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2024年第56卷第6期

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低空监视技术及其发展趋势综述

汤新民，顾俊伟，刘冰，张康

2024,56(6):973-993, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.001

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 1.17 M] (0)

摘要：
随着低空经济改革的不断推进，低空飞行器呈现高密度、异构性、自主性、有人/无人混合运行的新局面。低空监视作为低空运行安全的重要保障，可以保证飞行器低空安全高效运行。为解决当前低空监视手段不健全的问题，需要针对复杂的低空环境，构建涵盖有人/无人混合运行的低空无盲区监视技术体系。首先，从低空监视的概念及其发展趋势分析了当前低空监视存在的难点问题，包括机载设备重量体积功耗限制、信道资源紧张和飞行器差异性；其次，从协作监视技术和非协作监视技术两个角度出发，阐述了国内外关键监视技术现状，并对各技术手段的相关特性进行系统化的对比总结；最后，面向新一代低空监视的发展，探讨未来协作监视、非协作监视以及融合监视技术的发展方向，以期对未来低空飞行器安全运行有一定的指导意义。

复杂机场“机-车-场道”交通仿真模型研究

苏佳明，胡明华，尹嘉男，刘颖俪

2024,56(6):994-1001, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.002

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 1.67 M] (0)

摘要：
机场场面运行涉及多运行主体以及复杂运行环境，在机场结构相对固定的前提下，机场场面逐渐成为空中交通网络运行效率提升的瓶颈区域。提出了一种基于Nagel-Schreckenberg（NS）元胞自动机的机场场面运行模型，即Airport surface operations model （ASOM）。ASOM考虑了4项航空器运行特征以及车辆与航空器在机场场面的协同运行机制，可在精准刻画机场场面区域航空器滑行道以及车辆行车道结构的同时，高精度模拟机场场面多类型航空器以及车辆运行过程，实现复杂机场“机-车-场道”协同仿真。使用深圳宝安国际机场的真实机场结构数据以及广播式自动相关监视（Automatic dependent surveillance-broadcast， ADS-B）数据进行案例分析，仿真结果与真实运行的数据之间的误差平均值（Average magnitude of error， AME）小于6%，证明了ASOM可以准确写实刻画机场场面运行。

城市复杂环境下多目标无人机路径规划研究

李亚飞，赵瑞

2024,56(6):1002-1012, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.003

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 891.06 K] (0)

摘要：
针对当前无人机（Unmanned aerial vehicle， UAV）在城市范围内运行的噪声、成本与安全问题，对空域进行高度层划分，并在空气动力学等约束条件下，提出了基于噪声保护区的运行成本与坠地风险模型，满足UAV标准运行条件的同时，不仅降低其对环境和地面人群的噪声影响，还降低其运行成本与坠地风险。在此基础上，基于噪声保护区，运用改进Dubins路径规划方法，将Dubins路径规划思想与几何圆的切线相结合，增设节点处理，丰富UAV运行可选路径，并对路径进行优化处理。以Dijkstra算法为搜索最佳路径算法、总成本最低为目标，搜索一条UAV最佳运行路径，并与A*算法进行研究比对。仿真实验验证了所提模型和改进方法的有效性，降低了UAV运行噪声影响，缩减了运行成本，提高了运行的安全性和效率。据算例得出结果：双旋翼中型UAV（质量约15 kg，桨盘面积约1.313 m²）最佳运行高度为40 m，其运行最低总成本为5.42，较其余高度层运行总成本最高减少37.56%，最低减少5.91%。

考虑中转旅客的枢纽机场航班时刻优化

马辰婷，吴薇薇，关柏川，丁程锦

2024,56(6):1013-1023, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.004

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 4.10 M] (0)

摘要：
为了更加科学合理地配置机场航班时刻资源，提出了一种考虑中转旅客的航班时刻优化方法。首先，结合中转旅客出行选择特征，构建考虑候选行程有效性的航班衔接质量评估模型。其次，建立最大化航班衔接质量和最小化航班时刻最大偏移量的双目标模型，增加考虑中转旅客类型、衔接航班类型等约束条件，使优化模型更加符合枢纽机场实际中转运行情况。最后，设计了自适应大邻域搜索算法进行求解，并将模型及算法应用于北京首都国际机场进行案例分析。结果表明，所构建的模型能依据中转旅客在时间、空间、直飞航班影响以及服务质量上的选择差异，为旅客提供更多的有效行程，增加了可达机场数量，提高了机场连通性。优化后的旅客有效行程和航班衔接质量分别提升了21.74%和21.57%，约79.66%的航班衔接质量得到改善。可见，优化后的航班时刻在时空分布上更合理，能显著提高航班之间的衔接质量，为中转旅客提供更多的有效换乘选择。

