数字孪生及其在航空航天中的应用

数字孪生已引起国内外的广泛重视，可看作是连接物理世界和数字世界的纽带。其通过建立物理系统的数字模型、实时监测系统状态并驱动模型动态更新实现系统行为更准确的描述与预报，从而在线优化决策与反馈控制。本文分析表明数字孪生体相比一般的模拟模型，具有集中性、动态性和完整性的突出特点。数字孪生的发展需要复杂系统建模、传感与监测、大数据、动态数据驱动分析与决策和数字孪生软件平台技术的支撑。在航空航天领域，数字孪生可应用于飞行器的设计研发、制造装配和运行维护。重点讨论了应用机身数字孪生进行寿命预测与维护决策的案例，相比于周期性维护，具有检修次数更少、维护成本更低的优势。最后，给出了数字孪生在空间站、可重复使用飞船的地面伴飞系统中的初步应用框架。     

大型飞机自动化装配技术

 简述了大型飞机及其结构特点,通过比较人与机器两种装配系统的特性,及分析装配自动化水平与装配成本等诸因素的关系曲线,指出了自动化装配技术在保证大型飞机结构长寿命、高效率、低成本研制和生产等方面的意义;对国外大型飞机的装配自动化发展状况进行了综述,简要分析了国外发展的几种主要自动化装配系统,总结了国外大型飞机的自动化装配水平;对西方国家在大型飞机自动化装配中采用的先进的装配理念和方法,如决定性装配方法等进行了概述。最后针对国内自动化装配水平低的现状和大型飞机研制和生产的需求,提出了发展模块化结构的自动化装配系统、贯彻并行工程理念、实现面向制造和面向装配的设计等发展建议。     

无人系统免疫智能技术

传统的无人系统人工智能技术重点研究人脑思维、感知和肌电反应等领域的科学发现和技术实现。免疫反应是生物体在面临病毒、细菌和天敌时保持生存和健康的独特生理机制，是智能系统技术研究领域的崭新视点。受动物应对病毒侵袭、环境剧变、天敌威胁等不利态势的免疫反应、保护自我和进化机制启发，提出无人系统在包含攻击、干扰、拒止、封锁、损伤、故障和博弈等恶劣环境和对抗模式下的生存安全问题，建立无人系统免疫智能技术的一般框架，架设无人系统和生物体之间免疫机制的桥梁。主要内容包括无人系统免疫智能技术的基本概念、反应机理、关键技术和研究框架，并分别从感知与诊断、适应与激励、学习与进化等技术层面进行了问题描述。最后，对免疫智能技术的未来研究方向和应用领域进行了展望。     

土壤优先流模型理论与观测技术的研究进展

优先流是土壤中常见的和重要的水流运动和溶质运移形式。由于土壤优先流的形成和影响因素众多、表现形式多样,加之土壤优先流的快速非平衡特征明显以及土壤高度的空间变异性,准确描述和模拟土壤优先流的时空变化特征一直以来都是土壤水文学界的热点问题和难点问题。该文从优先流的定义、表现类型、形成和影响因素、模型理论与观测技术等5个方面综述了土壤优先流的研究进展,指出该领域今后的主要研究方向为建立土壤优先流的统一判别标准、提升优先流模型理论的有效性、发展优先流的专用观测技术设备。文章对深入研究土壤优先流具有参考价值。     

整体叶盘抛光技术的研究现状及发展趋势

整体叶盘的表面质量和型面精度对航空发动机的气流动力性和使用性能影响巨大,而抛光是保证整体叶盘最终表面质量及型面精度的关键技术。针对目前国外对整体叶盘抛光技术及装备的严格保密、国内整体叶盘的抛光仍然广泛采用人工打磨的现状,对整体叶盘的抛光技术研究现状及发展趋势进行归纳总结,为整体叶盘的抛光及其自动化的发展提供参考。首先,概述了整体叶盘抛光加工的必要性及其重要性,分别从整体叶盘结构特性、材料特性和曲面特性等方面分析了整体叶盘的抛光工艺,并介绍了整体叶盘抛光工艺要求。然后,就整体叶盘磨料流加工、电解加工、砂带抛光等方面概述了国内外整体叶盘抛光技术及装备的研究现状,在此基础上提出了制约整体叶盘型面抛光技术发展的关键问题及其研究内容和解决方案。最后,根据整体叶盘的技术现状及核心关键问题指出了整体叶盘抛光技术的发展趋势。     

