专刊/专栏

飞行器仿生防冰涂层技术现状与趋势

刘晓林, 朱彦曈, 王泽林澜, 赵泽辉, 张德远, 陈华伟

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27331

2022, 43(10): 527331-527331

摘要

飞行器结冰一直是影响飞行安全的主要气象因素之一，高效可靠的防除冰技术是保障飞行器全天候飞行安全的基本要求。本文结合国内外飞行器防除冰技术的发展现状介绍了现有飞行器防除冰技术的技术手段、优缺点、应用现状和发展趋势，重点探讨了仿生防冰涂层技术的低粘附防冰机理和面向飞行器防除冰应用的挑战，分析讨论了仿生低粘附防冰涂层与新型电热/光热涂层主被动复合节能防冰的可行性，并对飞行器仿生防冰涂层技术的发展前景进行了分析和展望。

CMAS环境下热障涂层的损伤机理及防护策略

杨姗洁, 严旭东, 郭洪波

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27613

2022, 43(10): 527613-527613

摘要

随着先进航空发动机向高推重比和高热效率发展，涡轮前进口温度显著提高，航空发动机叶片热障涂层（TBCs）在高温服役过程中受火山灰、飞灰、跑道磨屑、工业烟尘、汽车尾气及PM2.5等环境沉积物的侵蚀愈来愈严重。这些沉积物的主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2（CMAS），其熔点约为1 240℃，远低于发动机的服役温度。环境CMAS被吸入发动机中后，将迅速熔融并渗入TBCs结构内部。一方面，CMAS对叶片表面造成物理冲击与破坏，熔融态的CMAS还会导致气膜冷却孔堵塞，引起冷效降低与叶片温度-应力场的改变；另一方面，熔融CMAS与叶片涂层发生化学反应，导致叶片TBCs腐蚀剥落及过早失效，服役寿命大幅度下降。解决叶片TBCs表面CMAS沉积和腐蚀的问题是目前先进航空发动机TBCs研究领域的重点和难点，而掌握不同环境下CMAS的物理化学特性更是研制抗CMAS热障涂层的基础。本文阐述了CMAS的成分与流变特性及TBCs在CMAS环境下的热化学、热力学失效机理，并简述了目前国际上有关涂层组织结构优化、阻渗层和牺牲层等CMAS防护策略。

大型科学装置在航空发动机高温结构材料和涂层上的研究与应用

尚勇, 冯阳, 刘巧沐, 王君武, 杨惠君, 茹毅, 张恒, 赵文月, 裴延玲, 李树索, 宫声凯

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27481

2022, 43(10): 527481-527481

摘要

航空发动机用热端部件及其防护涂层具有密度高、结构复杂、服役环境恶劣、承受载荷复杂等特点，采用传统的分析测试方法对其进行损伤演变、质量评估和寿命预测研究存在极大挑战，无法满足航空发动机更高温度、更高速度、更高可靠性的需求。大型科学装置中的同步辐射技术和中子衍射技术具有高穿透性、高精度、高耦合度和高通量等特点，较传统检测技术更适用于未来航空航天领域高温结构材料的研发和测试，但上述两种技术在中国相关领域的基础研究和工程应用方面仍需进一步开展工作。本文着重介绍近年来国内外采用同步辐射和中子衍射技术进行航空发动机热端部件及其防护涂层基础科学研究与实际工程应用方面的进展与现状。

旋翼无人机交互作业动力学建模研究进展

丁希仑, 金雪莹

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27388

2022, 43(10): 527388-527388

摘要

近年来，作业型旋翼无人机在学界、工业、商业等各大领域受到广泛关注，因其结合旋翼无人机的灵活机动性和作业装置的操作能力实现空中移动作业而具有广阔的应用范围。作业型旋翼无人机与环境交互过程中的动力学行为十分复杂，能否准确建立与环境交互全过程的动力学模型是影响其性能的关键因素。国内外针对作业型旋翼无人机的动力学建模问题开展了深入研究并取得诸多成果，首先，将作业型旋翼无人机的动力学建模技术从飞行模式引申至交互作业模式并重点对后者进行调研，通过不同应用对交互作业模式进行分类并首次根据多体系统动力学中的约束概念对作业型旋翼无人机的交互任务模式进行详细划分。然后，将常用交互作业模式划分为接触、吊挂、抓持3种类型并分别对其动力学建模方法进行调研分析，给出各交互作业模式下的通用性动力学建模方法并对国内外研究现状进行介绍。最后，阐明该领域所面临的挑战并对未来发展趋势进行介绍。