一种限界优化方法求解航班着陆调度问题

冯小荣，张帅，丘东林，王兴隆

2024,56(6):1024-1035, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.005

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 2.22 M] (0)

摘要：
航空运输需求持续增长与枢纽终端区空域资源紧张的情况日益凸显，本文提出了一种限界优化的动态规划方法（Dynamic programming approach to limit optimization，DPALO）求解终端区航班着陆调度问题（Arrived landing problem， ALP）。首先建立了时间窗约束的航班着陆调度的离散化数学模型，推导了固定顺序下求解ALP的递推公式，并结合ALP问题特点，限界优化航班时间窗，并证明了所提方法不影响模型最优值的求解。其次，运用精英遗传算法、粒子群算法、线性循环交换和线性循环插空等方法调整航班序列，以期求得较优解。最后在 OR-Library 数据集进行验证，实验结果表明，采用精英遗传算法调整航班着陆序列，DPALO的计算结果优于已知最优解（（Best known values，BKV）、仿生算法（Bionic algorithm，BA）和位移决策算法（Displacement decision algorthm， DDA），与细胞自动机优化方法（Cellular automaton optimization，CAO）、紧致子序列算法（Compact subsequence algorithm，CSA）和滚动时域-混合粒子群优化-局部搜索算法（Rolling horizon framework hybrid particle swarm optimization local search algorithm， RH-HPSO-LS）的结果相近；DPALO的时间效率在小样本数据集上时间效率达到毫秒级，在大样本数据集上相较于CSA、CAO和RH-HPSO-LS分别提升了76.88%、89.11%和78.28%。

航空发动机气路静电信号联合降噪方法

刘岩，刘珍珍，白芳，郭泽中，左洪福

2024,56(6):1036-1047, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.006

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 4.34 M] (0)

摘要：
针对强背景噪声下航空发动机气路静电信号降噪问题，提出一种基于本征模态函数（Intrinsic modal function， IMF）自适应滤波联合小波阈值的静电信号降噪方法。首先，通过互补集合经验模态分解（Complementary ensemble empirical mode decomposition， CEEMD）方法对原始静电信号进行分解，得到若干平稳IMF；然后，构建最优重构自适应低通滤波算法筛选以有用信号为主的IMF分量；再对以噪声为主的IMF分量通过小波阈值算法进行降噪处理；最后，将上述信号重构，得到降噪后的静电信号。进行了仿真和实测信号验证并与传统方法对比，结果表明，该方法对发动机气路静电信号降噪效果良好，在微弱故障信号提取方面更具优越性。

具有不确定性的倾转旋翼机过渡模态模糊控制设计

阎坤，牛梦瑶，陈超波，沈海东

2024,56(6):1048-1056, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.007

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 1.16 M] (0)

摘要：
针对存在未知不确定性的倾转旋翼机从直升机模态到固定翼模态的模型切换稳定性问题，提出了基于模型依赖平均驻留时间方法的模糊自适应切换控制策略。首先，建立了倾转旋翼机的纵向运动系统模型。其次，针对倾转旋翼机过渡过程存在的未知不确定性，采用模糊逻辑系统对其不确定项进行逼近；针对存在不确定性的倾转旋翼机平稳切换问题，提出了模糊自适应鲁棒飞行控制策略，并从理论分析层面严格证明了所提出控制器的有效性。最后，仿真结果表明所提出的控制方法能够有效地实现倾转旋翼机模态转换过程中的轨迹跟踪，提升了飞行器的操控性和稳定性。

基于多传感器融合的高精度无人机空中对接方法

向玉龙，李嘉诚，陈芊，盛汉霖

2024,56(6):1057-1065, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.008

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 2.33 M] (0)

摘要：
多旋翼无人机空中对接技术可以解决多旋翼无人机续航能力有限、载荷小等问题，对提高多旋翼无人机的续航能力和任务效率有重要意义。但是当前多旋翼无人机空中对接方案成本高昂且对接精度差，易受环境限制。本文提出了一种基于单目视觉与惯性测量单元（Inertial measuring unit， IMU）融合定位并结合最优轨迹控制的空中对接方案，在保证对接精度的同时大幅降低成本。首先相机通过AprilTag对目标进行识别定位，再通过非线性优化对重投影误差进行最小化优化，并借助状态误差卡尔曼滤波器（Error state Kalman filter， ESKF）更准确地消除IMU的零偏，提高融合定位的精度；然后根据线性二次型控制器（Linear quadratic regulator， LQR）设计了最优对接控制器，并结合无人机的动力学模型，直接输出多旋翼无人机的姿态控制量，实现更加安全的空中对接；最后在四旋翼无人机平台上进行实验验证，顺利完成了空中对接任务，证明了该方法的可行性。