人工智能在航天器制导与控制中的应用综述

航天器制导与控制技术是保障空间任务顺利实施的关键技术之一。当前,动力学模型的强非线性以及参数不确定性制约了高精度姿轨控技术的发展,而系统故障则决定航天器姿轨控的成败。以机器学习为代表的新一代人工智能技术航天器制导控制领域展现了巨大的应用潜力。首先对基于人工智能技术的轨迹制导和姿态控制中的研究发展及应用现状进行归纳,分析航天器轨迹规划、姿态控制、故障诊断以及容错控制技术的发展趋势。然后,从鲁棒轨迹规划、自适应姿态控制、快速故障诊断和自适应容错控制等4个方面总结适用于未来航天任务的航天器姿轨控关键技术。最后,针对智能姿轨控技术的应用所面临的挑战,从姿轨控架构、算法最优性、算法的训练以及技术验证等方面提出相应的发展建议。     

高超声速飞行器表面温度分布与气动热耦合数值研究

针对高超声速飞行器热防护设计中的高温气体非平衡效应问题和气动热环境精确预测问题,基于流场的非平衡Navier-Stokes方程、表面的能量守恒方程和内部的热传导方程,考虑流场的非平衡效应、表面的热辐射效应、催化效应和烧蚀效应以及热防护层内部的热传导效应,建立了初步的表面温度分布与气动热的耦合计算方法,完善了高超声速飞行器气动物理流场计算软件(AEROPH_Flow)。在表面材料为碳-碳(C-C)条件下,对飞行高度为65km和飞行速度为8,10km/s的半球以及飞行高度为50km和飞行速度为8km/s的球锥模型,开展了表面温度分布与气动热的耦合计算,验证了计算方法和计算软件,分析了表面温度分布对气动热环境的影响。研究结果表明:表面温度分布对气动热的计算结果有较大影响,在气动热环境的预测中,不仅要考虑热化学非平衡效应和表面催化效应的影响,还要考虑表面温度分布的影响,最好是采用表面温度分布与气动热耦合计算的方法,以减小表面温度分布对气动热计算结果的影响。为此,需要发展完善非平衡流场/表面催化和烧蚀/热传导温度场(气/表/固)的计算模型、耦合求解技术和计算软件,实现对高超声速飞行器的真实飞行条件下高温气体非平衡效应和气动热环境的精确模拟。     

空间站吊装安全监测系统研制及应用

分析了空间站舱段吊装过程的特点,对比多种测量方案后,提出了基于多模式集成测量的吊装安全监测系统方案,分步实现吊装过程的实时监测。通过对吊装过程关键数据的采集与解析,获取吊装舱段与停放件的相对位姿,以三维可视化的方式显示作业过程,同时进行安全阈值示警,定量引导与辅助航天器舱段吊装作业过程。通过实验室和实际使用,验证了设计方案的可行性及测量精度。与传统的监测系统设计相比,具有功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、成本低和操作简便等显著优点。     

求飞机结构真实腐蚀容限的原理和方法

本文通过静强度、疲劳强度和腐蚀3个学科的综合研究,分别给出飞机结构（下称机件）在静载荷作用下的应力与腐蚀损伤D的分布曲线和机件在疲劳载荷作用下的寿命与腐蚀损伤D的分布曲线。根据这两条曲线和机件使用的容限应力值及总疲劳寿命值,便可分别求出机件在静载荷作用下的腐蚀损伤容限值和机件在疲劳载荷作用下的腐蚀损伤容限值以及同一机件同时受静载荷和疲劳载荷作用的腐蚀损伤容限值。此外,本文提出了用一个腐蚀损伤容限值保证同一机件的总疲劳寿命和总日历寿命皆安全的方法,以及总疲劳寿命和总日历寿命的匹配设计和匹配使用等问题。研究结论适用于大气、海洋、土壤等环境的腐蚀机件,解决了国际机械和腐蚀领域一直未解决的一些难题。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

