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2024年10期

综述 | 多足地形自适应起落装置关键技术与研究进展

多足地形自适应起落装置，作为垂直起降飞行器智能化发展的关键技术之一，对解决垂直起降飞行器的机轮式和滑橇式起落架存在野外复杂地形难以着陆及恶劣海况下着舰停靠困难的问题有着重要的意义。结合多足地形自适应起落装置的研究经验和现有成果，本文总结了地形自适应起落装置研制的关键技术，主要集中在腿部轻量化结构与驱动一体化技术、地形识别-腿部闭环控制-飞控系统的协同控制技术、机体集成与试验技术三个方面，分别对各项关键技术展开讨论，对现有研究方法与成果进行详细说明。在多足地形自适应起落装置的设计构型的基础上开展关键技术讨论，给出目前的研究进展，总结了目前阶段存在的不足与技术壁垒，并对该研究领域的未来发展方向进行了展望。

学术研究 | 飞翼布局宽速域升阻性能分布规律研究

宽速域扁平无尾气动布局是高性能飞行器布局技术发展的重要方向。本文针对“λ翼”典型气动布局的宽速域升阻特性，利用智能化工作流嵌套及基于高可信度计算流体力学（CFD）的统计采样优化设计方法，开展了面向宽速域飞翼气动布局的多设计点设计优化采样，旨在探索该种布局在跨声速、超声速典型设计高度、速度状态下最大升阻比的分布规律。结果显示，在跨、超声速设计状态下，该种气动布局优化结果的最大升阻比随着气动布局全投影面积展弦比及超声速废阻系数变化具有明显的规律性，拟合公式对后续同类气动布局的设计参数选择具有一定的参考意义。

学术研究 | 无人直升机集群协同维修智能决策优化

利用智能算法针对无人直升机集群协同维修问题进行决策和优化，可以在维修资源不充裕的情况下最大化无人直升机任务执行可靠度，因此，维修决策优化成为国内外研究的热点之一。本文结合选择性维修理论基础和维修过程实践，建立无人直升机集群协同维修模型。采用遗传算法实现协同维修的智能决策优化，获得实践约束下的多目标最优化解集作为维修序列规划方案。结合算例，分析维修团队分配与维修等级选择对维修目标的影响，验证模型及算法的有效性。

学术研究 | 基于神经网络的飞行课目载荷预测研究

精确地跟踪、预测飞行载荷对单机寿命监控至关重要，相比传统的飞参解析法，神经网络在预测复杂飞行状态下的飞行载荷具有明显优势，然而现在国内外大部分研究的预测模型主要用于预测单个部件的飞行载荷，缺乏以飞行课目为输入的全局性飞行载荷预测。本文通过飞行课目归并，挖掘各飞行课目典型飞行架次，建立课目与飞行特性矢量间的映射关系，获得输入数据库，以反向传播神经网络方法为基础，结合主成分分析（PCA）法和遗传算法（GA），构建飞行课目载荷预测方法，训练得到各飞行课目下不同预测对象的载荷预测模型，实现全局性预测，形成新型载荷监控模式。根据校验结果可知，基于神经网络的飞行课目载荷预测方法方便快捷、准确高效。

学术研究 | 一种火箭橇试验滑轨防护高熵合金的电化学特性和耐蚀性

火箭橇试验滑轨的腐蚀严重影响其试验的安全可靠性，为了改善火箭橇试验滑轨的耐蚀性，本文制备出一种新型的火箭橇试验滑轨防护耐蚀AlZnPbSn高熵合金，表征了其微观组织结构。采用电化学和浸泡的方法测试了AlZnPbSn高熵合金在不同浓度NaCl溶液中的耐蚀性，利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）等手段分析了腐蚀形貌和腐蚀产物，研究了NaCl溶液浓度对AlZnPbSn高熵合金耐蚀性的影响规律。结果表明，AlZnPbSn高熵合金的组织形态有树枝晶、共晶和包共晶等组织，AlZnPbSn高熵合金的组成相均为单质固溶体。树枝晶组织主要为富含Al和Zn的固溶体组成，其中枝晶内主要为富含Zn的固溶体，枝晶间主要为富含Al的固溶体；共晶组织主要由富含Sn固溶体和富含Pb固溶体组成；包共晶组织主要由富含Zn固溶体和富含Sn固溶体组成。AlZnPbSn高熵合金在不同浓度NaCl溶液中均发生了均匀腐蚀，腐蚀表面疏松不致密，合金表面附着的腐蚀产物主要为Al和Zn的氧化物，Sn和Pb腐蚀后溶解或脱落，在腐蚀表面形成微坑或孔隙。在7%、10.5%和14%的NaCl溶液中，AlZnPbSn高熵合金表面虽然形成了局部致密的腐蚀产物膜层，但是该膜层存在开裂现象，不能起到保护基体的作用，因此，该致密腐蚀膜不能起到提高耐蚀性的作用。随NaCl溶液浓度增大，AlZnPbSn高熵合金的腐蚀速率增大，腐蚀产物脱落形成的孔隙增多。