石墨多孔介质气体轴承研究综述

丁水汀, 张向波, 杜发荣, 姬芬竹, 周煜

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25655

2022, 43(10): 525655-525655

摘要

多孔介质气体轴承能够产生均匀的气膜压力，支撑转子系统。其具有摩擦损失小、良好的刚度和阻尼特性等优点，在旋转机械中具有良好的应用前景。在对国内外石墨多孔介质气体轴承重要发展历程及特点进行综述的基础上，阐明径向、止推、可倾瓦、局部多孔介质4种多孔介质气体轴承的结构特征和应用前景。在理论基础、静态特性、动态特性、转子系统及相关的试验方面，讨论了径向多孔介质气体轴承关键技术的研究现状及进展。剖析了多孔介质气体轴承材料和制备工艺的发展趋势，指出了多孔介质气体轴承的未来发展方向，包括理论模型中耦合速度滑移边界条件，结构上采用双层多孔介质以及先进的检测和试验技术。为多孔介质气体轴承的产业化发展提供了技术支持。

航空发动机关键装配技术综述与展望

赵罡, 李瑾岳, 徐茂程, 张鹏飞

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27484

2022, 43(10): 527484-527484

摘要

航空发动机是典型的高复杂度、高精密性、高集成度机械系统，其高性能、高安全性、高寿命需求以及日益增长的批量化生产需求对生产质量和效率提出了很高要求。随着零部件加工精度和质量稳定性的提升，装配环节逐渐成为控制产品质量的关键环节，装配精度、装配质量一致性和装配效率成为制约产品质量和批量化生产的重要因素。航空发动机装配技术是解决上述问题的核心技术，相关研究得到国内外科研机构及相关企业越来越多的关注。在总结航空发动机典型装配工艺与技术体系的基础上，详细论述了航空发动机装配机理、数字化装配技术、自动化装配工艺装备、先进测试技术等主要研究方向及现有技术不足，并对未来航空发动机装配精密化、数字化、智能化的发展趋势进行了阐述。

飞机防滑刹车控制技术研究综述

焦宗夏, 白宁, 刘晓超, 李珏菲, 王壮壮, 孙栋, 齐鹏远, 尚耀星

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27384

2022, 43(10): 527384-527384

摘要

机轮刹车系统是飞机上最重要的着陆减速系统，关系到飞机的安全起降，其核心是防滑刹车控制技术。飞机刹车过程包含了众多在控制领域具有挑战的问题（不确定性、强非线性和强时变性），如何在刹车过程中有效克服着陆中所涉及的地面摩擦、刹车盘力矩波动、起落架载荷变化和阵风等具有复杂非线性特征的干扰，实现对地面结合力的可控利用，将对提高飞机地面安全发挥重要作用。本文对飞机防滑刹车控制技术进行综述。简述了飞机机轮防滑刹车系统的作用、发展、基本控制原理和典型架构；从应用需求出发归纳了关键评价指标；以数学模型的形式描述了系统内的典型非线性环节和着陆环境中的扰动；按照飞机防滑控制技术发展的顺序，依次介绍讨论了开关式防滑控制、偏压调制式防滑控制、自适应防滑控制和智能防滑控制中具有代表性的方法。从刹车控制律验证角度介绍了全数字仿真和试验方法。最后，结合刹车控制系统研制所存在的问题与挑战对本领域所涉及的技术研究重点进行了展望。

