专刊/专栏

激波/湍流边界层干扰低频非定常性研究评述

范孝华, 唐志共, 王刚, 杨彦广

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25917

2022, (1): 625917-625917.

摘要

激波/湍流边界层干扰（STBLI）普遍发生在超声速和高超声速内外流动中，激波诱导流动分离的低频非定常性，表现为激波低频运动以及分离泡的膨胀/收缩，导致其产生的物理机制一直存在一定的争议，受到持续广泛的关注和研究。这种低频非定常性的驱动机制一般可分为3类：①认为这种低频非定常性的来源是上游边界层；②认为是受下游分离流动固有特征所主导；③近期的研究有将2种机制调和在一起的趋势，认为上游/下游机制都存在于激波/边界层低频非定常性中，各自作用的权重受分离程度的影响。若将激波与边界层耦合作为一个动力学系统来考察，该系统可以用一阶低通滤波器来描述，无论干扰来自上游还是下游，其选择性地对特定频率以下的脉动进行响应。本文分别对3种物理机制进行了评述，并且基于已有的研究结果和作者的认知，展望了需要重点关注的研究方向。

激波/湍流边界层干扰的流动控制技术

时晓天, 吕蒙, 赵渊, 陶善聪, 郝乐, 袁湘江

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25929

2022, (1): 625929-625929.

摘要

激波/湍流边界层干扰（STBLI）是航空航天领域中广泛存在的一种复杂流动现象，形成条件涵盖跨声速到高超声速，形成环境复杂多样，给飞行器的气动性能和结构安全性带来重大的影响。结合STBLI的典型流动图像介绍了干扰区的重要物理特征；总结了一些有代表性的STBLI流动控制技术的现状，分析了包括涡流发生器、电磁激励等控制技术的原理、效果及不足；探讨了STBLI流动控制研究中有待于进一步深入研究的问题和方向，为发展实用、高效、针对高超声速条件下的STBLI流动控制技术提供了理论支撑和技术储备。

高频微秒脉冲放电控制激波/边界层干扰非定常性的实验研究

王宏宇, 杨彦广, 胡伟波, 陈植, 冯黎明, 周游天

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25905

2022, (1): 625905-625905.

摘要

在马赫数2.5来流条件下，开展了高频微秒脉冲放电控制压缩折角激波/边界层干扰非定常性的风洞实验，放电位于压缩折角上游沿流向布局的6对电极之间，所选取的放电频率为14 kHz，接近于来流边界层的特征频率。采用高速纹影成像技术记录流场的动态变化，并基于纹影图像灰度值的时间序列采用平均、均方根、本征正交分解、动态模态分解、傅里叶变换等方法进行处理，对比研究有/无控制情形下激波/边界层干扰的非定常特性。研究发现，对于无控情形的基准流场，流动的低频特性表现为分离激波的振荡及边界层大尺度涡经过激波的脱落行为，中、高频特性表现为边界层小尺度涡与激波的相互作用；对于受控情形，来流边界层内的大涡尺度在放电作用下增大，大尺度涡与分离激波相互作用使得激波的振荡转变为稀疏压缩波的脉动，流经激波的边界层脉动更强，分离激波的低频振荡（10~300 Hz）有所改善。此时，流动的低频特性主要表现为边界层大尺度涡经过激波的脱落行为，而中、高频特性与基准流场相似。

混合动理学通量WENO方法拓展

何康, 李新亮, 刘洪伟

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25909

2022, (1): 625909-625909.

摘要

对基于气体动理论的高精度WENO方法进行了拓展研究，将Int.J.Numer.Meth.Fluids79（6），290-305（2015）中提出的5阶混合动理学通量WENO方法进一步拓展到7阶和9阶；在5阶混合动理学WENO方法框架下，比较了采用不同激波探测技术的计算准确度和效率。在时间方向采用三阶Runge-Kutta方法进行推进，空间离散采用混合动理学通量WENO方法。通过一维和二维算例，验证了构造的7阶和9阶混合动理学方法比传统的矢通量分裂技术具有更高的分辨率和更小的数值耗散，并保持了较好的激波捕捉能力；对比发现Ohwada等提出的激波探测技术具备良好的激波探测能力和计算效率。

压缩-膨胀湍流边界层平均摩阻分解

段俊亦, 童福林, 李新亮, 刘洪伟

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25915

2022, (1): 625915-625915.

摘要

采用直接数值模拟对来流马赫数2.9、24°压缩-膨胀折角构型中激波与湍流边界层干扰问题进行了研究。重点关注膨胀折角法向高度对激波干扰区以及下游平板边界层流动的影响。研究发现，当高度足够大时，激波干扰区内未受下游膨胀波的影响，此时的流动特征与传统的压缩折角干扰构型一致。高度较小时，脱体剪切层的再附过程受到下游膨胀波的加速影响，导致再附点向上游移动，分离泡发生剧烈收缩。对上、下游平板湍流边界层应用了平均摩阻分解技术，比较了湍流边界层在平衡和非平衡状态下的差异。分析发现，膨胀折角区域的高摩阻现象主要与摩阻分解后的Cf1项与Cf3项相关。高度变化对Cf1项影响较小，而对Cf2项影响显著。高度变化体现在：下游平板上Görtler涡结构强度以及层流化现象对Cf2项贡献的差异。

展向宽度对激波入射平板反射类型的影响

张志刚, 赵金山, 王成鹏, 罗万清, 廖军好, 肖雨, 陈挺, 粟斯尧

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25927

2022, (1): 625927-625927.

