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  • 1  航天器模型预测控制方法综述
    沈强,赵泽阳,康泽禹,张祎
    2023, 55(6):941-955. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.06.001
    [摘要](414) [HTML](253) [PDF 873.56 K](674)
    摘要:
    随着人类航天活动的增加,空间任务正朝着需要满足多重约束和高性能的方向发展。模型预测控制(Model predictive control, MPC)得益于其在处理约束优化问题上的能力,近年来已在航天器控制中得到了广泛研究。本文首先回顾了MPC的发展历程,并基于该方法的基本形式,对其在航天器中的应用做了分类研究。然后,针对空间环境中的不确定性,依次总结鲁棒和随机两种MPC方法以及它们在航天器上的应用情况。在此基础上,考虑到航天器的安全性问题,总结现有研究中关于避障和容错的预测控制方法。针对MPC方法计算量大的缺陷,本文也从控制器的求解策略和求解方式出发,梳理了具有高计算效率的模型预测控制方法,包括分散式/分布式方法以及显式方法。最后,根据航天器的当前实际需求和未来发展,为MPC方法在航天器控制中的进一步研究提出了几点建议。
    2  面向6G移动通信的可重构智能反射表面技术研究综述
    虞湘宾,于凯,钱盼盼
    2023, 55(5):745-756. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.05.001
    [摘要](512) [HTML](283) [PDF 1.21 M](833)
    摘要:
    伴随移动通信技术的迅猛发展,复杂多变环境和高能耗将是当前以及未来移动通信面临的主要问题,低能耗、高效通信环境自适应调整将是移动通信技术发展的必经之路。可重构智能反射表面(Reconfigurable intelligent surface, RIS)技术的发展,为移动通信提供了低能耗、通信环境自适应可重构服务,满足了复杂通信场景下多样化设备服务需求。本文首先对RIS技术从原理、特点、优势等方面进行了概述;然后针对RIS具体的应用场景,对RIS技术优势进行总结;最后在现有工作基础上,总结了RIS技术可能面临的技术挑战,并进一步论述与展望RIS技术的发展方向。RIS技术将会进一步推动移动通信技术的变革,助力移动通信技术面向未来复杂、智能化场景应用需求。
    3  涡轮榫接疲劳寿命评估及验证:研究现状及展望
    胡殿印,鄢林,李鑫,张晓杰,毛建兴,古远兴,王荣桥
    2023, 55(4):573-588. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.04.002
    [摘要](282) [HTML](218) [PDF 3.08 M](575)
    摘要:
    介绍了涡轮榫接结构疲劳寿命评估技术的研究现状,分别从多场载荷分析、裂纹萌生寿命评估、裂纹扩展模拟和试验技术等方面探讨了现有研究的进展、不足以及发展趋势,重点论述了涡轮榫接结构使用寿命和损伤容限的评估方法。结果表明:现有的分析和试验方法能基本实现涡轮榫接的疲劳寿命评估,但由于各种局限性,工程适用性亟待提高,仍需稳健的载荷降阶分析方法、基于物理机制和数据驱动的寿命评估方法、载荷历程相关的裂纹扩展寿命评估方法和复杂热力环境下的试验技术,从而建立先进航空发动机涡轮榫接结构疲劳寿命评估及验证体系。
    4  斜爆震发动机研究进展与技术挑战
    凌文辉,周林,涂胜甲,解豪品,张义宁,孟皓,滕宏辉
    2023, 55(4):553-572. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.04.001
    [摘要](487) [HTML](395) [PDF 7.42 M](688)
    摘要:
    斜爆震发动机(Oblique detonation engine, ODE)采用驻定斜爆震波(Oblique detonation wave, ODW)实现高超声速气流中燃料化学能向推进系统机械能的高效转化,可大幅提升吸气式飞行速域上限,具有重要发展潜力和应用价值。本文从早、中、近期3个阶段概述ODE发展历程,总结当下斜爆震燃烧及发动机的研究现状。重点从发动机设计角度综述国内外在斜爆震燃烧组织、燃料喷注掺混以及总体性能与内流设计3方面的研究进展。深入分析了总体约束下的内外流一体化设计、高超声速气流中的燃料喷注掺混、复杂来流条件下的稳定燃烧组织、高热载荷防护以及超高速工况试验条件5大技术挑战及重点关注方向,为后续深入技术攻关及应用提供参考。
    5  航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战
    廖文和,戴宁
    2023, 55(3):347-360. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.03.001
    [摘要](568) [HTML](608) [PDF 9.90 M](1158)
    摘要:
    轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。
    6  直升机气动噪声抑制与飞行测试研究进展
    邓景辉,朱文庆,张威,曹荣富
    2023, 55(2):169-185. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.02.001
    [摘要](637) [HTML](218) [PDF 5.26 M](1746)
    摘要:
    直升机在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用,新的旋翼技术和构型不断出现,对直升机噪声研究需不断深入和更新。本文首先概述了旋翼(尾桨)的噪声产生机理和传播规律,并扩展到存在复杂气动或噪声干扰的共轴刚性旋翼高速直升机和倾转旋翼机;接下来介绍了直升机飞行噪声测量进展,已发展成多种测量方式作为降噪设计的验证和评估手段;然后综述了降噪设计技术的发展现状:旋翼被动降噪技术已在直升机领域得到大量应用,直升机噪声水平稳步降低;变转速控制技术和低噪声轨迹优化技术逐渐走向成熟;旋翼主动降噪技术更多地停留在实验室阶段,尚需在驱动装置、控制规律等方面开展进一步研究。最后总结了直升机降噪设计现状,并展望了未来发展方向。
    7  晶体塑性模型及其在金属疲劳寿命预测中的应用
    易敏,胡文轩
    2023, 55(1):12-27. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.01.002
    [摘要](340) [HTML](401) [PDF 2.92 M](1585)
    摘要:
    作为细观尺度上描述各向异性非均质材料塑性变形行为的重要方法,晶体塑性模型能够基于晶体材料的微观组织结构预测其宏观力学性能,在航空航天金属的力学性能设计及评估中展现出应用前景。本文总结了晶体塑性模型的发展历程和不同变种,从流动准则、硬化模型和内部状态变量演化3个角度对比分析了唯象晶体塑性模型与基于物理机制的晶体塑性模型的特点与差异;然后介绍了基于疲劳指示参数和寿命评估准则的晶体塑性有限元在金属疲劳寿命预测领域的应用尝试,以航空航天常用金属疲劳裂纹萌生寿命预测为例,给出了部分应用实例表明不同模型的预测能力和适用性;最后展望了晶体塑性模型和应用的未来发展趋势和有待加强的研究方向。
    8  原位聚合热塑性复合材料及其成型工艺研究
    李勇,朱康,刘洪全,王雪敏,胡泽辉,还大军
    2023, 55(1):1-11. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2023.01.001
    [摘要](305) [HTML](325) [PDF 1.23 M](1683)
    摘要:
    热塑性树脂分子量大,熔体黏度高,采用热熔方法制备复合材料存在树脂流动性差、微观尺度上易形成复合缺陷的问题。采用原位聚合方法制备热塑性复合材料,不仅可以避免上述问题,还能够沿用热固性复合材料的成型方法,进而实现热塑性复合材料的高效率、低成本制造,因此原位聚合热塑性复合材料在复合材料应用领域具有广阔的应用前景。围绕几种原位聚合热塑性树脂,本文阐述了其复合材料性能及成型工艺的研究现状,并针对目前存在的问题,提出了4个研究方向:改性工艺与成型工艺的耦合、聚合环境洁净度和聚合反应对杂质的敏感性的控制、聚合反应放热温度的控制、液体成型树脂适用期的调控。
    9  变体飞行器智能变形与飞行控制技术研究进展
    甄子洋,刘攀,陆宇平
    2022, 54(6):995-1006. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.06.001
    [摘要](968) [HTML](434) [PDF 2.07 M](4906)
    摘要:
    变体飞行器在航空、航天和兵器等领域具有极为重要的应用前景。智能变形与飞行控制技术是包含众多学科和应用的综合性技术。首先归纳了变体飞行器的具体分类及特性,分析了变体飞行器的变形结构和智能材料发展状况,研究了变体飞行器的动力学建模与飞行控制技术,总结了变形技术在微小型飞行器、无人机、高超声速飞行器以及导弹等领域的应用现状,最后展望了全局高度仿生化和高速跨域化、结构与控制耦合影响机制、智能材料和变体结构驱动一体化等亟待突破的关键技术。
    10  多电飞机电力系统及其关键技术
    张卓然,许彦武,姚一鸣,于立,严仰光
    2022, 54(5):969-984. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.021
    [摘要](599) [HTML](1041) [PDF 6.24 M](4724)
    摘要:
    多电飞机将机载二次能源逐步统一为电能,有效提高了飞机的燃油经济性、可靠性和维护性,已成为航空科技发展的重要方向。作为机载二次能源系统的核心,电力系统在多电飞机发展过程中起到了关键支撑作用。电力系统及其关键技术的创新发展是实现飞机综合性能提升和全局优化的必要基础。本文从多电飞机的基本概念与特点出发,分析对比了典型多电飞机的电力系统架构,在此基础上系统地总结了支撑多电飞机电力系统发展的关键技术,讨论了未来多电飞机电力系统高压、直流和智能化的发展趋势。
