第六章飞机总体参数优化 6.1飞机总体参数的多学科设计优化 6.1.1多学科设计优化的基本概念 飞机总体设计是一个复杂的系统工程,覆盖了多个学科的内容,例如空气动力学、结构 学,推进理论,控制论等。对某一个学科领域,进行计算分析和优化设计,可以建立起数学 模型和计算软件,对于复杂的工程系统,目前很难建立起统一的分析和优化的数学模型,只 能是各子系统模型和计算软件的“总装配”,这种装配式的设计必将是低效耗时和昂贵的, 它包括了大量的设计变量,性能状态变量,约束方程,各个系统模型相互交叉影响,各个设 计目标对设计变量的要求相互矛盾,子系统的构成可能是由不同领域的专家甚至在不同地点 来操作运行的

针对真实深海采矿环境下实时微地形超声探测声信号获取难的问题，设计并建立了一套能模拟真实深海采矿混响环境的超声探测实验系统.在对螺旋采掘头结构简化的基础上，利用Fluent模拟了螺旋采掘头与多组叶轮模型对水下流场的影响，对二者所得的水下流场进行比较后，确定所选叶轮模型能较好地反映真实采矿环境.随后针对叶轮模型，实验测量了泥沙垂向浓度分布，验证了设计模型的正确性.最后进行超声探测实验，结果表明，悬浮泥沙不仅对声波产生黏滞和吸收，而且会产生严重的混响干扰，通过该超声探测系统的时间增益补偿，可有效抑制混响干扰，增加目标检测概率.本项研究为深海采矿混响环境下的超声微地形探测提供了研究基础

以大冶铁矿为工程背景,采用相似材料模型实验和数值模拟计算相结合的方法,对深凹露天转地下开采高陡边坡的变形和破坏规律进行了系统研究.首先,模型相似实验中,采用百分表、压力传感器和近景摄影测量等手段监测模型的应力应变和破坏特征,对围岩位移和破坏裂纹进行系统分析,揭示了高陡边坡的变形和破坏基本规律.其次,采用有限差分软件,从地表沉降量、应力值变化和塑性区分布等方面与相似材料实验结果进行了对比分析.结果表明,高边坡竖向最大沉降为28.2mm,围岩破坏程度随着开采深度的增加递增,塑性区范围不断扩大,剪切破坏主要集中在两侧边坡的边脚部位.相似模型实验和数值模拟相结合可以较好地揭示深凹露天转地下开采过程中高陡边坡的变形和破坏基本特征,是一种较好的理论研究方法

针对以往分析凿岩机入射应力波为定值的情况,基于应力波在不同介质中传递原理,计算经过多次透射和反射到达缓冲活塞的应力波大小,并运用傅里叶级数推导入射应力波模型.采用应变片实验法测试入射应力波波形,依据实验结果对入射应力波模型进行修正.基于牛顿力学理论,构建双缓冲系统的蓄能器等效刚柔耦合模型和双缓冲机构模型.借助Matlab工具,分析缓冲活塞运动规律以及一、二级缓冲腔压力变化规律.采用多目标优化方法对双缓冲系统的性能参数进行优化,获得双缓冲系统性能参数的最优参量:缓冲流量8.5 L·min-1、环形间隙0.017 mm、蓄能器初始充气压力2.3 MPa以及工作压力7.6 MPa

5G标准下的蜂窝网络正在向异构化、超密集化的方向发展，传统的基于六边形网格模型的研究方法较为理想化且并不精确，越来越不适用于如今的异构网络.针对这个问题，目前常用的方法是使用基于随机几何的泊松点过程来研究异构网络的基站部署，这种方法假设基站的空域分布完全随机，因此得到了覆盖概率的理论下界.但是由于宏蜂窝边缘（盲区）以及热点地区（忙区）等特殊区域中，站点的分布可能形成簇，此时，基于泊松点过程的空域分布将不再准确.针对这个问题，本文使用泊松簇过程研究三层异构蜂窝网络的基站部署与规划.首先，提出基于泊松簇过程的基站部署系统模型，讨论了基于簇分布的基站形成过程；其次，在充分分析用户受到的聚集干扰基础上，采用基于瞬时信干噪比的小区选择机制，推导出了中断概率模型，并讨论了三种特殊条件下的中断概率；最后，通过仿真对比分析了基于泊松簇过程与泊松点过程的中断概率的差异以及信干噪比阈值变化时的中断概率的变化曲线，证明了基于簇的空域基站部署具有更低的中断概率

