正如《空中交通管理总体规划》(SESAR,2015 年)中所述,重大变化将影响未来欧洲空中交通的处理方式。而在 20 年内,空中交通量应该会翻一番,同时地面和空中的延误应该会减少 30%。总体安全性也应该得到改善。与使用标准航路不同,实施 4D 航迹将确保航班“尽可能长时间地沿着几乎不受限制的最佳航迹飞行 [...] 以非常准确地满足指定点的到达时间”(SKYbrary,2017a)。为了能够处理这些创新,空中交通管制员 (ATCO) 需要适当的工具,尤其是用于可视化 4D 航迹的工具。开发安全关键工作环境领域的软件非常具有挑战性,因为操作错误可能会导致致命事故。有必要尽可能密切地与用户组合作,了解他们的需求,并开发出有机会被这些专家用户接受的解决方案。在研究项目 VAST(虚拟空域和塔台)中,将探索可视化和声音化复杂空中交通场景的新概念。该团队遵循以用户为中心的设计流程(Nor-man,2013),并开发了三个低保真原型,以便尽早与 ATCO 一起对其进行评估
在本研究中,我们研究了一种用于模拟小型卫星的多保真框架。考虑到数字孪生的概念,我们的工作重点是处理持续的实时数据流。为此,我们调查了当前的时间序列多保真建模方法和低保真替代模型。多保真方法用于将低保真替代模型与高保真模型相结合。作为高保真模型,我们假设使用先前研究过的有限元模型。作为低保真模型,我们研究了基于自回归和循环神经网络的模型。通过协同克里金法,低保真度数据通过综合校正由高保真度数据校正,其中参数通过高斯过程给出,以执行不确定性量化。作为一种应用,提出了小型卫星的热模拟,以及将该框架与稀疏遥测数据结合使用。这种在线统计方法旨在提供一种执行故障检测的工具。
与所述低保真方法提供的机会相比,高保真几何方法可能带来的部件疲劳寿命增加很小,而且投资成本要高得多。使用典型的航空航天制造公差范围进行的简单评估表明,部件寿命增量为±5%。这比低保真方法低两个数量级,但投资和所需数据量却大幅增加。这是因为固有材料疲劳性能取决于分子水平的部件几何形状。如果这是可能的,那么对任何飞机部件进行这种详细程度的扫描都会产生大量的数据;飞机结构由多少个部件组成,有多少个自由度?
与所述低保真方法提供的机会相比,高保真几何方法可能增加的部件疲劳寿命很小,而且投资成本要高得多。使用典型的航空航天制造公差范围进行的简单评估表明,部件寿命存在±5%的差异。这比低保真方法低了两个数量级,但投资和所需数据量却大幅增加。这是因为固有的材料疲劳性能取决于分子水平的部件几何形状。如果这是可能的,那么对飞机部件进行任何这种详细程度的扫描都会产生大量的数据;飞机结构由多少个部件组成,有多少个自由度?