变体飞行器控制技术发展现状与展望

冉茂鹏, 王成才, 刘华华, 王薇, 吕金虎

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27449

2022, 43(10): 527449-527449

摘要

变体飞行器可利用变形结构改变气动外形以适应复杂的环境和任务需求，在军事和民用领域均具有极高的发展潜力和应用价值。围绕变体飞行器控制技术这一难度高、发展快、应用前景广阔的研究方向，综述了变体飞行器控制技术的主要研究成果和国内外最新研究进展。首先，结合变体飞行器的发展历程，介绍了变体飞行器的研究背景与意义，指出开展变体飞行器控制技术研究的重要性。其次，对变形决策技术、控制系统建模技术和姿态控制技术等研究成果进行总结与分析。最后，对变体飞行器控制技术的未来研究方向进行了展望。

航天器多约束姿态规划与控制:进展与展望

胡庆雷, 邵小东, 杨昊旸, 段超

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27351

2022, 43(10): 527351-527351

摘要

随着人类航天活动日趋频繁，空间任务已经向多样化、无人自主化等方向发展，以在轨服务与维护、编队飞行以及深空探测等为代表的新兴空间任务，近年来受到了各航天大国的持续关注与投入。高可靠、高精度、强自主的姿态规划与控制技术是保障航天器安全顺利实施这些空间任务的关键核心。然而，航天器在轨运行过程中面临的各类约束为姿态规划与控制算法设计带来了巨大挑战。本文首先对复杂约束进行分析与表征，而后从约束处理机制角度对现有的多约束姿态规划与控制方法进行分类，梳理各个方案的研究脉络、优缺点及部分代表性成果，并总结关键技术领域的研究现状和亟需解决的难题。最后，针对中国航天未来发展需求，展望了航天器多约束姿态规划与控制的发展方向。

导航卫星辐射光压建模进展及发展趋势

施闯, 肖云, 范磊, 郑福, 王成, 黄志勇, 李桢

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27389

2022, 43(10): 527389-527389

摘要

辐射光压模型是导航卫星精密定轨的研究热点之一。辐射光压的建模方法主要有经验方法、半经验方法和解析型方法。经验方法由于简单易用、无需知道卫星相关信息等特性而得到广泛应用。但是经验光压模型得到的卫星轨道质量还有进一步提高的空间。在辐射光压建模中引入更多航天器相关的信息可以弥补经验模型的缺陷。中国北斗卫星导航系统2020年建设完成并向全球提供服务，卫星的轨道精度是系统服务性能的重要指标。更好的辐射光压模型可提高北斗卫星轨道的质量。对辐射光压建模技术及研究进展进行梳理可为开发更精准的北斗卫星辐射光压模型铺路。首先根据辐射源的不同将辐射光压分为主动类型和被动类型。然后分析了经验模型、半经验模型以及分析型物理模型的优缺点。聚焦于北斗卫星，也梳理了北斗卫星辐射光压建模的研究进展。根据以上讨论分析了目前辐射光压建模研究未解决的问题。在北斗辐射光压建模中，建议联合解析模型和经验模型的优点，切勿在精密定轨中盲目估计经验参数。

临空信息网络信道建模与动态部署技术展望

曹先彬, 杨朋

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27332

2022, 43(10): 527332-527332

摘要

临空信息网络具有高时效部署和能实现广域通信覆盖与局部能力增强的优势，能助力提升我国开展公共安全应急响应与救灾、对地观测等重大任务的能力。与地面无线网络和天基网络相比，临空信息网络信道传播特性新，拓扑立体多层，平台多异质且共享空域，导致地面无线网络和天基网络的信道建模与动态部署方法不适用于临空信息网络。为发挥临空信息网络的优势，亟需攻关临空信息网络信道建模与动态部署关键技术。剖析了临空信息网络在信道建模与动态部署研究方面面临的重大挑战，并展望了应对挑战的关键技术。此外，在最后展望了临空信息网络未来的其他重点研究方向。