基于POD方法的水下航行器振动响应快速求解

王衡，路宽，刘骏，童建忠，郑伟，张康宇

2024,56(6):1066-1073, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.009

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 2.04 M] (0)

摘要：
采用本征正交分解（Proper orthogonal decomposition， POD）方法对具有轴承非线性的壳体-电机-转子耦合系统进行模型降阶，以降低计算成本。针对壳体-电机-转子耦合结构采用有限元法建立起192自由度的转子系统模型。介绍了POD法的基本原理及其在壳体-电机-转子耦合系统中的具体表达。通过应用POD方法，壳体-电机-转子耦合系统分别减少到20、18和15个自由度，计算时间降低94%以上，且对比了简化系统和原系统的时间历程曲线和频谱，证明了POD方法的高效性和准确性。

基于动态传感器的无人机平面搜索研究

杨浩辰，李爱军，郭永

2024,56(6):1074-1081, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.010

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 3.13 M] (0)

摘要：
针对无人机平面搜索任务，本文采用动态传感器模型，研究了基于误差梯度的理论搜索策略。由于理论搜索策略存在局部最优情况，无人机在执行任务过程中会停止运动，导致搜索中断无法完成搜索任务，因此本文研究了基于理论搜索策略的改进搜索策略。采用改进搜索策略可以使平面任务区域内的所有点都被搜索且任意一点都达到期望的搜索度。在此基础上，为了减小冗余搜索度和缩短任务执行时间，本文提出了结合区域划分思想的搜索策略。最后，单无人机搜索和多无人机搜索仿真实验结果验证了本文研究的搜索策略的可行性。

无人直升机部分姿态约束安全飞行控制

杜佳玮，李天鸿，李艳恺，历东平，弋英民，黄宇龙

2024,56(6):1082-1089, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.011

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 974.73 K] (0)

摘要：
针对无人直升机系统，在保证姿态约束在指定范围的前提下，研究其全自由度控制问题。考虑到系统的强非线性、强耦合性、欠驱动性以及中间控制变量需保证有界等特点，文中通过反馈线性化方法降低非线性和耦合性的强度，设计控制器直接控制3个位置自由度和偏航角。同时，利用障碍Lyapunov函数方法局部约束中间变量来间接控制滚转角和俯仰角，保证直升机姿态有界。结合非线性系统控制理论，在保证跟踪误差系统有界的同时对系统进行稳定性分析。最后通过模拟实例验证了该方法的有效性。

扰动引力场中机动突防导弹落点精确预报方法

王磊，周祥，赵卫虎，程先哲，郑伟

2024,56(6):1090-1096, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.012

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 1.11 M] (0)

摘要：
针对弹道导弹大机动突防后精确制导面临的落点预测需求，提出了一种考虑高阶扰动引力影响的导弹落点解析预报模型。将落点预报问题分解为标准落点预报和落点偏差预报两部分，标准落点预报由二体椭圆轨道理论解析求解，落点偏差预报通过构建的状态空间摄动模型进行求解。基于球谐函数换极法建立高阶扰动引力矢量在轨道柱坐标系中的表达式，并推导得到由F函数和G函数等两类核函数组成的落点偏差预报解析模型以及F函数和G函数的递推公式。该模型无需射前准备工作，相对已有方法具有使用灵活、鲁棒性好等特点。数值仿真结果表明本文提出的落点预测模型残差均值为11.2 m，相对误差小于0.1%，预测耗时小于100 ms，能够为制导算法设计提供支撑，具有一定的工程应用价值。

一种改进的主从式无人机协同导航算法

商阳，苏婧婷，魏帅，景江

2024,56(6):1097-1103, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.013

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 1.81 M] (0)

摘要：
为提高传统基于测距测角信息的主从式无人机协同导航算法下僚机定位精度，考虑低成本僚机测量设备存在测角测距误差的情况下，重新构建了主从式无人机协同导航误差模型，对僚机导航定位误差与测距测角误差进行估计与补偿，推导了状态方程和量测方程，采用卡尔曼滤波的方式实现算法。仿真结果表明，对于陀螺漂移10 （°）/h水平的低精度微机电系统（Micro electromechanical system，MEMS）僚机惯导，在单长机量测组合下，其500 s内东、北向速度误差均方根（Root mean square， RMS）分别为0.25 m/s和0.74 m/s；纬度和经度误差RMS分别为17.10 m和9.10 m，相比传统算法速度精度提高3~10倍，位置精度提高约20倍；在双长机量测组合下僚机定位精度接近长机水平。对僚机测距误差估计精度较高，测角误差估计精度受僚机自身航向精度影响，若存在磁航向等外部航向基准，能够进一步提升测角误差估计精度。