    11  智能材料与结构及其在智能飞行器中的应用
    裘进浩,季宏丽,徐志伟,张超,陶翀骢
    2022, 54(5):867-888. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.012
    [摘要](505) [HTML](537) [PDF 12.05 M](4460)
    摘要:
    为了满足民用和军事领域对智能飞行器日益增长的需求,在承载、连接等功能的基础上,具有自诊断、自适应、自控制、自修复等“智能功能”的智能结构应运而生。这一技术的出现显著地推动了航空领域的发展,如利用形状记忆合金作为驱动器驱动指定结构变形可以改变飞行器气动性能,而利用压电材料作为传感器和驱动器对结构进行健康监测和振动噪声控制是当前智能结构研究的重要方向。以此为背景,介绍了南京航空航天大学智能结构研究团队近十年来在智能结构方面的研究进展,以期为智能结构技术的发展与创新提供可以借鉴的思路。
    12  适航审定“三性”理念与模型分析
    殷时军,孙建红,王大蕴
    2022, 54(5):843-850. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.010
    [摘要](468) [HTML](476) [PDF 855.60 K](3865)
    摘要:
    适航审定是国际通行的为保障民用航空安全而开展的依法行政行为,是国家民用航空工业核心竞争力的重要组成部分,是促进民用航空工业健康发展、推动国民经济战略转型的重要力量。本文提出适航审定“三性”模型,针对各国适航审定技术标准一致性、适航管理标准差异性、适航审定结果可接受性,从理念、模型、实践等方面进行深入分析,揭示了适航审定“三性”关系的理论内涵,构建了适航审定“三性”之间的关系模型,通过该模型的研究指导我国开展适航国际合作和适航法规体系建设,并在适航审定实践中验证了“三性”模型的有效性。通过适航审定“三性”的研究,可以不断提高技术标准一致性,缩小管理标准差异性,确保审定结果被国际社会广泛接受,增强中国民航适航审定国际话语权和影响力,为我国民用航空工业发展壮大、走向世界营造更公平的国际政策环境。
    13  未来智能跨域弹性防御体系展望及关键技术分析
    王波兰,刘瑞,高璞
    2022, 54(5):836-842. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.009
    [摘要](543) [HTML](879) [PDF 3.20 M](3421)
    摘要:
    智能化赋能、全维度攻防、弹性分布式协同已经成为未来攻防对抗作战体系发展的重要方向,面向未来全域立体攻防体系对抗,本文全面分析了未来智能跨域弹性防御作战需求,提出了未来智能跨域弹性防御体系构建思路和发展趋势,分析了智能化跨域弹性防御作战的关键技术,以支持未来智能跨域弹性防御作战体系建设。
    14  民用高速旋翼飞行器发展战略分析及关键技术展望
    吴希明,吕乐丰,张广林
    2022, 54(5):827-835. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.008
    [摘要](527) [HTML](504) [PDF 2.71 M](3924)
    摘要:
    面向直升机高速化的发展趋势,总结了国外高速旋翼飞行器的发展历程,开展了高速旋翼飞行器与直升机、通航飞机、公路、铁路等交通运输工具的效能仿真对比,基于潜在的民用市场需求,综合分析了高速旋翼飞机器在交通运输系统和应急救援体系中的优势与劣势。结果表明,民用高速旋翼飞行器在中国具有明确的战略发展定位,一方面可作为交通体系干支通、全网联的重要节点,以突出的任务效能融入交通运输应用体系;另一方面,面向中远程应急救援的需要,可满足敏捷救援体系响应速度的需求,填补现有直升机应用领域的空白。最后,针对重点发展构型,展望了中国未来民用高速旋翼飞行器的关键技术。
    15  “天问一号”火星探测器UHF频段中继通信系统设计
    孙泽洲,强晖萍,韩宇,白帆,张婷,雪霁
    2022, 54(5):817-826. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.007
    [摘要](382) [HTML](542) [PDF 1.66 M](3744)
    摘要:
    “天问一号”火星探测器超高频(Ultra high frequency, UHF)频段中继通信系统作为中国首次火星探测任务实现的重要组成部分,负责为着陆巡视器与环绕器之间在火星进入、下降、着陆阶段(Entry, descent and landing, EDL)与火面巡视阶段提供高效可靠的通信服务。本文对中国火星探测器UHF频段中继通信方案进行了介绍,给出中继通信系统的组成、技术指标及链路设计方法,并对在轨飞行试验数据进行了分析。结果表明,全新研制的“天问一号”探测器UHF频段中继通信系统圆满完成了任务目标,其设计、实现和应用为后续中国深空中继通信系统研制提供了技术参考。