无人系统生存智能与安全、免疫、绿色控制技术

郭雷, 朱玉凯, 乔建忠, 郭康, 包为民

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27129

2022, 43(10): 527129-527129

摘要

物竞天择，适者生存。动物经过亿万年进化，面对病毒侵袭、环境剧变、天敌侵害、种群竞争等挑战，具备了极端环境下的生存和繁衍能力。与动物一样，无人系统同样面临干扰、攻击、拒止、损伤、故障等不确定和异常因素的影响。在干扰对抗态势下，保证无人系统是"会学习"还是"能生存"，已成为一个挑战性问题。本文从控制论的角度提出无人系统的生存智能问题以及3个相关的关键控制要素：安全控制、免疫控制和绿色控制。其中，安全控制涉及无人系统对于多源干扰和故障的抗扰与容错控制；免疫控制涉及无人系统对于对抗与竞争态势的自主感知、自我调节以及学习进化问题；绿色控制涉及无人系统在多约束下的"节能" "节时" "省力"和"省心"等控制问题。目标是使无人系统从智能行为和功能的角度具备"赋生"（视系统如生命、器件似器官）能力，实现从"方法论""系统论"设计到"行为论"设计的跨域，提升无人系统在危险、极端、特殊、恶劣环境下的生存能力。

复杂环境下无人集群系统自主协同关键技术

向锦武, 董希旺, 丁文锐, 索津莉, 沈林成, 夏辉

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27570

2022, 43(10): 527570-527570

摘要

在高动态、不确定、资源受限等复杂环境下，无人集群系统执行协同区域搜索、集群优化调度等任务将会面临"感知—判断—决策—行动（OODA）"回路各个领域的挑战。为了提升无人集群系统的任务场景适应能力，必须突破复杂环境下无人集群系统自主协同关键技术。以复杂环境下大规模异构无人集群鲁棒自主协同理论为基础，探讨了复杂环境下无人集群系统自适应异构体系架构设计与建模方法，梳理了复杂环境下高维态势分布式感知与认知、可引导、可信任、可进化的智能决策、复杂环境下无人集群系统自主协同控制3个科学问题。首先综述了复杂环境下无人集群系统自主协同的研究进展；其次，分析了无人集群系统OODA任务回路面临的挑战；然后，初步梳理了复杂环境下无人集群系统自主协同涉及的各项关键技术及其进展；最后，给出了无人集群系统自主协同领域未来发展的思考。

超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置与零磁科学展望

房建成, 魏凯, 江雷, 向岷, 陆吉玺

doi:10.7527/S1000-6893.2021.27752

2022, 43(10): 527752-527752

摘要

超高灵敏极弱磁场与惯性量子精密测量技术已被广泛应用于人体脑磁和心磁等生物磁信号成像领域，以及暗物质和第五力探测、固有电偶极矩测量和基本对称性破缺验证等前沿基础物理探索，为认识物质世界提供了强有力的工具；同时在磁异常探测和高精度惯性导航系统等国家安全领域有着迫切应用需求。继续冲击超高灵敏度测量纪录和打造极弱磁场环境，是进一步探索基础物理研究边界、拓展生物磁成像应用和服务国家战略需求的关键。首先，对超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置和基础应用进行概要介绍，涉及工作原理、系统组成和设计分析方法。然后，对无自旋交换弛豫原子磁强计和零磁空间进行概要分析，为指标性能进一步提升提供思路。最后，虽然强磁场环境下物性研究已经取得丰硕成果，但是极弱磁场环境中的基础科学研究十分匮乏，提出零磁科学基础研究设想，基于超高灵敏极弱磁场与惯性测量科学装置的技术基础，利用极弱磁场环境、超高灵敏磁测量和精密磁场操控方法，开展零磁医学、零磁生物学、零磁化学和零磁材料学的基础科学研究，有望构建零磁科学系统理论。