基于星间链路的天基遥感中继联合调度方法

杨志玺，伍国华，叶淦华，李献斌，刘思力，杨俊

2024,56(6):1104-1113, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.014

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 1.09 M] (0)

摘要：
通过星间链路（Inter satellite link， ISL）实现遥感卫星和中继卫星互联互通，能将天基遥感数据及时落地，缩短遥感反应时间，故对卫星遥感与中继联合调度问题进行研究。在对上述问题进行描述和分析的基础上，以最大化总的任务优先级为目标函数，以可见时间窗、服务时间窗口以及唯一性等为约束条件构建遥感与中继联合调度规划模型。本文设计了基于自适应大规模邻域搜索框架的联合调度优化算法（Adaptive large-scale neighborhood search based joint scheduling algorithm Ⅱ，ALNS-JS-Ⅱ）。该算法利用任务分配算子将多星调度分解成多个单星并行调度子问题，利用自适应的方法对所有算子进行选择，整个算法实现了遥感调度和中继调度间有效交互。为了验证ALNS-JS-Ⅱ算法的有效性，与遥感中继高耦合的自适应大规模邻域索算法（Adaptive large neighborhood search based highly coupled joint scheduling algorithm Ⅰ，ALNS-JS-Ⅰ）及基于自适应大规模邻域搜索的遥感中继分两阶段独立调度算法（Two stage ALNS， Ts-ALNS）等在多种任务场景下进行对比实验。实验结果表明，ALNS-JS-Ⅱ算法相比ALNS-JS-Ⅰ算法以及Ts-ALNS算法在算法求解收益上分别提高4.58%和1.48%，在求解效率上增加20%~30%。ALNS-JS-Ⅱ算法对遥感与中继资源联合调度问题有更好的求解能力。

面向控制的变构型空天飞行器建模及特性分析

高泽鹏，刘燕斌，沈海东，陈金宝，彭寿勇

2024,56(6):1114-1123, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.015

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 3.13 M] (0)

摘要：
针对空天飞行器爬升过程中，传统固定构型难以兼顾高低速气动性能的问题，提出了一种空天飞行器变构型调节策略。首先，提出了一种翼面伸缩的变构型方式，构建了含有表征飞行器构型变量的气动代理模型；其次，基于气动代理模型对飞行器气动和配平特性进行分析，根据气动特性制定构型变化策略，根据配平特性提出质心位置匹配设计；然后，根据构型变量和爬升飞行平衡的约束，以控制输入最小为目标，优化得到了合适的质心位置，为不同构型的质心位置设计提供参考；最后，仿真结果表明变构型空天飞行器在爬升飞行任务中起到分担舵面负载和减小油门的作用，增加了飞行过程的稳定性。

无人机空中回收气动干扰与对接路径研究

冯路启，钟林龙，李家旭，刘学强

2024,56(6):1124-1133, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.016

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 3.95 M] (0)

摘要：
针对采用空中平台进行直接对接的新型无人机（Unmanned aerial vehicle， UAV）回收方法进行了气动干扰仿真与对接路径研究。在对接回收过程中，UAV需要从远方逐渐接近空中平台。在UAV靠拢平台的过程中，会受到平台翼尖尾涡的影响。如何使UAV以正确的路径接近空中平台是能否成功回收的关键。主要从气动特性方面出发，首先通过计算流体力学（Computational fluid dynamics， CFD）仿真研究分析了UAV沿不同路径与空中平台进行对接回收时的气动性能变化规律，然后使用代理模型对产生的气动干扰进行拟合分析，得出UAV气动干扰在空中平台周围的空间分布。随后针对不同对接路径的气动干扰，使用MATLAB构建了一种抗干扰滑模控制器，并对不同路径下的对接过程进行对比仿真验证。研究结果表明，进近对接过程中UAV从平台前方向后方减速接近平台时气动性能最为稳定。

基于SVR的2195铝锂合金FSW接头疲劳裂纹扩展寿命预测

魏岩，王芳丽，陈吉昌，聂小华，常亮，童明波

2024,56(6):1134-1142, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.017

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 2.21 M] (0)

摘要：
为了对搅拌摩擦焊（Friction stir welding， FSW）焊接结构进行快速准确的裂纹扩展寿命预测，提出了一种基于支持向量回归（Support vector regression， SVR）的2195铝锂合金FSW接头疲劳裂纹扩展寿命预测方法。首先，通过疲劳裂纹扩展试验和有限元仿真得到Paris裂纹扩展模型常数及裂纹尖端应力强度因子数据集；然后基于SVR模型建立应力强度因子预测模型，并采用粒子群优化（Particle swarm optimization， PSO）算法优化SVR模型的超参数；最后，基于构建的应力强度因子预测模型和Paris模型进行裂纹扩展寿命预测。结果表明：优化后的PSO-SVR模型能够快速、准确地预测裂纹尖端应力强度因子，在测试集上的决定系数R²可以达到0.999 5，高于未优化SVR模型的0.954；该方法裂纹扩展寿命预测结果与有限元仿真结果进行对比，最大误差小于5%，验证了方法的准确性。