摘要

激波干扰是高超声速飞行器气动布局和超燃冲压发动机设计中需重点考虑的局部干扰现象，当该现象发生时会产生复杂的波系结构，对流场行为特征产生影响，进而对飞行器物面载荷及发动机性能产生显著影响。采用数值计算方法针对斜激波入射平板问题，在固定来流马赫数5、单位雷诺数7.12×106m-1不变的条件下，通过改变上下平板展向宽度研究了6个不同状态下的激波反射类型。结果表明在受限空间内必须考虑侧向溢流对激波反射类型的影响。随平板展向宽度增加，激波反射类型从正则反射逐渐过渡至马赫反射，且马赫杆长度变长并逐渐前移，直至导致内流道堵塞形成脱体激波。采用激波极曲线方法在激波入射角度固定的条件下对两种激波干扰类型的产生机制进行了分析，发现随激波强度增加两束透射激波极曲线上移缩小，进而造成波后流场参数匹配需求，激波反射类型逐渐从正则反射向马赫反射转变，得到了与数值计算结果一致的结论。

马赫6柱-裙构型激波/湍流边界层干扰摩阻统计特性

沈鹏飞, 刘朋欣, 孙东, 袁先旭

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26005

2022, (1): 626005-626005.

摘要

为探究激波/边界层干扰表面摩阻统计特性，对马赫6柱-裙构型的激波/湍流边界层流场进行了直接数值模拟，推导了柱坐标形式的时均摩阻分解公式，将其与对流效应、流向不均匀性效应、分子黏性耗散效应、曲率效应和湍动能耗散关联起来，在此基础上对摩阻脉动和时均摩阻的统计特性进行了研究。概率密度分布结果表明干扰区内摩阻脉动概率密度明显偏离正态分布，摩阻脉动在该区域的间歇性较强，这与湍流脉动在激波干扰后存在显著内在可压缩性效应有关；谱功率密度结果表明摩阻脉动的能量在干扰前中频部分的能量占据主导，峰值对应频率约为0.14，干扰区后附近区域峰值位置转移到高频区域。采用摩阻分解公式对激波干扰前后的时均摩阻进行分解，结果表明时均摩阻的主要贡献来自分子黏性耗散效应和湍动能耗散效应；在激波干扰前分子黏性应力效应占据主导位置，干扰后湍动能耗散效应占据主导位置；激波干扰后对流效应明显增强，曲率效应的贡献在激波干扰前后基本保持不变；流向不均匀项贡献由正贡献变为负贡献，且所占比例有所上升，这主要是由压力梯度项的变化导致的。对分解后各项积分内函数沿法向分布的分析表明，分解后各项在边界层内分布呈现较大的差异，特别地，湍动能耗散项在干扰后...

受限流动中激波诱导分离的结构分析

谢祝轩, 杨彦广, 王刚

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26042

2022, (1): 626042-626042.

摘要

为了探索内流道中激波/边界层干扰引起的流动分离结构，采用RANS方法对马赫6来流下不同宽度、高度的带有20°楔角的矩形内流道流动进行计算，对内流道中分离结构开展了研究，重点关注了内流道下壁面中心区域分离的结构特征，比较了不同几何参数下的流动结构，总结其变化规律并简单讨论了各参数的影响机制。结果表明：内流道中激波诱导的分离具有复杂的三维结构，下壁面中心分离区涡结构呈"Ω"形，并通过两侧的旋风涡与侧壁面附近的分离发生质量交换。在给定来流状态参数的条件下，下壁面分离结构主要受宽度W（主要影响旋风涡之间的距离）和高度H（主要影响侧端分离尺寸及旋风涡与侧壁间距离）的影响。旋风涡之间的相互干扰是中心分离呈现二维特征或三维特征的关键。

超声速湍流边界层与圆柱相互作用试验

冈敦殿, 易仕和, 米琦, 牛海波

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26104

2022, (1): 626104-626104.

摘要

在超声速风洞中开展了湍流边界层与圆柱相互作用流场研究，试验马赫数为3.4和3.8。圆柱安装在试验段底板上，安装位置的边界层为充分发展的湍流边界层，研究了圆柱直径和高度对流场结构和压力脉动的影响。采用基于纳米示踪的平面激光散射（NPLS）技术获取了流向和展向流场精细结构，激波系和马蹄涡结构均可清晰分辨。通过展向流场图像可以发现干扰区内激波与湍流结构的相互作用具有明显的非定常性。采用动态压力传感器测量了圆柱前方相互作用区域的压力脉动特性，在激波足区域压力呈现11~38 kHz的宽频分布，推测主要由激波足与涡结构相互作用及滞止区涡结构的破碎引起。随着圆柱高度的增加，激波足附近测点对应的特征频率有所降低；上游测点则发现了0~3 kHz低频区能量的增强，这主要是由分离区引起的，表明在一定高度范围内高度的增加增强了流动分离。

高分辨率激波/边界层干扰时间演化过程分析

陆小革, 易仕和, 何霖, 全鹏程, 冈敦殿

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26147

2022, (1): 626147-626147.

摘要

采用基于纳米示踪的平面激光散射（NPLS）技术，探索了流场超高帧频成像测试研究的试验系统，主要解决了多个单脉冲激光器并联后的稳定性和合束、阵列CCD相机的整体设计和布局以及测试系统的同步精确控制等问题，通过对系统的时序和分系统调试，实现了测试系统的精确控制。基于此系统，在单位雷诺数为6.30×106/m的条件下，在马赫数为3.4的超声速低噪声风洞中开展了θ=20°激波发生器入射激波与来流壁面湍流边界层干扰相关试验研究。在试验条件下获得了序列连续时间相关的激波与湍流边界层干扰的瞬态流场精细结构图像，并分析了其流场结构的时空演化特性。

机翼变弯度技术研究进展

王彬文, 杨宇, 钱战森, 王志刚, 吕帅帅, 孙侠生

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24943

2022, (1): 24943-024943.

摘要

通过改变机体结构气动外形，确保飞行器在不同飞行状态下持续获得最优气动效益，一直是航空领域的研究热点，而机翼变弯度（VCW）技术是其中一个重要研究方向。首先，分析总结了机翼变弯度技术所带来的综合收益，详细阐述了不同飞行器对机翼变弯度技术的具体需求；然后，分别从变弯度前缘和后缘回顾了过去数十年的发展历程，分析了当前面临的主要技术难点；最后，预测了未来发展趋势，并对机翼变弯度技术的未来研究方向提出了建议。

大型复杂构件机器人加工稳定性研究进展

廖文和, 郑侃, 孙连军, 董松, 张磊

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26061

2022, (1): 26061-026061.

