张宝成   来源： 科学技术与工程 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： 遗传算法   空中交通管理   航迹规划   4D航迹   点融合进近  

描述： 点融合进近是一种全新的进近技术,对点融合进近中的航空器进场4D航迹规划方法进行了研究。根据点融合进近运行的特点,提出航空器航迹预测方法。以总延误时间最少和着陆次序调整最小为目标建立4D航迹规划模型;并采用遗传算法进行了求解。通过仿真计算,比较了先到先服务与此规划方法的差别。比较结果表明,4D航迹规划方法可以有效提高终端区运行效率。

考虑等待位置的航空器交叉滑行冲突概率模型

作者： 康瑞   杨凯   来源： 中国安全生产科学技术 年份： 2019 文献类型 ： 期刊 关键词： 空中交通管理   等待位置   交叉滑行   冲突概率   航空安全  

描述： 为解决交叉道口冲突范围定义不完整等问题,提出了航空器交叉滑行冲突概率模型。该模型针对交叉滑行道结构特点,以T型交叉口为例,综合等待位置、机身长度、喷流范围等要素,扩展冲突区域,基于实时速度、位置变化构造冲突概率模型,并利用速度分布密度函数对模型求解。仿真验证表明:模型能计算不同运动状态的中型机在T型交叉口处的冲突概率,T型道口等待位置对冲突概率影响较大,等待位置较近将造成冲突判断延迟,等待位置较远会产生虚警误判,致使滑行中断。利用实际滑行轨迹验证,结果表明:模型能够再现T型道口上2架中型机滑行冲突产生、发展及解脱过程,计算结果与实际运行情况一致,能为管制员、飞行员提前判断冲突,及时采取措施提供依据。