复合因素下机场土质道面聚合物功能性面层耐磨性能研究

肖定侃，高培伟，张俊，许巍，刘咏茜

2024,56(6):1143-1151, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.018

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 4.59 M] (0)

摘要：
机场土质道面易松散，耐磨性能较差，产生大量扬尘和碎屑，危害飞机安全。提出将改性聚脲、环氧树脂以及硅烷渗透型材料作为机场土质道面功能性面层，对其进行复合因素作用下的磨耗试验，并通过扫描电子显微镜分析3种功能性面层材料的作用机理，分析功能性面层材料在机场土质跑道的适用性。结果表明，冻融-紫外线老化下，与对比组相比，改性聚脲组质量损失降低59.7%，硅烷组降低32.4%，环氧树脂组降低16.1%，改性聚脲在冻融-紫外线中的改善作用较明显；环氧树脂在前期虽具有较高的耐磨性能，但20转磨耗之后，其损耗质量快速增长，不建议长期使用；经过冻融-火焰喷蚀、干湿循环-紫外线老化以及干湿循环-火焰喷蚀试验后，硅烷组的质量损失较小，分别为4.28%、3.02%、2.87%，均远低于对比组，干湿循环及火焰喷蚀后硅烷组显示出了良好的防水及耐高温性能，硅烷材料对面层使用性能强化作用明显。硅烷/改性聚脲组合强度在干湿循环后相较初始值降幅仅23.1%，冻融循环后仅下降29.5%，其抗干湿循环及抗冻性能提升较大。研究结果可为机场土质道面功能性面层材料的选择提供借鉴。

基于几何法的三自由度平面并联机器人的Hunt奇异研究

张毅，尤晶晶，王澍声，黄宁宁，闻王虎

2024,56(6):1152-1160, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.019

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 2.62 M] (0)

摘要：
首先，以3条支链直线交于同一点为判定准则，推导机器人的Hunt奇异曲面方程。研究发现，3-转动副移动副转动副（Revolute-joint，prismatic-joint，revolute-joint，RPR）平面并联机器人的Hunt奇异曲面方程与运用雅可比代数法得到的输出奇异曲面方程完全相同，即两曲面重合。其次，辨识出该机器人4类较常见的Hunt奇异位形，并将它们的奇异轨迹描绘在奇异曲面上，有助于揭示奇异位形之间的关系。接着，设计了3种特殊结构的3-RPR平面并联机器人，并分析了它们的Hunt奇异性。结果表明，该机器人的Hunt奇异特性对几何结构的依赖性较大。最后，通过虚拟样机和实物样机的实验，论证了3-RPR平面并联机器人的Hunt奇异性。

大跨度柔性光伏支架阵列极值风荷载与干扰效应

周强，张郁江，张春伟，王伯洋，柯世堂，王立山，顾汉富

2024,56(6):1161-1170, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2024.06.020

[摘要] (0) [HTML] (0) [PDF 6.21 M] (0)

摘要：
大跨度柔性光伏支架阵列作为一种新型风敏感结构体系，其纵横向流场干扰相比单排光伏更为复杂，这导致光伏阵列极值风荷载难以准确预测。以某典型柔性光伏示范项目为例，首先基于大涡模拟方法分析了单排柔性光伏表面脉动风压特性，与风洞试验的对比验证了有效性。基于Davenport法和Sadek-Simiu算法确定了非高斯风荷载峰值因子，揭示了光伏阵列极值风荷载分布规律。最后系统探讨了阵列风荷载的干扰作用，从谱分析方法和流场驱动角度对阵列风荷载干扰机理进行了探讨。研究表明大跨度柔性光伏支架阵列极值风荷载在迎风二排处达到最小值，阵列的干扰效应呈现出各排光伏板静力风荷载逐渐减小且脉动风荷载逐渐增大；0°和180°风向角下柔性光伏阵列风压干扰系数极值分别为1.09和1.14，弯矩干扰系数极值分别为 1.49和1.21。

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低展弦比微型轴流涡轮弯叶片设计

谢婕夏晨张远森等

2015,47(1):160-166, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2015.01.023

[摘要] (4567) [HTML] (0) [PDF 4.62 M] (13195)