摘要

工业机器人正逐步应用于大型复杂构件的制造与装配领域，其加工稳定性是实现大型复杂构件高精、高效、高质量加工的基础，颤振抑制是实现机器人稳定加工的重要途径。与数控机床单一颤振类型不同，机器人加工颤振主要由再生型颤振和振型耦合型颤振构成，二者共同作用加剧了稳定性解析的复杂度。国内外学者在机器人加工颤振形成机理、颤振预测与控制等方面开展了理论与实验研究，并取得了诸多成果，但研究仍处于起步阶段。目前，机器人加工颤振产生机理尚不明确、稳定性理论解析方法尚不全面、颤振控制技术尚不成熟，工程应用尚未普及，加工稳定性研究的深度和广度仍有较大提升空间。为此，从机器人加工颤振机理、颤振规避方法、颤振抑制方法及加工稳定性应用案例分析4个方面对国内外文献进行了全面总结，并提出后续发展方向，可为大型复杂构件机器人加工稳定性的研究提供指导。

机场探鸟雷达技术发展与应用综述

陈唯实, 黄毅峰, 陈小龙, 卢贤锋, 张洁

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24758

2022, (1): 24758-024758.

摘要

探鸟雷达已成为机场鸟击防范中重要的鸟情观测工具。首先，在介绍探鸟雷达技术起源的基础上，分析了目标回波幅度、飞行速度、飞行高度、轨迹特征、微动特征等飞鸟目标特性。然后，介绍了Merlin雷达、Accipiter雷达、Robin雷达以及Aveillant雷达等四种典型的机场探鸟雷达系统及国内的探鸟雷达技术研究现状，并分析了天线、雷达波形、目标检测与跟踪、目标识别与分类等雷达关键技术，进而对典型探鸟雷达系统的性能指标做对比分析。最后，从雷达与光电技术融合、探鸟与驱鸟联动、鸟情信息分析等方面讨论了探鸟雷达的应用情况，并做出结论与展望。

面向目标分类识别的多任务学习算法综述

李红光, 王菲, 丁文锐

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24889

2022, (1): 24889-024889.

摘要

多任务学习（MTL）可以在训练中联合利用多个任务的监督信号，并通过共享多个相关任务之间的有用信息来提升模型性能。本文从目标分类识别应用角度，全面梳理和分析了多任务学习的机制及其主流方法。首先，对多任务学习的定义、原理和方法进行阐述。其次，以应用较为广泛、具有代表性且具有共性特点的细粒度分类和目标重识别为例，重点介绍多任务学习机制在目标分类和识别任务应用的2类方法：基于任务层的多任务学习和基于特征层的多任务学习，并针对每种类型进一步分类分析不同的多任务学习算法的设计思想和优缺点。接着，对本文综述的各种多任务学习算法在通用数据集上开展性能对比。最后，对面向目标分类和识别任务的多任务学习方法的未来趋势进行展望。

基于真实道面模型的机轮滑水行为影响因素

杨洋, 朱兴一, 赵鸿铎

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24813

2022, (1): 124813-124813.

摘要

湿滑条件下飞机着陆安全性一直是航空安全领域的研究重点。采用数值模拟方法研究了机轮在湿滑道面上的滑跑过程，基于空客A320型飞机的机轮子模型，建立了具有不同胎面花纹特征的机轮模型，并对胎面花纹进行了精细化处理；采用光学扫描及三维重构的方法，构建了具有SMA-13沥青道面纹理特征的道面模型；结合Heinrich橡胶材料与粗糙道面的接触模型，建立了机轮橡胶与机场道面的接触模型，并实现了橡胶胎面与道面间的接触；运用欧拉-拉格朗日（CEL）算法实现了水膜与道面、机轮间的流固耦合模拟。基于提出的机轮滑水有限元模型，用道面与机轮的接触力、临界滑水速度等特征指标分析了飞机滑跑速度、水膜厚度、机轮荷载、胎面花纹和机轮胎压等因素对机轮滑水性能的影响。

点火方式对空桶型旋转爆震燃烧室起爆特性的影响

赵明皓, 王可, 王致程, 朱亦圆, 于潇栋, 范玮

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24870

2022, (1): 124870-124870.

摘要

为了揭示空桶型旋转爆震燃烧室内爆震波的建立过程及工作特性，分别采用火花塞点火、垂直预爆震管点火和切向预爆震管点火，实验研究了不同点火方式下的爆震波起爆和稳定传播特性。喷注器采用环缝-喷孔对撞式设计，燃料和氧化剂分别为乙烯和富氧空气。结果表明，在空桶型旋转爆震燃烧室中，3种点火方式均可成功起爆并获得稳定传播的爆震波，点火方式对旋转爆震波的传播方向影响较小；与火花塞点火相比，垂直预爆震管点火和切向预爆震管点火均能拓宽旋转爆震燃烧室的稳定工作范围；在氧化剂供给流量和当量比相同的条件下，点火方式的改变并未影响旋转爆震波的传播速度大小；使用预爆震管点火时，旋转爆震波的建立时间较火花塞点火短，且呈现出更小的离散性。

高温化学非平衡湍流边界层直接数值模拟

刘朋欣, 袁先旭, 孙东, 傅亚陆, 李辰

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24877

2022, (1): 124877-124877.

摘要

高超声速飞行器在特定工况下飞行时，其表面会存在湍流与化学非平衡耦合作用，但考虑化学反应的高温湍流边界层的研究工作还十分有限。选取高超声速楔形体头部斜激波后的流动状态，分别采用热完全气体模型、空气化学反应模型开展直接数值模拟（DNS）研究，对比分析了化学非平衡效应对湍流统计量、湍流脉动量的影响趋势，并研究了高温湍流边界层标度律。计算结果表明，以吸热离解反应为主的化学非平衡效应会使边界层平均温度和脉动温度显著降低，但对平均速度剖面、速度脉动、雷诺应力的影响较小；在高温化学非平衡湍流边界层的对数区，各流动参数的拓展自相似理论的相对标度指数基本符合标度律。

电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机动力学建模与仿真分析: Part I-单点工况分析

崔朋, 宋杰, 李清廉, 陈兰伟, 梁涛, 孙郡

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24884

2022, (1): 124884-124884.