    16  格子玻尔兹曼和气体动理学通量算法及其应用进展
    舒昌,杨鲤铭,王岩,吴杰
    2022, 54(5):801-816. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.006
    [摘要](470) [HTML](438) [PDF 3.42 M](4011)
    摘要:
    采用守恒律方程求解流体流动问题时,单元界面通量的计算尤为关键,该过程也被称为通量重构。由于离散控制方程的物理量定义在解点上,如何利用解点上的值来计算单元界面的通量,是计算流体力学最为关心的问题之一。针对该问题的研究已发展了各式各样的计算格式,例如完全基于数学重构的差分近似、基于部分物理重构的黎曼通量求解器以及近年发展起来的基于完全物理重构的气体动理学格式、格子Boltzmann通量算法和气体动理学通量算法。本文首先对几种典型的通量重构算法进展进行回顾和分析;然后着重介绍格子玻尔兹曼通量算法和气体动理学通量算法的研究进展及其相关应用;最后就该类算法存在的挑战和可能的研究方向进行展望。
    17  网络系统的容错控制、优化与博弈研究综述
    姜斌,许宇航,杨浩
    2022, 54(5):789-800. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.005
    [摘要](506) [HTML](583) [PDF 831.76 K](3689)
    摘要:
    网络系统是一类由多个子系统通过机械或通信相互耦合所构成的系统。该系统由于其结构复杂、耦合机制多变,具有较高发生故障的概率。随着近几年人工智能的快速发展,网络系统除了可能发生物理故障,还可能存在恶意决策,为系统的安全性带来了新的威胁。本文首先针对网络系统的物理故障,从容错控制和容错优化两个角度总结和梳理当前国内外相关的研究成果。接着,沿着容错博弈控制技术发展的脉络,从博弈控制到分别面向物理故障和恶意决策的容错博弈控制,总结了相关的研究成果。进一步,梳理了当前博弈论在集群飞行器中的应用现状,并以此抛砖引玉,希望推动容错博弈成果在航空航天领域中的应用。最后给出了几个未来值得探索的研究方向。
    18  航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳研究进展
    宋迎东,凌晨,张磊成,李明亮,郭家玮,江荣
    2022, 54(5):771-788. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.004
    [摘要](569) [HTML](616) [PDF 11.05 M](5371)
    摘要:
    航空发动机和燃气轮机在海洋环境下服役时,热端部件承受高温、高压、高转速机械载荷和高盐雾、高湿度等腐蚀环境耦合作用,常发生热腐蚀-疲劳失效,影响结构完整性、安全性和可靠性。本文针对航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳失效问题,总结和分析了涡轮盘、涡轮叶片高温合金及涂层热腐蚀机理,涡轮盘、涡轮叶片高温合金热腐蚀-疲劳失效机理以及热腐蚀-疲劳寿命预测模型和寿命评估方法,并对航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳试验研究和寿命评估方法的发展趋势进行了展望,以期促进燃气-海洋环境耦合作用下热端部件结构完整性评定方法的发展。
    19  航天器着陆缓冲机构技术研究进展
    聂宏,王宸,陈金宝,陈传志
    2022, 54(5):751-770. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.003
    [摘要](693) [HTML](470) [PDF 5.05 M](4294)
    摘要:
    航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。
    20  旋印电解加工
    朱荻,王登勇,朱增伟
    2022, 54(5):743-750. DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.05.002
    [摘要](510) [HTML](619) [PDF 6.95 M](4331)
    摘要:
    航空发动机机匣是航空发动机重要的连接、承载部件,它结构复杂、刚性弱、材料难加工,目前存在加工变形严重、壁厚精度差等制造难题,已成为制约新型航空发动机研制和生产的瓶颈。针对薄壁机匣的制造需求,本文提出了旋印电解加工技术,该技术采用回转体电极作为阴极工具,通过工件与工具的同步对转对阳极工件逐层精确溶解去除,实现薄壁机匣的无变形精密加工成形。研究揭示了旋印电解加工阳极成形规律、难加工材料脉动态溶解机理、电解液流场分布特性等基础科学问题,突破了阴极工具设计、钛合金点蚀抑制、流场优化设计等关键技术,研制出具有自主知识产权的大型旋印电解机床,实现了大型薄壁机匣的高效精密加工,为新型航空发动机的研制和生产提供了重要的技术支撑。
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