空战体系的演变及发展趋势

樊会涛, 闫俊

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27397

2022, 43(10): 527397-527397

摘要

系统回顾了70年来空战体系的演变过程，提出了先于对手完成攻击并使对手无法完成攻击，形成交战双方观察、判断、决策和行动（OODA）闭环时间差的空战致胜机理。全面介绍了角度准则、能量准则、体系准则等空战准则，论述了态势感知、作战飞机、空空导弹和飞行员为主体的空战体系基本构成。对空战体系进行了划代，系统凝练了每一代的体系特征、标志性事件、主干装备等。结合空战需求和技术发展，对以智能分布协同为代表的未来空战体系进行了展望和预测，指出了未来发展面临的基础科学和前沿技术问题。

面向体系化设计与运用的虚拟开放场景构建

刘虎, 刘思良, 田永亮, 黄欣, 赵沁平

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27504

2022, 43(10): 527504-527504

摘要

场景作为飞行器设计方与使用方之间的重要桥梁，其复杂度随着飞行器的体系化发展趋势不断提高，使得双方需要更直观、更易理解、更高效的场景描述和构建方式，为设计与运用的相关应用提供"共同语境"。在典型的场景应用需求分析的基础上，提出了虚拟开放场景（VOS）的定义和主要特征，进而提出了场景要素的多维映射体（MDM）等概念及VOS构建流程。针对流程中的主要环节，提出了对MDM进行裁剪的双层评估矩阵、从MDM实例到组件的开放式封装等方法，并且探讨了一种支持VOS组合及交互的支持系统架构，以灵活构建可体现不同关注侧重的虚拟开放场景族。最后给出了一个面向多机海上搜救体系的虚拟开放场景族构建案例，实现了从全局视角和局部视角描述搜救直升机所在场景，验证了所提概念与方法的有效性。

亚太大学生小卫星SSS-1系统设计与在轨试验

黄海, 赵旭瑞, 孙亮, 陈珅艳

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27399

2022, 43(10): 527399-527399

摘要

亚太大学生小卫星SSS-1于2021年10月14日搭载长征二号丁（LM-2D）运载火箭从太原卫星发射中心（TSLC）发射入轨，本文就该卫星的项目背景、空间任务等进行了介绍，并给出了SSS-1卫星的有效载荷配置和平台系统设计，包括结构、热控（TCS）、姿控（ADCS）、星务（OBDH）、电源（EPS）和测控（TT&C）等6个典型分系统。卫星入轨迄今已超过半年，对该卫星的在轨运行情况和空间试验任务执行情况进行了描述，给出了卫星平台健康状态、盘绕式伸展臂展开、遥感相机成像等在轨相关数据/图像，从而说明和验证了卫星设计和研发的成功性。

失效物理与数据调制融合的航空液压泵寿命估计

王少萍, 耿艺璇, 石存

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27347

2022, 43(10): 527347-527347

摘要

航空液压泵寿命长且寿命期大多在外场使用阶段，仅使用内场试验数据无法得到准确的寿命估计指标。而液压泵外场使用观测数据具有多种不确定性，且与内场施加的载荷谱不一致，亟需寻找有效的信息融合方法将内外场数据进行有效利用，以实现精准的液压泵寿命估计。本文提出失效物理与外场数据调制融合的寿命估计方法，通过构建混合润滑多场耦合液压泵失效物理模型，将其性能退化用随机过程描述；采集外场动态测试数据，用粒子滤波将动态外场数据调制更新到物理退化过程，基于最优重要性粒子采样消除外场观测数据的不确定性影响，通过正则变换重采样解决样本粒子枯竭问题，将失效物理与外场数据有机融合实现航空液压泵准确的寿命估计。试验结果表明本文提出的方法能够有效提高航空液压泵的寿命估计准确度。