摘要

为了解决电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机系统响应特性不明晰的问题，综合考虑了电池、电机及冷却通道的影响，建立了电动泵压式液氧煤油变推力火箭发动机仿真平台，深入研究了不同工况下系统响应特性以及系统性能参数随推力水平的变化规律。研究结果表明：系统性能参数响应存在短板效应，尽管电动泵响应速度快，而冷却通道参数响应速度慢，导致系统性能参数响应时间是电动泵转速响应时间的10倍以上；此外，低推力工况时，适当降低混合比，能够保证冷却通道出口亚临界情况下的顺利调节。因此，为了提高系统响应特性，在满足冷却压降要求时，应尽可能提高冷却通道内冷却剂流速。

高速自然层流翼型高效气动稳健优化设计方法

赵欢, 高正红, 夏露

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24894

2022, (1): 124894-124894.

摘要

先进高速高升力自然层流（NLF）翼型的设计已经成为提高新一代高空长航时（HALE）无人机（UAV）性能的重要手段。然而这类翼型表面极易出现分离泡和激波等，尤其对于马赫数、飞行攻角等状态波动气动特性非常敏感，这导致传统的层流翼型设计方法设计的外形在面向工程应用中出现稳健性差，难以被工程使用。气动稳健设计（RADO）方法虽然是一种有希望的解决途径，但它遭遇了巨大计算花费的难题。为了解决这些问题，通过对影响气动稳健优化设计效率的关键技术进行研究，发展了基于自适应前向-后向选择（AFBS）的稀疏多项式混沌重构方法，极大改善了不确定分析（UQ）和稳健优化效率。同时，也发展了考虑多参数不确定的高效气动稳健优化设计方法，有效解决了传统翼型设计方法难以满足高速高升力自然层流翼型设计要求兼顾高升力设计、自然层流设计以及超临界设计的难题。最后使用发展的方法成功设计了一类具有典型特点的跨空域稳健自然层流翼型。结果表明设计的翼型相对于经典的全球鹰无人机翼型气动性能全面提升，同时低阻范围更大，气动性能更加稳健，从而验证了稳健优化方法的有效性和相对于确定性设计的优势。

广义Burgers方程声爆传播模型高阶格式离散

王迪, 钱战森, 冷岩

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24916

2022, (1): 124916-124916.

摘要

声爆预测技术是研制新一代环保型超声速民机的关键技术之一。针对当前基于广义Burgers方程的声爆远场传播模型的数值求解格式精度较低的情况，开展了高阶格式离散方法研究。通过分析该模型中各效应项的物理性质，应用合适的高阶精度格式对各项分别进行离散求解，并采用经典几何声学射线法计算声爆传播路径，实现了对地面声爆波形的精准预测。通过对美国F-5E机型的声爆飞行试验和第二届国际声爆预测研讨会的典型算例进行数值模拟，验证了本文高阶离散方法的可靠性。进一步的结果分析表明，采用高阶离散格式的预测方法相比传统二阶精度预测方法具有明显的低耗散特性，在同等网格数目上可获得更高分辨率的计算结果，且其网格收敛性远优于传统二阶精度格式，同时在计算效率上也有一定优势；在Burgers方程的各效应项中，非线性项的影响更为明显，因而采用高阶离散格式时其优势更为突出；热黏性吸收项对数值结果影响较小，采用高阶离散格式对计算精度的提升效果也不明显，实际计算中仍可以采用传统离散格式，甚至忽略该项的贡献。

非对称超声速喷管内流动分离非定常特性

何成军, 李建强, 黄江涛, 李耀华, 陈宪

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24930

2022, (1): 124930-124930.

摘要

综合采用流场观测和动态压力测量技术，对非对称超声速喷管分离流状态下喷管内激波结构和壁面动态压力进行了试验测量，通过壁面压力时频特性分析获得非对称喷管内不同流动分离模态的流动非定常特性。结果表明：在喷管落压比（NPR）为1.8~12.7范围内，喷管内流场结构由下偏向上偏转换；上壁面流动分离模态经历了受限激波分离（RSS）、末端振动状态和自由激波分离（FSS）；下壁面流动分离模态主要为FSS；流动分离模态为RSS时，Schmucker分离预测标准不再适用。RSS和末端振动状态模态下，尽管分离间歇区壁面动态压力具有相似的低频特征，激波运动呈显著低频特征，但末端振动状态模态下频率值略高，主要是由于流动再附点近喷管唇口，分离剪切层撞击喷管出口位置，剪切层的不稳定性影响了分离激波的振荡特性。

基于试验分岔分析的翼身融合飞行器纵向稳定性

付军泉, 史志伟, 耿玺, 朱佳晨, 王力爽, 吴大卫, 潘立军

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24931

2022, (1): 124931-124931.

摘要

针对翼身融合布局飞行器的纵向稳定性问题，基于分支和突变理论，求解迎角随升降舵变化的平衡分岔图，并对平衡分支的稳定性和突变点进行了分析。结合风洞虚拟飞行试验技术，发展了试验分岔分析方法，并设计了基于非线性动态逆的伪线性控制器，由此获得并分析了开环试验和闭环试验平衡分岔图。对比分析表明，理论分岔分析与开环试验分岔分析在小迎角范围结果基本一致，验证了试验分岔分析方法的可行性和准确性；翼身融合飞行器产生纵向失稳的主要原因是机翼表面流动分离，从而导致Cmα发生突变引起的；闭环试验分岔分析实现了翼身融合飞行器非线性全局稳定性控制，通过纵向非线性控制器，可以将不稳定平衡分支改造成稳定的平衡分支。

变转速下跨声速压气机的耦合扩稳方法

赵乐, 王维, 张乐福, 王伟超, 卢金玲, 楚武利

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24942

2022, (1): 124942-124942.