飞机地面测试试验系统综合校准述评

综述了飞机地面测试试验系统现场校准的现场，对现场校准的需求情况进行了归纳和总结，包括溯源性要求、在线评价需求、多种物理量校准需求、多种特性校准需求、自动化校准需求以及总体评价需求。从技术上、计量法规上以及人的意识上几方面入手，分析了其中的难点，包括原位校准、多种物理量激励源、自动化校准、可测性、法规适应性、复合量纲特征和质量意识，并提出了相应的向点对策和建议，包括总体评价对策、以及现场测量系统的可测性设计原则和分段法校准方案。     

航空发动机防火安全性设计与验证分析

防火能力是影响航空发动机安全性水平的重要特性之一。旨在为防火安全性设计和评估验证工作提供参考与借鉴,针对航空发动机的高安全性需求,借鉴国外航空发动机研制技术经验以及相关标准和适航规范,分析了航空发动机防火安全性的能力要求。从选材控制可燃物、细节消除火源、防火墙阻止火势蔓延3方面提出了防火设计策略。对防火试验中的分类、火焰条件、试验状态、程序以及判据进行了研究,明确了考核试验内容及方法。研究可为航空发动机承研单位提供指导,为使用部门鉴定或适航审查提供依据,为相关标准的制定和修订提供参考。     

民用飞机防火试验室测控系统研究

为满足防火试验室高精度、实时性和多任务测控的需求,设计了一种基于Labview的测控系统。防火试验室测控系统由采集测试、灭火剂浓度测试、航电仿真、试验室模拟电源、试验室监视和总控台组成。提出了系统的总体设计方案,并对各个功能模块进行介绍。采用Labview软件编制测控软件,大大提高了测控系统的运行效率。合理配置Labview软件的实时引擎,使测控系统的任务循环周期达到高精度,提高了系统的实时性。该系统具有多功能、高精度、实时性、运行稳定、界面友好的特点,能够满足防火试验的测控需求,并具有很好的应用前景,可广泛应用于各种试验之中。     

航空发动机气动声学设计的理论、模型和方法

根据对飞机噪声控制技术历史发展演化过程的总结分析，研究了民用航空发动机气动与声学一体化设计的目标、方法、流程、理论模型和发展趋势等。基于对航空发动机气动设计过程的分析，给出了航空发动机气动与声学一体化设计的流程和方法。分别从“发动机总体热力循环设计”“发动机部件通流设计”“发动机部件三维详细设计”等三个流程，介绍了航空发动机声学设计理论和技术国内外的发展情况，详细论述了发动机气动声学设计的理论、模型和方法，分析了目前航空发动机声学设计理论的主要问题及未来的研究重点，并以具体发动机设计实例分析了不同设计阶段航空发动机的气动与声学一体化设计方法思想。     

翼间干涉效应对蜻蜓悬停气动性能的影响

蜻蜓在悬停飞行过程中,通过控制翅膀的运动规律,进行前后翅相位差为180°的扑翼运动。为了分析两对翅膀之间的干涉效应对悬停气动性能的影响,利用计算流体力学手段对蜻蜓悬停状态的串列扑翼和单对翅扑翼进行模拟。通过对两种模式下的流场进行分析,并计算对比了悬停效率、气动力及气动功率的数据,发现了悬停状态下翼间干涉的气动效应：尾迹集中效应和来流偏折效应。尾迹集中效应可以减少翅膀附近的涡耗散和尾迹耗散,提高悬停效率;来流偏折效应可以通过减小后翅在下拍过程中的来流攻角,从而降低前缘涡的尺寸和强度,降低悬停功率。数值结果表明：在运动规律相同的情况下,与单独拍动的前翅和后翅进行的悬停相比,串列双翅悬停的效率分别提高了18.6%和25.5%,功率分别降低了4.8%和14.0%。     

面向适航符合性的智能航电系统认证研究进展

民用飞机航电系统引入人工智能/机器学习技术会带来可信性、不确定性和可解释性等问题,有必要通过有效的符合性方法向公众与利益攸关方证实智能航电系统的适航安全性。首先,分析了智能航电系统的等级分类和应用现状,阐述了现有指南和标准的适用性;然后,基于对当前研究成果的梳理,总结了包含可信度分析、安全性评估、安全风险缓解和认证/批准活动的智能航电系统认证框架实施流程及其技术细节;最后,给出智能航电系统在全生命周期各个阶段的符合性验证要求及实现方法建议,评估了符合性验证对现有适航体系的影响,为民用飞机智能航电系统的设计与认证提供了参考依据。     