摘要：
针对微型轴流涡轮机面临的低展弦比、低雷诺数导致效率降低的问题，以某型200 kW微型燃气轴流涡轮发电机高压涡轮为研究对象，采用数值模拟方法开展了低展弦比下微型弯曲轴流涡轮叶片设计技术研究。对展弦比为0.88的涡轮静叶，分析对比了正弯和J型弯静叶对微型涡轮流场的影响，结果显示：正弯静叶顶部出口气流角较大，造成下游动叶叶尖泄漏损失增大，整体效率下降;而J型弯方案抑制了下游动叶叶背中径的流动分离，整体性能较原型有所提升。然后，研究了J型静叶弯高和弯角对涡轮性能的影响规律，结果表明：采用大弯高小弯角设计的J型静叶提高了静叶根部通流能力，同时合理分配了静叶通道内的负荷以及出口气流方向，对涡轮级流场的改善效果更佳。J型静叶弯高为1、弯角为+5°时，级效率达到0.852，流量为1.205 kg/s，较原型分别提高了0.77%和0.96%。

基于小波变换和神经网络的直升机旋翼不平衡故障诊断方法

徐永勤高亚东李清龙

2017,49(2):212-218, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2017.02.010

[摘要] (4120) [HTML] (3399) [PDF 807.81 K] (8910)

摘要：
依据直升机旋翼不平衡故障空间与多点机体振动空间存在一对一映射关系的理论，采用某旋翼试验台设置桨距不平衡、质量不平衡以及后缘调整片不平衡的方法获取试验数据。利用小波变换和神经网络处理直升机机体振动信号,并对直升机旋翼单故障和复合故障进行诊断。最终实现了一种利用小波变换处理机体振动信号诊断旋翼不平衡故障的方法。

真空绝热板技术的研究现状及发展趋势

陈照峰张俊雄王伟伟沙李丽胡雅沈胜李承东叶信立

2017,49(1):1-16, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2017.01.001

[摘要] (7095) [HTML] (4572) [PDF 2.86 M] (8755)

摘要：
首先概述了真空绝热板（Vacuum insulation panel，VIP）芯材、阻隔膜和吸气剂的研究现状，分析了不同芯材、阻隔膜和吸气剂对VIP的绝热性能和使用寿命的影响，并基于VIP的应用要求提出了适用于建筑用VIP的最佳结构，即多层金属（或氧化物）树脂复合阻隔膜包覆超混杂复合芯材和碳基氧化物复合吸气剂的VIP。该VIP不仅具有低热桥、阻气阻氧性能好的优点，还具备耐压、耐折、回弹性低、抗刺穿和耐老化的优良特性，充分发挥了纤维型VIP和颗粒型VIP的优点，同时完美结合了纳米涂层与树脂膜的优势，克服了颗粒型VIP易溃散、纤维型VIP易回弹、金属镀层缺陷大和树脂膜易刺穿的缺点。此外，碳基氧化物复合吸气剂的抗热辐射性能良好，可进一步提高VIP的绝热能力。最后指出研究和开发高性能、低成本的VIP将是未来研究工作的发展方向。

飞机电气化背景下的先进航空电机系统

张卓然于立李进才陆嘉伟

2017,49(5):622-634, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2017.05.005

[摘要] (6604) [HTML] (3345) [PDF 5.40 M] (8734)

摘要：
多电/全电飞机将机载二次能源逐步统一为电能，电推进飞机进一步将电能用于飞行动力源，飞机电气化被认为是飞机机电系统与动力系统融合的重大革新，已经成为航空技术发展的重要方向。航空电机系统是支撑飞机电气化的重要基础。文中介绍了飞机电气化的基本概念和发展现状，阐述了电气化对飞机电源与用电设备的重要影响，重点论述了航空电机系统对飞机电气化发展的重要性及其面临的研究机遇与挑战。基于此，系统分析了适应飞机电气化发展需求的先进航空发电机与电动机系统，并进一步总结了支撑先进电机系统发展的关键技术，包括新型电工材料与器件、冷却技术、多物理场耦合分析方法与集成化综合设计理念。

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] (1098) [HTML] (1396) [PDF 6.24 M] (8614)

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。

阻力伞拉直过程的影响因素分析

王从磊，孙建红，俞东明

2013,45(2), DOI:

[摘要] (5679) [HTML] (0) [PDF 414.81 K] (8466)

摘要：

一种低耦合高精度六维力传感器设计及应用

宋逸，段晋军，相立峰，李晨，姚举禄，戴振东

2022,54(3):473-480, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.014

[摘要] (1177) [HTML] (962) [PDF 3.70 M] (8459)