飞机阵风响应减缓技术综述

杨超, 邱祈生, 周宜涛, 吴志刚

doi:10.7527/S1000-6893.2021.27350

2022, 43(10): 527350-527350

摘要

为降低阵风对飞机飞行性能与安全的影响，早期往往通过加强飞机结构来抵抗阵风干扰。从20世纪50年代开始，人们逐步发展了基于主动控制的阵风响应减缓技术，并成功应用于多个实际飞机型号，有效降低了阵风响应，提高了飞机的疲劳寿命和飞行品质。国内的相关研究起步较晚，在国产大飞机等项目的需求牵引下，阵风减缓的工程应用已提上日程。本文提出了飞机阵风减缓研究的总体技术路线，并按此路线梳理了以下技术的历史发展和研究现状：首先介绍了阵风减缓的基础数学模型，涉及飞机动力学模型、阵风模型、非定常气动力模型及阵风响应分析方法；其次从减缓控制机理和控制律设计两个方面分析了阵风减缓的设计方法；回顾了阵风减缓风洞试验和飞行试验及实际应用的具体案例；最后概述了阵风减缓研究的前沿进展并总结了亟需解决的关键技术问题，以期为该领域的科研和工程技术人员提供借鉴与帮助。

矩形板本征值问题的封闭解析解法综述

邢誉峰, 李根, 袁冶

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27333

2022, 43(10): 527333-527333

摘要

矩形板的自由振动和本征屈曲等本征值问题一直受到学者们的关注和研究。本文总结了已有的矩形板本征值问题的封闭解法，包括Navier方法、Levy方法、分离变量（SOV）方法和Kantorovich-Krylov方法。对于每一种方法，首先介绍了它的基本思想、发展历程以及应用范围，之后以矩形一阶剪切板的自由振动问题为例，详述了各种方法的求解过程。本文重点介绍近20年来发展的各类SOV方法，包括直接、变分、迭代、改进和扩展SOV方法。最后，借助数值结果，对各种封闭解法进行了总结与比较。对于对边简支矩形板，各种方法皆可以得到精确解；对于具有其他齐次边界的矩形板，SOV方法和Kantorovich-Krylov方法都可以获得高精度解。

可靠性系统工程理论研究回顾与展望

康锐, 王自力

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27505

2022, 43(10): 527505-527505

摘要

可靠性系统工程理论是20世纪末期我国可靠性领域的重大理论与实践创新成果。历经30余年的发展，可靠性系统工程理论已日臻完善，逐渐成为指导我国可靠性技术与实践发展的理论基础。本文系统性回顾了可靠性系统工程的发展历程和技术脉络，全面介绍了可靠性系统工程的概念内涵，重点分析了可靠性系统工程理论与技术框架、综合集成理论体系、确信可靠性理论等研究成果。在此基础上，从可靠性系统工程向可靠性系统科学演变的角度，介绍国内外的研究和讨论情况，并从哲学角度分析了可靠性科学存在的合法性。最后，提出了可靠性系统工程理论的发展设想，展望了可靠性系统科学与工程新学科的发展愿景。

长征五号火箭技术突破与中国运载火箭未来发展

李东, 李平岐

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27269

2022, 43(10): 527269-527269

摘要

长征五号（CZ-5）火箭是我国研制的首个大型低温运载火箭，填补了我国大型运载火箭的空白，大幅提升了我国进入空间的能力，带动了我国运载火箭技术的整体进步。本文全面总结了长征五号火箭研制中，以全新火箭构型及总体优化设计、5 m直径箭体结构设计制造与试验、高性能低温火箭发动机与先进动力、高可靠控制与大容量遥测、全新测试发射模式与发射支持技术等为代表的240余项核心关键技术的突破与创新情况，分析了我国运载火箭技术与国外先进水平存在的差距与不足，对我国运载火箭技术的未来发展进行了展望，提出了火箭总体多专业协同精细化设计、重复使用、智能飞行与评估、先进材料及制造工艺、高性能火箭动力、智能化无人测试发射技术等未来重点发展方向。

中国飞机结构寿命可靠性评定技术的发展与展望

闫楚良

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27869

2022, 43(10): 527869-527869

摘要

首先，在中国40余年的飞机结构定寿与延寿研究成果的基础上，结合中国国情、试验条件和科技发展水平，探讨了机群个体寿命可靠性评定体系与单机寿命监控技术。该技术包括建立新机结构寿命可靠性验证体系，发展大子样载荷谱实测技术、大子样全尺寸飞机疲劳试验技术、试验装置模块化与智能化、以及中子光视觉监控技术等。然后，对中国飞机大数据智能监控平台建设进行了展望。该平台将中国飞机寿命可靠性评定技术提升至机群个体寿命可靠性评定与实时监控的国际先进水平，在保障飞行安全的同时，成倍延长机群使用寿命，改变中国与美国目前相对飞机数量少和寿命短的格局。