随着无人工厂、智能安监等技术在制造业领域的深入应用，以视觉识别预警系统为代表的复杂环境下动态识别技术成为智能工业领域的重要研究内容之一。在本文所述的工业级视觉识别预警系统中，操作人员头发区域由于其具有移动形态非规则性、运动无规律性的特点，在动态图像中的实时分割较为困难。针对此问题，提出一种基于SiamMask模型的时空预测移动目标跟踪算法。该算法将基于PyTorch深度学习框架的SiamMask单目标跟踪算法与ROI检测及STC时空上下文预测算法相融合，根据目标时空关系的在线学习，预测新的目标位置并对SiamMask模型进行算法校正，实现视频序列中的目标快速识别。实验结果表明，所提出的算法能够克服环境干扰、目标遮挡对跟踪效果的影响，将目标跟踪误识别率降低至0.156%。该算法计算时间成本为每秒30帧，比改进前的SiamMask模型帧率每秒提高3.2帧，算法效率提高11.94%。该算法达到视觉识别预警系统准确性、实时性的要求，对移动目标识别算法模型的复杂环境应用具有借鉴意义

针对采用以太网控制自动化技术(EtherCAT)工业总线的感应电机交-直-交变频矢量控制系统的入侵检测技术进行了研究. 首先通过对EtherCAT总线协议进行深度解析, 结合目前为止已经发现的EtherCAT工业总线常见协议漏洞, 提取协议数据包的关键特征并构建EtherCAT总线协议入侵检测规则库, 采用三维指针链表树作为针对EtherCAT总线协议规则库的检索数据结构; 其次, 根据感应电机交-直-交变频矢量控制系统的物理模型, 进行模型参数仿真计算, 并根据仿真计算值, 构建矢量控制模型入侵特征的最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LSSVM)分类器, 使用混沌粒子群优化(choatics particle swarm optimization, CPSO)算法对分类器的参数进行优化, 二者共同构成了CPSO-LSSVM入侵检测分类算法. 异常数据包在被分类后, 会被传递给Suricata入侵检测引擎进行精确规则匹配; 最后为该入侵检测系统搭建物理实验环境, 经过测试, 本文中的交-直-交变频矢量控制模型仿真结果动态性能良好, 与实际矢量控制系统参数的波形变化趋势相近. 通过抽取KDD Cup99测试数据集中的一部分对该入侵检测系统实施DOS攻击、R2L、U2R以及PROBING攻击行为, 验证该入侵检测系统的有效性

通过对镍铁冶炼生产工艺中物质流和能量流平衡过程研究,获得了镍铁冶炼工艺中各个环节热量的利用率和损耗情况,以及红土矿、还原剂和熔剂在各部分中反应率,并分析了红土矿和镍铁合金中Ni含量对炉渣中镍铁成分的影响.构建针对镍铁冶炼工艺系统的总体物质流和能量流计算模型,在保证系统总体计算模型的前提下,又具有协同各子工艺系统的物质流和能量流计算模型的功能.依据各子工艺系统中物质流和能量流的关联性,计算烟气和炉气的利用率及热量损失,并利用VB软件对冶炼工艺流程计算软件进行开发

设计建立了一套以水为工质的分离式热管系统实验台,系统冷凝端采用水冷套管式换热器.在此实验台基础上研究了不抽真空、有大量不凝性气体存在于分离式热管的凝结放热问题,测定了在不同的入口蒸汽温度、循环蒸汽流量、冷却水进口温度及流量条件下混合气体在圆管内凝结换热的情况,分析了这些参数对换热过程的影响.同时,还对套管内含高分压不凝性气体——空气——的水蒸汽凝结换热物理模型进行了研究,并建立了相应的数学模型.模型中除了质量守恒、动量守恒、能量守恒和界面控制方程外,还增加了流动扩散和凝结控制方程.模型结果显示蒸汽放热量与实验测定值基本吻合,偏差在8%~15%之间

表面张力是矿物棉生产的重要参数，直接影响到配料和工艺参数的选择.通过实验测量并建立模型预报系统研究了以高炉渣为主要原料制备矿物棉时熔体的表面张力.首先测量了SiO2（40%-60%）-Al2O3（5%-20%）-CaO（20%-30%）-MgO（5%）四元系的表面张力，其值处于350-500 m·m-1之间；然后结合文献报道的表面张力数据，利用人工神经网络技术建立了SiO2（35%-60%）-Al2O3（5%-20%）-CaO（20%-45%）-MgO（0-10%）四元渣系的表面张力预报模型.该模型对成分范围内的表面张力预报平均误差为9.32%，预报精度较高，可以预报矿物棉熔体成分范围内的表面张力