在海洋工程中,计算流体动力学(CFD)模型对于模拟时间敏感的情况至关重要,例如预测溢油以及在海上进行搜索和救援操作。因此,创建可以有效,准确模拟实时数据的CFD模型至关重要。当前的CFD模型分为两类:慢速且计算上昂贵但准确的细化高保真模型,并且速度快,便宜但通常不准确。为了开发一个平衡计算成本和准确性的模型,我们建议使用稀疏变分高斯工艺进行闭合建模。我们模拟了二维流体流的理想情况,并通过圆柱障碍物越过,并增强了具有三种高保真模型的三种不同离散化的低保真模型。在所有离散化中,我们的增强低保真度模型保留了与高保真模型的高度准确性和相似性,并且与标准的低保真模型相比,误差明显少得多。因此,我们发现高斯过程可以有效地用于闭合流体流量。
主要研究内容如下。开发了内部定型程序AMD-Sizing,以准确预测从起飞到着陆的任务剖面。为了验证定型过程的准确性,用AMD-Sizing程序分析了现有飞机庞巴迪Dash-8的任务剖面,并与AAA商用定型软件的结果进行了比较。比较结果表明,在整个任务剖面中,系统重量和性能的估计具有极好的一致性。与主要基于低保真表查找和由统计数据构成的经验模型的典型定型过程不同,AMD-Sizing的一大优势在于它可以集成更高保真度的子学科分析,包括CFD(计算流体动力学)或CSD(计算结构动力学),以提高概念设计的准确性和可靠性。目前,AMD-Sizing得到了进一步改进,用高保真CFD分析或精度较低的线性势流求解器取代了低保真气动分析。此外,通过集成数学设计优化算法,当前的尺寸程序也得到了增强,成为更全面的概念设计框架。可以通过引入与形状相关的设计参数来参数化表面几何形状,并通过参数关系自动修改。因此,可以通过正式的设计优化过程找到飞机或任务轮廓的最佳配置。要充分利用
摘要 航空业的动态决策涉及在目标冲突和时间限制等动态环境中解决复杂问题。培训主要侧重于测试领域特定知识和技能,这些知识和技能可能会导致特定于情境的技能而非一般的问题解决技能。低保真决策模拟可能有利于理解决策过程而不仅仅是决策结果。我们通过使用低保真计算机模拟(微观世界)COLDSTORE,一项非线性、不透明、延时任务,调查了航空公司飞行员的决策策略和任务表现。几乎百分之三十的飞行员适应(适应者)任务的要求,达到了预期目标。大约百分之三十五的飞行员采用谨慎策略(谨慎)完成任务。然而,达到任务目标的成功率表明,谨慎组的表现受到影响。还观察到变化(改变者)和振荡(振荡者)方法。经验更丰富的飞行员与经验最少的飞行员在所采用的策略和表现方面有所不同。我们认为低逼真度动态决策模拟提供了一个练习和理解决策过程的环境。这可能有助于提高飞行员在飞行环境时间限制下协调监控、识别、规划、判断和选择的能力。
考虑各种设计、运行条件和环境因素的声学效应,有效计算垂直起降场环境中的城市空中交通噪声足迹,对于在早期阶段限制噪声对社区的影响至关重要。为此,作者在 Fuerkaiti 等人 (2022) [ 11 ] 中提出了计算效率高的低保真方法,并将其扩展为计算飞机在一般 3D 环境中的噪声足迹。直射线传播器被高斯波束追踪器取代,该追踪器考虑了复杂的源方向性、3D 变化地形拓扑和风廓线。作者在之前的研究中已经验证了高斯波束追踪器的可靠性。在本文中,它进一步扩展为包括存在移动介质时的复杂源方向性。使用低保真工具链获得的噪声源存储在围绕飞机的球体上,并通过不均匀的各向异性大气传播。比较了针对不同地形拓扑结构、源方向性和风流条件预测的噪声足迹。结果表明,与平坦地形相比,对于所研究的情况,由于多次反射,建筑块在照明区域中使地面噪声水平增加了 5 dB;它们还通过在建筑物后面创建阴影区来屏蔽传入的声场。在静止的大气中,屏蔽作用随着频率的增加而增强。 变化
本文提出了一种基于全局-局部建模方法的轻型结构多尺度优化策略。该方法应用于民用飞机的实际机翼结构。机翼的初步设计可以表述为一个约束优化问题,涉及结构不同尺度的几个要求。所提出的策略有两个主要特点。首先,通过包括每个问题尺度上涉及的所有设计变量,以最一般的意义来表述问题。其次,考虑两个尺度:(i)结构宏观尺度,使用低保真度数值模型;(ii)结构中观尺度(或组件级),涉及增强模型。特别是,结构响应在全局和局部尺度上进行评估,避免使用近似分析方法。为此,完全参数化的全局和局部有限元模型与内部遗传算法相连接。仅为结构中最关键的区域创建精炼模型,并通过专用子建模方法链接到全局模型。