摘要

为了探索在不同转速下均可有效提高压气机失速裕度的扩稳方法，以跨声速压气机为研究对象，利用缝式机匣处理和叶顶喷气进行耦合设计，并参数化研究了缝数目、缝长、缝宽及喷嘴周向宽度对压气机性能的影响规律，结合非定常数值模拟揭示了耦合型机匣处理的扩稳机理。研究结果表明，在100%、80%、60%转速下，压气机失速裕度分别提高9.31%、8.26%、8.68%，设计点效率分别降低0.77%、0.23%、0.41%。缝数目、缝长、缝宽是影响压气机失速裕度及效率的显著因素，而喷嘴周向宽度对压气机失速裕度及效率的影响较小。耦合型机匣处理内形成了抽吸、喷气的耦合流动循环，耦合强度的增加有利于压气机失速裕度的提高，但会降低压气机效率。耦合型机匣处理提高了叶顶负荷，但降低了叶顶泄漏强度，极大消除了叶顶泄漏涡引起的叶顶堵塞，这是压气机失速裕度提高的主要原因。耦合型机匣处理具有在不同转速下均能有效扩稳的潜力。

基于气动力降阶的弹性飞机阵风响应仿真分析及验证

师妍, 万志强, 吴志刚, 杨超

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25474

2022, (1): 125474-125474.

摘要

低速飞机在阵风作用下容易产生非线性气动力，从而引发非线性气动弹性效应，对飞行安全造成威胁。针对此类问题的分析，经典面元法无法满足计算精度要求，计算流体力学（CFD）/计算结构动力学（CSD）全阶耦合分析效率低下，因此需建立满足工程应用的高精度、高效率的飞行动力学仿真分析模型。针对以上问题提出了一种适用于工程的非线性气动力降阶模型（ROM）用以实现弹性飞机飞行动力学仿真，特别是低速飞机在遭遇大幅值阵风情况下的阵风响应仿真。以风洞试验飞翼飞机模型为对象，利用CFD方法获得了该模型的气动力数据，利用自回归移动平均（ARMA）方法和径向基函数（RBF）神经网络方法分别建立了该模型的线性气动力ROM和非线性修正气动力ROM。结合模型的刚弹耦合飞行动力学方程对模型遭遇阵风情况下的响应进行仿真分析，并将仿真结果和风洞试验结果及CFD/CSD计算结果进行对比。结果表明建立的基于非线性气动力ROM的弹性飞机仿真模型在气动力预测、稳定性分析及阵风响应分析方面的表现都优于基于线性气动力ROM的仿真模型，和试验结果及CFD/CSD分析结果一致性较好，且所建模型在相同工况下的仿真时间远低于CFD/CSD分析方法，可应用于工程实践。

提高飞机壁板低频宽带隔声的层合声学超材料

顾金桃, 王晓乐, 汤又衡, 周杰, 黄震宇

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24785

2022, (1): 224785-224785.

摘要

针对飞机舱内的低频宽带噪声控制难题，提出了适用于飞机壁板隔声增强的层合声学超材料。该层合声学超材料由前、后2层不同构成参数的约束型薄膜声学超材料板，及其中间填充的多孔吸声材料复合而成。通过建立层合声学超材料的隔声计算有限元模型，分析各层约束型薄膜声学超材料，以及两者复合构成的层合声学超材料的隔声特性关系，着重研究层合声学超材料的负质量效应对其隔声特性的影响机理。基于四传声器法声阻抗管测试系统，测量层合声学超材料的法向入射隔声量，用以验证有限元模型的有效性。最后，在半消室开展大尺寸层合声学超材料的插入损失试验，结果表明在100~500 Hz的低频工作频段，面密度为1.5 kg/m2的层合声学超材料样件，其算术平均插入损失达到14 dB，体现了优异的低频宽带隔声能力。研究工作对于采用轻薄声学超材料提高飞机壁板的低频宽带隔声性能具有一定的理论和工程指导价值。

安全带对航空座椅及乘员冲击响应的影响

冯振宇, 刘旭, 林岚辉, 杨永攀, 解江, 石霄鹏, 肖培, 李磊子, 易朋飞, 刘小川, 白春玉

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24808

2022, (1): 224808-224808.

摘要

以典型三联旅客座椅为研究对象，建立了经试验验证的航空座椅有限元模型，研究了安全带固定点位置、安全带刚度和安全带形式等参数的变化对座椅系统动态响应的影响。在水平冲击下，安全带固定点位置对乘员运动轨迹和椅腿受载的影响显著，后左椅腿和前左椅腿Z向受载均随着安全带角度的增加而减小。安全带固定点位置对安全带载荷的影响较小。安全带刚度对乘员运动轨迹、安全带载荷和椅腿载荷的影响均显著。随安全带刚度增大，其自身承受的载荷增加，乘员前移距离和椅腿受载均减小；此外，与两点式安全带相比，Y型安全带对乘员的约束效果更好，可减小头部X向峰值位移63 mm，头排座椅中可以考虑安装Y型安全带以减少座椅与隔板的安装距离。

铝合金薄板冲击后疲劳试验与谱载寿命

张亦波, 陈迪, 成正强, 沈培良, 熊峻江

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24811

2022, (1): 224811-224811.

摘要

对航空铝合金2524-T3和7075-T62薄板分别进行了4种不同冲击能量的低速冲击试验，并对冲击后薄板进行了静力拉伸、恒幅加载疲劳性能及块谱加载疲劳寿命试验，研究了冲击凹坑尺寸（或冲击能量）对静力性能、疲劳强度以及疲劳寿命的影响；根据断口形貌和试验观察，分析和讨论了冲击对疲劳特性和损伤机理的影响。为估算冲击后薄板谱载疲劳寿命，在试验基础上提出新的冲击后薄板疲劳性能S-N-Kt表征模型，采用新模型处理试验数据，得到的理论结果与试验数据吻合良好。基于Johnson-Cook本构方程，建立了冲击后铝合金薄板的非线性弹塑性有限元模型，模拟了冲击凹坑附近的残余应力和应力集中；利用冲击后薄板疲劳性能S-N-Kt模型，预测了冲击后的航空铝合金2524-T3和7075-T62薄板的块谱疲劳寿命，预测结果和试验数据吻合良好，精度可接受。

机动飞行环境下双转子系统主共振特性分析

陈毅, 侯磊, 林荣洲, 杨洋, 陈予恕

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24841

2022, (1): 224841-224841.