飞翼布局飞机耦合运动失稳的主动流动控制

冯立好, 魏凌云, 董磊, 王晋军

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27353

2022, 43(10): 527353-527353

摘要

飞翼布局飞机是现代先进飞行器设计的重要构型之一。由于缺乏平尾、垂尾等传统舵面，飞翼布局飞机在大攻角状态面临滚转、滚转与俯仰耦合、滚转与偏航耦合等失稳问题，严重影响飞机气动性能及飞行安全。对此开展了合成射流主动控制研究，提出了通过增强前缘涡进而改善动态稳定性的控制策略，分析了合成射流对飞翼布局滚转及其耦合运动的控制规律，揭示了飞翼布局飞机动态运动及耦合效应对合成射流控制效果的影响机理。研究结果表明，布置于飞翼布局飞机机翼前缘的合成射流可以有效增强前缘涡，进而改变气动力及力矩，特别是采用与滚转运动角速度方向相反的控制力矩策略能够增加滚转阻尼，改善横向稳定性。本文结果可为飞翼布局飞机增稳控制提供重要的技术支撑。

计及叶片前缘周向不均匀源项的弯掠叶片流动机理

桂幸民, 金东海, 张健成, 宋满祥, 赵洋, 胡大权

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27371

2022, 43(10): 527371-527371

摘要

目前弯掠叶片被广泛应用于现代叶轮机设计，以协调高负荷、高通流、高效率和喘振裕度之间的矛盾，但同时也会引发应力、振动和稳定性等问题。因此，为更好地发挥弯掠叶片的气动优势，同时减少其空间结构复杂性，需要对弯掠空气动力学有更深的机理认识。利用周向平均降维方法，推导获得了可定量描述的周向不均匀源项，揭示出周向不均匀性会诱发叶轮机进气流场产生不同于直叶片的再平衡，进而影响弯掠叶片各基元的设计迎角，并使叶轮机内部流场和性能特性产生变化。采用数值仿真和Stereoscopic Particle Image Velocimetry （SPIV）实验的方法对弯掠叶片的这一机理进行了验证。结果表明弯掠叶片中，周向不均匀源项会打破原有的进气流场的径向平衡，导致进气流场的径向迁移，使进气流场关键参数产生展向差异，改变迎角的展向分布，进而影响整个流场性能。同时，对影响进气流场的周向不均匀源项构建解析模型及机器学习代理模型，解除叶轮机进气均匀流场的传统假设，以利于三维弯掠叶片的气动设计与分析。

真空羽流智能化计算

蔡国飙, 张百一, 贺碧蛟, 翁惠焱, 刘立辉

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27352

2022, 43(10): 527352-527352

摘要

真空环境中，姿轨控发动机工作产生的高温高速真空羽流会对航天器产生气动力、气动热、污染、电磁干扰和视场干扰等效应，影响航天器正常工作甚至任务成败。因此，真空羽流及其效应评估和防护是航天领域的关键科学和工程问题。直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法是真空羽流数值模拟的主流方法，但DSMC是一种粒子模拟方法，非常耗时，严重制约了真空羽流及其效应的评估效率。提出了一种基于卷积神经网络的直接模拟蒙特卡洛（CNN-DSMC）方法。CNN-DSMC的训练集包括两个部分：将DSMC羽流数值模型的几何拓扑与边界条件信息作为训练集的输入，将DSMC数值模拟得到的羽流流场数据作为训练集的输出。将该训练集输入卷积神经网络进行训练，可得到高精度、高效率的真空羽流智能化计算模型，以此预测不同条件下的真空羽流流场。以月球探测器月面着陆过程中的真空羽流场为例，分别使用CNN-DSMC和DSMC数值模拟了在不同着陆高度条件下的真空羽流流场流速和密度。结果显示，两种方法结果基本一致，流场流速和密度的平均相对误差分别小于6.0%和8.8%。但与传统的DSMC方法相比，CNN-DSMC方法的计算速度提升至少4个量级，最大可达6个量级。因此，本文提出的CNN-DSMC方法在真空羽流数值模拟方面具有较强的应用潜力。