Research progress of space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology (SNLT): A review

Space missions have become diversified in recent years, where connection and separation devices play a crucial role as key components of various spacecraft. Traditional pyrotechnic devices have the advantages of large carrying capacity, rapid motion and functional reliability. However, their shortcomings such as great release shock, poor safety, unrepeatability and other prominent defects make them unsuitable for new generation spacecraft such as microsatellites to separate at low shock or lock repeatedly, etc. Therefore, it is necessary to develop space non-pyrotechnic low-shock connection and separation devices (SNLD) which are required for advanced aerospace missions. In this paper, the progress of the research on space non-pyrotechnic low-shock connection and separation technology (SNLT) is summarized and reviewed. Proceed from the principle of reducing shock for non-pyrotechnic devices, present studies are classified from the perspective of actuating technology and systematic designing methods. For non-pyrotechnic actuating techniques, according to different driving sources, the separation devices are classified into several main categories: electric, magnetic, gas and thermal actuating devices. The actuation principle and application prospect of separation techniques are introduced and the working process, dimension and mechanical properties of typical devices are compared and evaluated. For the systematic designing method, the common mechanism types of SNLDs are summarized according to the designing concept of reducing shock. Then connection configurations are classified according to the structural forms of connection devices, of which the principles, bearing capacities and general applications are discussed. This paper systematically summarizes the key problems, puts forward the future development trend of SNLT, and points out the breakthrough direction for related scholars.     

燃烧条件下凝胶自燃推进剂雾化特性试验研究

为了研究凝胶自燃推进剂的雾化特性及敏感因素,在单互击式喷嘴矩形燃烧室内进行了凝胶一甲基肼/四氧化二氮(MMH/NTO)喷雾燃烧过程可视化试验,采用光源后置消光法湮灭火焰自然辐射发光,采用彩色高速摄影获取了燃烧条件下的高质量雾场阴影图像,通过图像处理,有效提取了雾场的雾化锥角、破碎长度、液丝直径及液丝运动速度,分析了撞击角、射流速度和动量比的影响。结果表明,凝胶MMH/NTO稳态燃烧时可观察到液膜、贯穿视场的液丝和红棕色NO_2气体,推进剂混合燃烧不充分;撞击角从75°增大到105°,凝胶MMH/NTO撞击后的破碎长度、液丝直径减小,视场内可视红棕色NO_2气体变少,撞击角为105°时,推进剂会附着在喷注面上,从而影响液膜横向铺展,雾化锥角反而最小,建议撞击角选取90°。燃料射流速度从23m/s增大到45m/s,凝胶MMH/NTO撞击后的雾化锥角及液丝运动速度增大,破碎长度及液丝直径减小,雾化模式发生改变。动量比从1.04增大到1.52,凝胶MMH/NTO撞击后的雾化锥角及液丝运动速度增大,视场内红棕色NO_2气体变少。故一定量程内增加撞击角、射流速度、动量比有助于凝胶MMH/NTO推进剂混合燃烧。     

测绘装备野外计量保障系统的设计与实现

在野外条件下,测绘装备的伴随保障对于保证测绘装备技术性能、提升装备的保障能力,随时遂行各种测绘任务至关重要。本文系统地介绍了测绘装备野外计量保障系统的设计目的、原则和依据;车载式长度、角度、频率检定标准装置的组成和建立方法,野外维修保障设备的配备、计量保障方舱的重心偏移量。分析了野外条件下长度、角度标准的测量不确定度,证明了测绘装备野外计量保障系统完全可以满足检定和维修大地测量装备的要求。     

空间探索用梯度密度气凝胶的合成与应用进展

气凝胶是空间探索领域的关键功能材料.系统介绍了单一密度气凝胶和梯度密度气凝胶材料的分类、合成方法、复合工艺、特殊性能及其在空间探索领域的应用.其中,梯度密度气凝胶材料的合成是国际上的技术难点,笔者结合自身研究将其复合方式分为早期方法、分层粘贴法、逐层凝胶法和梯度溶胶共凝胶法,揭示了梯度气凝胶应遵循由单位深度的低差异到高...