摘要

以双转子系统为研究对象，综合考虑高低压转子双频不平衡激励、中介轴承间隙以及机动载荷，通过Lagrange方程，建立了水平盘旋机动飞行环境下双转子系统动力学模型，研究了双转子系统的主共振特性，分析了水平盘旋机动载荷对双转子系统主共振特性的影响规律，探讨了机动飞行环境下中介轴承间隙对双转子系统主共振特性的影响规律。研究结果表明，双转子系统存在振动突跳和双稳态等典型的非线性动力学行为，水平盘旋机动载荷增大会对双转子系统产生"刚度增强效应"，中介轴承间隙增大会对双转子系统产生"刚度弱化效应"。

带翼展飞行器质量质心测量系统设计与误差分析

林闯, 郑昱, 广晨汉, 王炎, 杨洋

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24893

2022, (1): 224893-224893.

摘要

为解决传统的基于三点法的质心测量系统无法应用于带翼展飞行器的问题，提出了一种基于三点方式的任意旋转角质心测量法。为了提高系统测量精度，采用响应面法分析多种随机误差对系统测量精度的综合影响。首先，构建了带翼展飞行器的质量质心测量系统，然后利用随机误差传递公式得到各个随机误差与系统测量精度之间的关系式，并使用响应面法和拉丁超立方抽样法得到多种随机误差与系统测量精度之间的二次项关系式模型，进而依据二次项关系式模型和系统精度指标得到各元器件的精度要求，并分析了满足系统测量误差的旋转角度范围。最后对200 kg、400 kg、800 kg三种质量级别的待测带翼展飞行器在不同旋转角度下进行了多次测量，并将响应面计算结果与理论值进行了对比。对比结果表明，质心测量精度满足系统精度要求，从而验证了任意旋转角度下该测量方法的有效性，以及随机误差与系统测量精度之间的二次项关系式模型的正确性。

基于功能原理的颤振模态参与度分析方法

王昕江, 刘子强, 郭力, 付志超, 吕计男

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24920

2022, (1): 224920-224920.

摘要

颤振边界与颤振耦合机理对飞行器设计与颤振试验设计有着重要意义。模态坐标下的颤振计算通过各阶广义坐标的变化特性来确定颤振边界，并对颤振耦合机理进行分析。然而这常常依赖设计人员的工程经验，难以保证判别标准量化统一。基于功能原理提出了一种新的颤振模态参与度分析方法，通过广义坐标下广义气动力做功的能量累积，实现颤振模态参与度分析。分别采用频域方法与CFD/CSD方法对AGARD445.6标模进行颤振计算，验证了所提模态参与度分析方法的正确性。随后针对双体飞机颤振计算中发现的"漂移频率"现象，使用所提方法进行了解释，凸显了方法的优势。综合表明，所提模态参与度分析方法较好地反映了颤振耦合机理，具有指标正确可靠、结果归一化强、物理意义明确、适用于复杂结构复杂模态的特点。

基于合作博弈的组网雷达分布式功率分配方法

靳标, 邝晓飞, 彭宇, 张贞凯

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24776

2022, (1): 324776-324776.

摘要

对于去中心化的雷达网络，由于网络拓扑切换和信息传输延时的存在，各雷达节点给出的全局资源分配方案可能不一致。针对此问题，将合作博弈的思想应用于多目标跟踪场景下的组网雷达节点功率分配问题。首先，将信干噪比（SINR）刻画为目标空间位置和雷达发射功率等参量的函数。然后，将去中心化的组网雷达节点功率分配问题建立为以SINR为特征函数的合作博弈模型。采用加权图的思想改进合作博弈Shapley值的计算方法，以降低其计算复杂度，并基于此提出合作博弈模型的快速求解算法。所提方法无需使用复杂的优化算法，实时性较好。仿真实验分析了不同雷达布阵方式对功率分配结果的影响，通过将不同的功率分配方法与所提方法进行对比，表明所提方法可以明显提升组网雷达的目标跟踪性能。

基于虚拟视角约束的机动目标拦截制导方法

王亚宁, 王辉, 林德福, 袁亦方

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24799

2022, (1): 324799-324799.

摘要

为使导弹能够以一定的末端攻击角度对机动目标进行拦截，提出了一种带有终端虚拟视角约束以及终端视线角约束的机动目标拦截制导方法。基于速度系各运动矢量之间的变换关系，建立了虚拟相对运动坐标系下的非线性模型，并将线性模型中多项式制导的思想创新性地引入到非线性模型中，通过末端虚拟视角约束以及末端视线角约束对关于弹目距离的多项式虚拟控制量进行求解，并根据虚拟矢量与运动矢量之间的变换关系得到速度系下的加速度指令表达式。针对不同制导系数、不同末端攻击角度及不同类型的机动目标等条件进行了仿真验证，同时与弹道成型制导律进行了仿真对比。仿真结果表明，所提出的制导律可以使导弹以期望的攻击角度拦截机动目标，末端虚拟视角收敛为零，避免了末端指令饱和现象。

腔体格栅的电磁屏蔽原理与方法

余龙舟, 陈宪, 黄江涛, 钟世东, 阙肖峰

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24803

2022, (1): 324803-324803.

摘要

进气道格栅能够避免电磁波进入腔体形成强散射，同时可改善飞行器表面进气道唇口造成的不连续性，有效降低飞行器的电磁散射特性。基于快速多极子算法，以斜切矩形口直腔体为研究对象，利用波导模式传输理论阐述了格栅的电磁屏蔽原理，分析了格栅尺寸与雷达散射截面（RCS）的关系，以及极化角与格栅布局方向的关系。基于干涉相消原理，提出了横向和纵向尺寸非均匀格栅设计，与均匀格栅的RCS进行了对比。数值仿真结果表明：横向非均匀格栅的RCS缩减在前向±15°范围内超过8 dB，纵向非均匀格栅在±35°范围内具有明显的RCS缩减效果，部分角度RCS缩减超过20 dB。此外还提出了双层格栅设计来减小格栅间距和深度，数值仿真结果表明当双层格栅中单层格栅横向间距小于半波长条件时，双层格栅能获得与单层格栅几乎相同的电磁屏蔽效果。

一种基于攻击时间和角度控制的协同制导方法

唐杨, 祝小平, 周洲, 严飞

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24844

2022, (1): 324844-324844.