摘要：
多维力传感技术是工业智能化发展重要支撑技术之一。本文研制了一种中等量程的轮辐构型的电阻应变式六维力传感器，其量程为：切向力±300 N、法向力±600 N、力矩±25 N·m。传感器外圈和中心台通过4组特设的应变梁连接。每组应变梁包括一对处于两侧的“L”形梁及一根居中的扁平梁，能够从结构上降低维间耦合。进一步通过贴片及组桥方案设计从理论上消除了各方向间的耦合。静态标定结果表明，该传感器的维间耦合小于1%、测量精度不低于1‰、过载系数超过300%、非线性度低于0.3%。瞬态冲击法动态测试表明，该传感器具有较好的动态性能。本文将该六维力传感器用于机械臂抛光打磨过程的力学测量和反馈控制，取得了优异的效果，证实了传感器的可用性和优越性。该传感器将促进中国六维力测试技术发展、助力现代工业智能化进程。

变体飞行器LPV建模与鲁棒增益调度控制

殷明，陆宇平，何真

2013,45(2), DOI:

[摘要] (5737) [HTML] (0) [PDF 407.82 K] (8399)

摘要：

航空发动机齿轮减速器振动噪声机理及其辐射噪声预测方法

丁文强吴玉萍魏巍谢俊岭

2016,48(6):789-795, DOI:

[摘要] (3651) [HTML] (3993) [PDF 2.95 M] (7994)

摘要：
航空发动机减速器齿轮箱的振动与噪声问题已经成为影响其传动系统可靠性、寿命和工作环境的关键因素。本文对减速器齿轮箱系统的振动噪声机理进行了分析与总结，确定其主要来源及传递路径，为设计阶段的各主要影响参数的选择提供依据。同时给出了一种比较实用的减速器齿轮箱辐射噪声的预测方法，可实现齿轮箱的噪声水平的评估和相应的齿轮箱结构薄弱部位定位，为结构优化提供依据。

涡轴发动机发展与技术趋势

葛宁

2018,50(2):145-156, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2018.02.001

[摘要] (4518) [HTML] (7950) [PDF 1.76 M] (7930)

摘要：
首先，对美国20世纪70年代以来各时期涡轴发动机发展规划及其性能演变过程进行了梳理，并分析了不同循环类型及循环参数的选择，进行了性能统计分析。然后，介绍了直升机/发动机一体化设计理论的基础与方法。最后本文提出新一代超低排放涡轴发动机的概念，指出降低总耗油量的同时提高功重比，才能实现超低排放。

中国深空探测现状及持续发展趋势

孙泽洲，孟林智

2015,47(6):785-791, DOI:

[摘要] (6277) [HTML] (0) [PDF 1.55 M] (7922)

摘要：
简要介绍了国外深空探测发展态势和内涵，剖析了中国深空探测取得的成功经验与主要差距。然后重点结合中国发展现状和现实需求，提出了中国深空探测后续发展目标，梳理出后续任务需提前开展研究的核心技术。最后对中国深空探测的持续发展提出了建议。

航空发动机燃烧室湍流两相燃烧模型发展现状

金捷刘邓欢

2016,48(3):303-309, DOI:

[摘要] (5929) [HTML] (4255) [PDF 904.84 K] (7894)

摘要：
随着计算机、计算机辅助制造等技术的发展，数值模拟逐渐成为航空发动机设计手段之一。航空发动机燃烧室内是复杂的两相湍流燃烧过程，为了准确模拟这一过程，高精度两相湍流燃烧模型组成为航空发动机燃烧室设计师必要的工具。本文从两相湍流数值模拟角度出发，对概率密度函数输运方程模型、火焰面模型和二阶矩模型这3种常用的燃烧模型的发展现状进行简要综述。

冲压空气涡轮释放过程运动学分析

马智勇，邓健，周光明

2020,52(3):499-506, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2020.03.020

[摘要] (1187) [HTML] (1216) [PDF 1.09 M] (7808)

摘要：
冲压空气涡轮作为飞机上的应急能源，能在出现紧急情况时提供电能，保证飞机上电传操控和电子设备的正常工作。本文以冲压空气涡轮为研究对象，基于机械运动原理对系统模型进行了简化，基于刚体假设，结合MATLAB软件从理论上研究结构在释放过程中的运动学问题。给出了冲压空气涡轮系统释放过程中各个关节空间位置的理论求解方法，得到了关节在空间中的运动轨迹和对应的速度时间曲线、加速度时间曲线，结果表明：冲压空气涡轮系统的释放过程在1 s以内，释放速度较快，且各关节在释放初始阶段速度、加速度响应较大。本文的工作可为后期不同冲压空气涡轮系统构型的初步设计提供理论依据，指导冲压空气涡轮释放的仿真计算和试验。

一种稳定的浸没边界-格子波尔兹曼方法

2013,45(3), DOI:

[摘要] (2401) [HTML] (0) [PDF 579.02 K] (7605)

摘要：

航空公司短期航班计划编排模型及算法

张海峰胡明华

2015,47(4):553-558, DOI:

