飞行器径向连接螺栓振动断裂分析

应用有限元分析结合试验数据，获得随机振动环境下飞行器径向连接螺栓的载荷功率谱密度（PSD）；采用基于弯曲效应的载荷与应力的线性关系，获取螺栓头根部的名义应力功率谱密度；基于Dirlik经验公式，获取应力随机过程的峰值概率密度函数和预期波峰数，联合Miner线性累积损伤模型及经应力集中系数修正的材料S-N曲线，评估径向连接螺栓头根部振动疲劳寿命，获得的结果与试验螺栓头断裂现象符合，并确定螺栓断裂原因为低频共振疲劳。     

基于Deform软件二次开发和BP神经网络的TA15多向锻造微观组织预报

通过热压缩实验构建了TA15合金的热变形真应力-应变曲线，以此为基础分别建立了合金双相区及单相区温度区间的热变形本构方程；基于热压缩试样动态再结晶的统计数据建立了TA15合金的动态再结晶模型。借助Deform提供的二次开发功能实现相关数学模型的程序化，制定正交实验方案，实现了TA15合金多向锻造变形的微观组织仿真。通过正交实验分析得出各项因子的影响对象及强弱差异，提出了双相区及单相区温度区间内的多向锻造最佳因子组合。建立了TA15合金多向锻造变形微观组织的BP （Back Propagation）神经网络预测模型，将预测结果与有限元仿真结果进行比较，结果表明两种方法的预测结果基本一致，但神经网络具备有限元仿真难以实现的良好细节预测能力，能更为细致地实现对微观组织分布状态的划分。     

基于3D Zernike矩的巡检器与空间站的相对导航算法

针对航天器相对导航问题，以空间站表面为"特殊地形"，提出一种基于大型航天器表面巡检的相对导航算法。首先，运用巡检飞行器上的TOF （Time of Flight）相机测量空间站表面局部点云数据，以该点云数据为实时图，以空间站表面先验点云数据为基准图。然后，利用3D Zernike矩与三维地形间的一一对应关系，将三维地形匹配转化为基于3D Zernike矩的特征向量匹配。在此基础上求解实时图与匹配上的基准图间的相对位置、相对姿态，从而确定两航天器间的相对导航参数，并通过实验分析了匹配精度及速度的主要影响因素。最后，将该相对导航参数与惯性系统推算的相对导航参数在扩展卡尔曼滤波器的框架下实现信息融合，估计了巡检飞行器与空间站间的相对位置、相对姿态，实验结果表明，相对位置精度优于0.002 m，相对姿态精度优于0.1°。     

基于双滤波器的高精度目标跟踪估计方法

针对连续推力的合作航天器，采用双重无迹卡尔曼滤波(DUKF)算法估计其状态和加速度。通过状态滤波器和参数滤波器的配合，提升滤波精度，完成运动状态和参数的估计，从而实现合作目标的运动轨迹跟踪。与合作航天器相比，非合作航天器存在大小未知、发生时刻未知的机动，无法获得加速度，且信息获取和运动状态的估计难度大。针对非合作航天器，基于简化的相对运动方程，结合天基平台获得目标的观测信息，采用两个扩展卡尔曼滤波(EKF)及基于半正焦弦的机动检测策略实现多未知脉冲机动的运动状态的估计。仿真结果表明：相比于无迹卡尔曼滤波（UKF），DUKF在对合作航天器的状态和加速度估计方面具有更快的收敛速度和更高的滤波精度；对于存在未知机动的非合作航天器，通过对比验证机动检测策略与滤波器切换策略相结合的方法的有效性，该方法能够检测到多次机动并且减少误判。     

Conditional sea surface statistics and their impact on geophysical sea surface parameters retrieved from SAR altimetry signals

In this study we present an analytical formulation of synthetic-aperture radar (SAR) altimetry signals including narrow banded nonlinear wave fields and conditional statistics between wave elevation displacements, horizontal wave slopes and vertical wave particle velocities. Considering the wave elevation displacements coskewness with respect to horizontal slopes leads to an analytical formulation of the electromagnetic bias within a SAR-mode altimeter stack. This formulation can be either parametrized by the significant wave height (SWH) and mean wave steepness, or in terms of the variance of vertical wave velocities. The effect of conditional vertical wave particle velocity variances with respect to the observed horizontal wave slopes close to nadir incidence angles leads to an effective reduction of the azimuth blurring of SAR-mode stacks. We present here a formulation of this effect by examining JONSWAP ocean wave spectra. In most cases this effect reduces the azimuth blurring by 10% to 30%. Additionally we investigate the effect of a nonlinear wave elevation displacement probability density function (PDF) on estimated geophysical parameters. We were able to show that including an elevation displacement skewness of 0.13 improves significantly the SWH consistency between altimetry and ECMWF Reanalysis v5 ERA5 results.All of these effects are validated with respect to ERA5 model data in the North East Atlantic region and in situ data located in the German Bight and Baltic Sea.The developed model can be used in both SAR and conventional altimetry retrackers.     