摘要

自杀式攻击型无人机在强对抗条件下为从不同方向对目标实施同时攻击，需要采用多机协同制导方法，为此提出了一种基于攻击时间和角度控制的协同制导律。首先设计了一种带有辅助阶段的两阶段制导律，通过引入辅助阶段制导增强了两阶段制导律的时间控制能力。在此基础上，对带有辅助阶段的两阶段制导律的切换条件作出适当修改以同时控制攻击时间和角度。当期望的攻击时间和角度在合理区间内取值时，制导过程始终满足无人机的加速度约束和导引头的视场约束，该方法可用于实现多机协同攻击。最后通过数值仿真验证了所提算法的性能。

机载导航卫星反射信号海面高度测量

王峰, 杨东凯, 张国栋, 张波

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24852

2022, (1): 324852-324852.

摘要

对机载导航卫星反射信号海面高度测量模型、定点跟踪和模型拟合2种估计反射相对于直射信号时延的方法以及误差校正进行了研究。针对Z-V模型拟合法进行时延估计复杂度高的特点，提出了7-β模型和相应的时延估计方法；为消除定点跟踪法估计的时延中的海况偏差，提出了查表法和加权平均结合的校正方法。利用2015年12月3日CSIC-IEEC在波罗的海采集的机载数据进行了海面高度反演。结果表明通过已有时延估计方法和所提出的7-β模型拟合法对GPS L1和Galileo E1反射信号进行时延估计，并通过提出的误差校正算法对海况误差进行校正后可得到精度为亚米级海面高度。

无人机视觉引导对接过程中的协同目标检测

王辉, 贾自凯, 金忍, 林德福, 范军芳, 徐超

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24854

2022, (1): 324854-324854.

摘要

无人机空中自主回收是未来的发展趋势，对空中载具的自动识别是实现视觉引导回收的关键技术之一。目前对于空中关联目标检测的研究局限于单个目标个体，没有充分利用关联目标之间的信息。本文针对空中高动态对接中的关联目标检测问题，提出了一种母机与挂载对接物体的单阶段快速协同目标检测算法，包括相关类别并行独立分支目标检测、相关类别掩模增强检测以及相关类别的特征一致性约束，这些模块能够共同提升检测表现。实验表明，在测试集中该算法相比于YOLOv4能够提升4.3%的平均精度，相比YOLOv3-Tiny能够提升31.6%的平均精度。同时，该算法已应用在MBZIRC2020的高动态空中对接项目上，实现机载图像在线实时处理，团队借此斩获冠军。

复合材料飞机接地回流网络网内压降分析

杨占刚, 隋政, 张起浩, 刘建英

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24859

2022, (1): 324859-324859.

摘要

为保证机载电气设备的正常运行，复合材料飞机机身需增设金属接地回流网络来满足机上电气系统的接地需求。针对复合材料飞机接地回流网络网内压降计算问题，采用基于导体的体积部分元等效电路方法，对安装在复合材料飞机上的接地回流网络进行建模，通过计算接地回流网络接地点间的阻抗及接地回路的电流分布，分析某型飞机28 VDC、115 VAC汇流条上部分配电单元负载在巡航工况下接地网内沿路径的电压降，并考虑了故障电流注入及构件间接触阻抗对接地回流网络网内压降的影响。通过建立简化模型对网内压降进行分析，所提出的网内压降计算方法及仿真计算结果可为复合材料飞机接地回流网络的设计安装、故障管理及电气保护系统设计等方面提供参考。

改进的航空遥测信道探测

李赛, 党小宇, 郝崇正, 李杰

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24881

2022, (1): 324881-324881.

摘要

滑动相关器被广泛应用于信道特性的测量，但航空遥测信道的大延迟衰落会严重限制测量系统的测量性能，甚至测量无法完成。为了更加精确地测量航空遥测信道，本文提出一种基于Zadoff-Chu（ZC）序列的滑动相关器，研究其在航空遥测信道测量系统中的信道测量能力。与传统分析方法不同，首先从频域给出测量系统中每个干扰分量的解析表达，然后给出多径环境下的平均动态范围，最后分别基于ZC序列根、归一化滑动因子、信噪比（SNR）和测量序列长度等干扰因素的仿真分析每个干扰分量对测量性能的影响。仿真结果表明：所提的滑动相关器会明显抑制由加性噪声产生的干扰，且在归一化滑动因子大于2和信噪比大于10 dB时，测量性能比传统滑动相关器至少提高2 dB，因此所提滑动相关器的滑动相关峰会更加明显，能更利于航空遥测信道中每条多径分量的检测。

能耗均衡的三维最优持久编队通信拓扑生成

罗贺, 李晓多, 王国强

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24922

2022, (1): 324922-324922.

摘要

持久编队通信拓扑的优化是在确保多智能体使用持久编队控制方法保持队形的基础上尽量减少智能体之间的通信能耗。现有的方法可以最小化智能体的通信能耗总和，却未考虑均衡智能体间的通信能耗，而这会导致某些智能体提前退出编队。针对这一问题，以最大化队形保持时间为目标，研究了考虑能耗均衡的三维最优持久编队通信拓扑生成方法。首先，设计了一种通信拓扑离线优化机制，即选择一个合适的周期，在编队运动之前计算出每个周期内的通信拓扑，在编队保持队形过程中据此定期调整通信拓扑，从而避免在线计算和发布通信拓扑带来额外的通信能耗；而在离线计算每个周期内的通信拓扑时，先估计出每个周期开始时每个智能体的剩余通信能量，并据此更新网络拓扑中各通信链接的权重，再从更新后的网络拓扑中生成一个三维最优持久图作为本周期内的通信拓扑。其次，针对每个周期内的三维最优持久图生成问题，由于更新后的网络拓扑中的通信链路权重不对称，导致现有算法难以适用，为此提出了一种基于刚度矩阵和弧添加操作的近似求解算法，并从理论上分析了其时间复杂度和证明了其有效性。最后，通过仿真实验结果验证了该方法可以有效降低并均衡各智能体的通信能耗，相比于所有对比方法的平均...