[摘要] (3319) [HTML] (154) [PDF 487.36 K] (7492)

摘要：
航班计划编排的实质是对航空公司各种生产要素的优化配置，其优化程度直接影响航空公司市场竞争能力。目前，航空公司在编排短期航班计划时过多地考虑了市场竞争，而忽略了航班延误。文中兼顾市场竞争与航班延误控制，将航班延误控制纳入短期航班计划的编排过程中。通过分析独立延误与波及延误特点，建立基于延误控制的短期航班计划编排模型，并采用贪婪随机自适应搜索过程(Greedy randomized adaptive search procedure,GRA SP)算法对模型进行求解。最后，通过实例分析验证了所提方法的有效性。

酚醛树脂热解产物高温燃烧详细化学反应机理简化

王丽燕, 王振峰, 陈伟华, 檀妹静, 袁野, 纪兵兵

2020,52(1):131-141, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2020.01.017

[摘要] (1862) [HTML] (2030) [PDF 3.14 M] (7396)

摘要：
针对流动/酚醛树脂热解产物燃烧耦合数值模拟过程中使用详细化学反应机理带来的数值刚性问题，以保证计算精度要求，对酚醛树脂热解产物详细化学反应动力学模型进行简化研究。选取Chemkin-Pro中的良搅拌反应模型，对由53种组分325个基元反应组成的甲烷掺氢气详细化学反应动力学机理进行了敏感性分析和生产速率分析，得到包含15种组分15个基元反应的简化机理。结果表明：简化化学动力学模型能充分地再现详细基元反应模型的反应机理的主要特征，大幅缩短计算时间，进而用于高超声速条件下酚醛树脂热解产物引射及其对边界层扰动的计算流体动力学(Computational fluid dynamics，CFD)中。

旋转爆轰发动机的研究进展

王宇辉何修杰

2017,49(3):325-339, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2017.03.005

[摘要] (2593) [HTML] (3139) [PDF 5.91 M] (7373)

摘要：
理论上爆轰熵增较小，旋转爆轰发动机比常规的爆燃发动机具有更高的热效率和比冲。文中对旋转爆轰发动机的燃烧室结构、爆轰方式、推进性能、热测量和不稳定性等方面进行了研究。结果表明该发动机的实验和数值模拟研究在国内外已经大量开展，但实验数据不够全面，测量手段有限;而爆轰波自身特性给发动机可靠性设计提出苛刻要求，因此旋转爆轰发动机的应用还有待进一步研究和发展。最后，文中总结了旋转爆轰发动机面临的挑战,并指出该发动机在火焰稳定器和磁流体动力发电方面有一定的应用前景。

独立桨叶高阶谐波变距对旋翼垂向载荷的影响分析

徐海王华明杨仁国

2016,48(2):200-204, DOI:

[摘要] (3997) [HTML] (3378) [PDF 793.15 K] (7331)

摘要：
为了研究桨叶高阶谐波变距对桨毂垂向载荷的影响，建立了基于独立桨叶控制技术的桨毂垂向载荷模型。假设桨叶刚体挥舞，采用Leishman-Beddoes（L-B）非定常气动力模型和Glauert入流模型计算旋翼气动力，求解桨叶挥舞动力学方程，计算桨毂垂向载荷。分析桨叶施加2Ω,3Ω阶变距谐波后桨毂垂向载荷的变化，总结高阶变距谐波幅值、相位对桨毂垂向振动载荷的影响规律。结果表明独立桨叶控制能有效降低直升机桨毂垂向振动载荷。

硬质合金与结构钢钎焊结构低温力学性能试验

高泽，刘博，郑立彦，王国欣，莫桂冬，孙启臣

2022,54(3):404-410, DOI: 10.16356/j.1005-2615.2022.03.006

[摘要] (890) [HTML] (631) [PDF 1.47 M] (7227)

摘要：
针对航天器产品恶劣工况对材料及连接方式高抗拉、抗剪强度力学性能的需求，设计试验验证了深低温至高温环境下真空钎焊与火焰钎焊试样拉伸与剪切性能：真空钎焊在-233 ℃条件下抗拉强度可达536 MPa、剪切强度可达260 MPa、-150 ℃时剪切强度300 MPa、常温剪切强度212 MPa，低温下剪切强度值更高且皆优于火焰钎焊对应温度下试样的结果。同时研究了真空钎焊工艺对合金钢40CrNiMoA材料性能的影响，真空钎焊工艺加工过程使材料本身抗拉强度下降约38%，表面硬度值下降约25%。并测量了真空钎焊试样200 ℃高温条件下抗拉强度为804 MPa，剪切强度为239 MPa。通过试验研究了不同焊接工艺对结构焊接后力学性能的影响，该试验结果对后续航天器结构设计工作具有一定的指导作用。