机翼用铝合金材料原始疲劳质量对比

当前航空工业的发展对于超高强铝合金材料的需求十分迫切，实现该材料的国产化并达到良好的质量效果至关重要。为了对中国航空工业中常用的7XXX新型铝合金材料的原始疲劳质量（IFQ）进行评估，选取裂纹萌生时间（TTCI）和当量初始缺陷尺寸（EIFS）作为对比参量，分别对中国飞机机翼用7XXX紧固孔试件和俄系BXXX紧固孔试件开展了低、中、高3种应力水平下的疲劳试验，通过对比分析得到了两种试件在不同应力水平下的TTCI趋于一致，最大仅相差3.71%；得到了每个试件的EIFS，应用疲劳统计学方法验证了两种试件材料各自的EIFS值无显著性差异；提出了一种不同超越概率下的结构细节当量初始缺陷模型，直接有效地对飞机结构细节的质量风险进行了评估；建立并对比分析了两种试件结构细节的通用EIFS分布，结果均小于中国军用手册规定的0.125 mm，且在超越概率为5%时，7XXX材料的通用EIFS值要小于BXXX材料的通用EIFS值。     

Modelling ignition probability with pairwise mixing-reaction model for flame particle tracking

Reduced order models for ignition analysis can offer insights into ignition processes and facilitate the combustor optimization. In this study, a Pairwise Mixing-Reaction (PMR) model is formulated to model the interaction between the flame particle and the surrounding cell mixture during Lagrangian flame particle tracking. Specifically, the model accounts for the two-way coupling of mass and energy between the flame particle and the surrounding shell layer by modelling the corresponding turbulent mixing, chemical reaction and evaporation process if present. The state of a flame particle, e.g., burnt, hot gas or extinguished, is determined based on particle temperature. This model can properly describe the ignition process with a spark kernel being initiated in a nonflammable region, which is of practical importance in certain turbine engines and has not been rigorously accounted for by the existing models based on the estimation of local Karlovitz number. The model is integrated into an ignition probability analysis platform and is demonstrated for a methane/air bluff-body flame with the flow and fuel/air mixing characteristics being extracted from a non-reacting simulation. The results show that for the spark location being at the extreme fuel-lean outer shear layer of the recirculation zone, PMR can yield ignition events with a significant number of active flame particles. The mechanisms for the survival of the initial flame particles and the entrainment of the survived flame particles into the recirculation zone are analyzed. The results also show that the ignition probability map from PMR agrees well with the experimental observation: a high ignition probability in the shear layer of the recirculation zone near the mean stoichiometric surface, and low ignition probabilities inside the recirculation zone and the top stagnation region of the recirculation zone. The parametric study shows that the predicted shape of the ignition progress factor and ignition probability is in general insensitive to the model parameters and the model is adequate for quantifying the regions with high ignition probabilities.     

高能合成煤油GN-1性能研究 --“液体火箭推进”专刊

结合火箭发动机工程应用环境，研究了GN-1煤油高温高压热物性、安全特性、传热结焦性能以及点火延迟性能，并和现役火箭煤油作了对比分析。采用商业仪器对GN-1煤油在最高200℃、最高压力25MPa范围内的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力进行了实验测量。在实验数据的基础上，依据基团贡献法、基于比容平移法则的P-R方程、摩擦理论、广义对应态原理分别对GN-1煤油在最高350℃、最高压力60MPa范围内的密度、黏度、定压比热容、导热系数、表面张力进行了理论计算，建立了GN-1煤油的密度方程、黏度方程、导热系数方程，并将方程的计算值与实验值进行了对比，计算偏差较小。对GN-1煤油和火箭煤油的安全性能进行对比研究，GN-1煤油的闪点为40℃，自燃温度为305℃，高于火箭煤油(225℃)；燃点为47℃，低于火箭煤油(82℃)，GN-1煤油的爆炸极限范围为0.44%-2.9%（40℃）。GN-1煤油和火箭煤油的急性经口毒性LD50＞5000mg/kg，均属于第五级化合物（实际无毒）。在入口压力10 MPa，流速10 m·s-1，内壁温480℃条件下，GN-1煤油的传热系数比火箭煤油提高14.4%，建立了传热准则方程。GN-1煤油出口油温220℃时试验段平均结焦速率是出口油温150℃时的4.43倍，GN-1煤油不锈钢材质管路中试验段平均结焦为高合管材质管路中的22.3%。在970K-1105K温度范围内，GN-1煤油的点火延迟时间为320μs-471μs，是火箭煤油的55.6%-69.3%。相关研究可对发动机可靠设计及应用提供重要参考。     

基于图像特征融合的粉末床缺陷检测方法

针对单一特征对粉末床缺陷表达不明确导致检测效果不佳的问题，提出了一种基于特征融合的增材制造过程粉末床缺陷视觉检测方法。该算法分别使用SIFT方法、灰度共生矩阵和Hu不变矩提取尺度空间特征、纹理特征和几何特征，借助词袋模型对每张图像构建3组视觉单词直方图，通过串行融合3组视觉单词直方图得到新的特征矩阵，采用特征选择对融合后特征矩阵进行降维，并传入随机森林分类器中进行训练。实验结果表明，不同特征对粉末床不同类型缺陷检测具有不同的贡献，优化特征融合参数后，算法平均准确率达到97.46%，缺陷检测效果明显提升。     

详细化学反应机理对预混丙烷钝体熄火模拟影响

航空发动机熄火预测是重要关键问题之一，湍流和化学反应的非线性相互作用使预测非常困难。本文采用大涡模拟（LES）对湍流进行高精度模拟，采用概率密度函数输运方程湍流燃烧模型（TPDF）耦合JL4、Z66和H73三种化学反应机理，对预混丙烷钝体熄火现象和规律进行研究。JL4的反应机理最简单，反应释热快，局部放热高，火焰宽度大，火焰两侧温度梯度大，燃烧更加趋于稳定，无法模拟出熄火状态。H73机理绝热火焰温度低，火焰温度低，回流区中部OH含量高；在近熄火状态，大量CO被氧化，释放热量过高导致无法模拟出熄火现象。Z66机理可以模拟出火焰正常状态，在低当量比下也可以模拟出熄火状态。本文算例中，局部Da数大于1的区域超过35%则会发生熄火。