基于QoS的卫星网络k端可靠性分析

蔡睿妍, 刘艳红, 魏德宾

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26020

2022, (1): 326020-326020.

摘要

针对现有可靠性分析方法不能适应卫星网络中信息传播时延长，业务需求多样，导致计算准确性低的问题。考虑卫星工作的多状态特性，研究了多状态下卫星网络可靠性的问题，提出了一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析算法。首先，进行节点融合，对非融合元素采取置零取非操作，进行网络拓扑邻接矩阵变换，得到连通k个节点的路径。相较于传统方法有效地减少了矩阵变换次数，避免了冗余链路的产生。然后，为提升可靠度计算的准确性，根据不同业务的QoS约束条件和链路当前状态，确定网络中满足条件的可用路径，最后，由链路当前状态的可靠度计算出不同业务下的k端路径可靠度。研究结果表明：相较于其他算法，本算法不仅提升了卫星网络在不同业务下k端路径可靠度计算的准确性，而且计算效率提升了33.3%。

惯性力平衡式二维燃油泵的设计与研究

王河缘, 李胜, 阮健

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24696

2022, (1): 424696-424696.

摘要

提出了一种新型的惯性力平衡式二维燃油泵，该泵将配流机构集成在柱塞与柱塞环上，去除了传统柱塞泵独立的配流机构，简化了燃油泵的结构，并且利用柱塞与柱塞环方向相反的轴向往复运动，在体积不变的前提下增加了泵的排油行程，进一步提高了燃油泵的功率密度。该燃油泵的导轨采用等加等减速曲面，利用平衡导轨组进行与驱动导轨组加速度大小相等、方向相反的往复运动，来平衡在高转速情况下缸体受到的驱动导轨组给予的惯性力，提供了一种燃油泵高速化的可能性。结合泵的原理，分析了内泄漏、外泄漏以及油液的可压缩性对泵容积损失的影响。利用AMESIM建立惯性力平衡式二维燃油泵的仿真模型进行分析，与实验结果进行比对验证。样机试验表明，在负载压力为1 MPa时，转速从1 000 r/min提升到7 000 r/min，容积效率从90.6%提升到97.8%，理论偏差在3%左右；当转速为2 000 r/min时，负载压力从1 MPa提高到6 MPa，容积效率从94.6%降低到87.5%，理论偏差在5%左右，说明了理论分析的正确性。

基于阻抗法的密封动力特性系数实验识别

张万福, 王应飞, 张晓斌, 杨兴辰, 李春

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24719

2022, (1): 424719-424719.

摘要

搭建并优化了密封动力特性系数实验识别装置，应用阻抗法对梳齿密封动力特性系数开展实验识别，研究转速、进口压力和涡动频率对密封动力特性系数的影响。应用基于微元理论的密封动力特性系数识别方法对密封动力学特性进行了数值计算分析，与实验结果进行对比分析。结果表明：实验识别梳齿密封动力特性系数整体上略高于数值计算结果，但趋势上吻合良好，特别是表征系统稳定性的密封有效阻尼系数，数值与实验具有良好的一致性。梳齿密封动力特性系数在转子低频（&#60；100 Hz）涡动时存在一定的频率依赖性，高频（>100 Hz）时阻尼系数的频率依赖性较弱。实验和数值模拟均表明，相较于转速，压比的变化对密封有效阻尼系数的影响更大。

热障涂层二向应力状态分析与危险点预测

姚玉东, 艾延廷, 宋春, 关鹏, 田晶

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24937

2022, (1): 424937-424937.

摘要

热障涂层剥落是航空发动机热端部件失效的主要形式，研究热冲击环境下涂层的失效机制对提升发动机使用寿命具有重要意义。基于二维轴对称有限元模型、二向应力状态分析方法、唯像学和累积损伤理论建立了热障涂层危险点位置预测方法，阐明了热障涂层在热冲击环境下的失效机制。研究表明随氧化层厚度增加，陶瓷层内部轴向应力与剪切应力的峰值点沿余弦曲线的波峰向波谷方向移动；与传统应力分析方法相比，二向应力状态分析法得到的轴向应力与剪切应力峰值位置更加接近，有利于危险位置预测；基于唯象学寿命预测模型与疲劳累积理论相结合的方法，进一步确定出危险点位置在陶瓷层波峰至波谷轴向距离的3/10处，与实际陶瓷层内开裂的位置基本吻合，验证了危险点预测方法的准确性。

基于碳纳米管薄膜的复合材料在线损伤监测

曲抒旋, 巩文斌, 孙小珠, 张东兴, 梁志强, 高丽敏, 吕卫帮

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24949

2022, (1): 424949-424949.

摘要

考虑到纤维增强树脂基复合材料会在服役过程中因受冲击、压缩以及疲劳等因素的作用而发生损伤，基于碳纳米管薄膜优异的力电响应特性开发了一种具有在线损伤监测能力的自感知复合材料。碳纳米管可在薄膜中形成导电网络，复合材料损伤会破坏导电通路，使碳纳米管薄膜的电阻大幅度增加。通过测量自感知复合材料的边界电压并利用电阻层析成像法对碳纳米管薄膜内电导率的分布变化进行求解/成像，实现了复合材料的在线损伤监测。分别对贯穿孔损伤和I型层间断裂损伤模式进行了研究，结果表明所制备的自感知复合材料对这两种损伤模式均可实现损伤定位及图像化显示，对于贯穿孔型损伤模式可实现对面积占比0.038%的损伤进行在线监测，定位精度可达毫米级。