热防护材料气固界面传热传质问题研究进展

赵瑾, 孙向春, 张俊, 唐志共, 文东升

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27577

2022, 43(10): 527577-527577

摘要

热防护材料本身和复杂高温/非平衡流动环境之间的气固界面传热传质问题对高超声速飞行器服役热环境的高精度预测及热防护系统（TPS）的精细化设计至关重要。从航空航天及传热传质领域角度出发，以试验测试、理论计算、数值模拟及人工智能应用这4种典型研究范式为切入点，重点综述了国外表征高温服役气体环境/热防护材料气固界面传热传质耦合特性的主要研究手段及最新研究进展，简要总结了中国该领域的研究现状及特点，并在此基础上浅谈了现阶段热防护材料界面热质耦合特性研究的经验启示和新科学范式革命发展带来的挑战思考。

基于任务的军用飞机闭环动态特性要求

王立新, 田娇, 王晋, 刘海良, 乐挺

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27439

2022, 43(10): 527439-527439

摘要

现有的军用飞行品质规范针对不同种类飞机与不同飞行阶段，分别给出了其操稳特性的要求，但难以直接应用于指导军用飞机执行特定作战任务的飞行控制律设计。基于任务的飞行品质评定方法，以实际飞行任务的要求为依据来设计飞行品质评定的机动动作，通过地面模拟试验或飞行试验的客观试验结果，并考虑飞行员的主观评价来综合评定军用飞机的飞行品质等级。介绍了基于任务的飞行品质评定方法，讨论了评估机动任务的主要设计指标，给出了基于任务的飞行品质评定方法建立的近距空战、空中加/受油、对地攻击、舵面破损等4种典型任务/场景下飞机闭环响应特性的要求建议。通过对比分析阐述了这些要求与常规飞行品质评定准则的差异性及其应用的有效性。研究结论可为基于任务的军用飞机的飞行品质准则制定以及飞行控制律设计等提供理论参考。

航空CFD四十年的成就与困境

阎超

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26490

2022, 43(10): 526490-526490

摘要

从20世纪80年代开始，基于Euler/RANS方程的CFD在航空领域得到了迅速的发展和广泛的应用，成为航空飞行器研制和空气动力学研究的重要手段。通过将论述和实例相结合的方法，综述了40年来CFD在军用和民用航空等方面取得的辉煌成就，同时也分析了其存在的不足，尤其是一直存在的艰难的瓶颈难题，即由于湍流模型能力不足导致的分离流模拟困难。对航空CFD的发展，从湍流模型和计算方法两个核心方面进行了讨论。最后给出了简要的总结和对未来发展的展望。

特征值理论在稳定性预测中的应用研究进展

孙晓峰, 董旭, 张光宇, 王卓, 孙大坤

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27408

2022, 43(10): 527408-527408

摘要

航空发动机三大主要部件风扇/压气机、燃烧室和涡轮的稳定工作范围直接决定了发动机整机的性能和稳定性，在追求高气动性能、高涡轮前温度和低排放的同时，主要部件的气动、气弹和燃烧稳定性问题变得尤为突出。基于经验的稳定性预估方法已不适用于现代航空发动机一体化的设计思想，发展快速、准确的稳定性评估方法和稳定性控制技术并将其纳入发动机设计流程具有重要的理论和工程价值。本文主要综述了基于小扰动方法和特征值理论发展的多种半解析模型的研究进展，该方法在设计阶段可以有效评估风扇/压气机气动稳定性、预测叶片颤振和主/加力燃烧室热声不稳定性，为进一步开展稳定性控制设计提供了基础，且为节约实验和数值成本，建立发动机一体化设计方法提供了可能。