工程应用 | 基于无扰切换的航空发动机性能与安全协调控制设计

为了提高发动机的转速调节性能并保证安全性，针对航空发动机控制系统，本文提出一种性能与安全协调切换控制策略，并设计一种无扰切换控制策略抑制切换造成的信号突变问题。首先，将发动机性能与安全协调控制问题描述成输出受限的状态跟踪切换控制问题，利用多Lyapunov函数方法分别设计性能回路和安全保护回路控制器。然后，为了避免切换导致控制信号突变对系统造成危害，提出一种基于可调插值函数的无扰切换控制策略，并给出无扰切换的稳定性充分条件。最后，将所提出的基于无扰切换的航空发动机性能与安全协调控制策略应用于航空发动机控制系统仿真试验中。结果表明，无扰切换策略的信号变化比直接切换的减少约21%，表明了所提方法的有效性。

工程应用 | 基于晶体塑性理论和XFEM的镍基单晶三维裂纹扩展仿真研究

镍基单晶作为主要的航空发动机涡轮叶片材料，其裂纹扩展特性对航空发动机的适航管理和寿命评估都有着重要作用，但是其晶体各向异性特点使得基于简单材料本构和损伤模型的仿真分析难以进行准确的裂纹扩展行为评估。本文将晶体塑性理论与扩展有限元（XFEM）相结合，通过对仿真软件的二次开发，实现了镍基单晶材料在三维空间内的裂纹扩展行为仿真，并通过与相关试验结果对比验证了方法的合理性，进一步利用建立的方法分析了涡轮叶片前缘气膜孔三维结构的裂纹扩展行为，可为叶片的损伤容限评估和长寿命设计提供技术支撑。

工程应用 | 多网格下解析法计算石英灯辐射热流对比研究

石英灯阵列辐射热流分布是热强度试验加热方案合理性评估的直接依据。针对石英灯灯丝半圆柱面多网格划分下的辐射热流计算，本文提出了适用于多网格划分的解析计算方法，分析了不同网格数量对热流分布的影响，对比有限元软件热流计算结果，确定了灯丝对外辐射总能量差异是解析法与有限元热流计算结果差异的主要原因，据此建立了有限元模型的灯丝温度调整方法，调整后二者计算结果的一致性得到大幅改善，进而验证了该解析计算方法的正确性，将该方法计算的热流密度值作为热流载荷边界施加于有限元分析模型中能够显著降低辐射传热计算规模，实现大尺度结构与大规模石英灯阵列辐射传热下结构温度响应的快速计算。

工程应用 | 基于故障树-蒙特卡罗模拟的电动飞机推进系统可靠性分析

随着新能源电动飞机的不断发展，电动飞机适航性与可靠性的研究是未来电动飞机发展的重要方向。本文首先分析国内外电动飞机推进系统在适航审定以及安全性分析方面的现状，明确目前适航审定以及可靠性分析中的难点；然后利用某仿真软件对国内某典型电动飞机的推进系统进行建模仿真，参考国内外适航标准以及美国国家航空航天局（NASA）数据库确定故障模式并建立推进系统系统故障树，得到推进系统故障树的最小割集以及其符合的分布函数作为蒙特卡罗仿真的输入值；最后利用某仿真软件对推进系统进行蒙特卡罗仿真，结合底事件可靠性函数对顶事件可靠性进行估计，并与实际运行数据进行对比来验证仿真正确性。结果表明，冷却损失、热失控、外部短路/开路、电池管理系统故障是推进系统的薄弱环节，推进系统平均故障间隔时间（MTBF）为6956.7h，为未来电动飞机适航取证及可行性验证提供参考。

工程应用 | 基于Bi-LSTM和多头自注意力的空战目标意图识别模型

在实时空战中，准确预测敌方的目标意图对及时调整我方空战战术起到关键作用。然而，现代化的空战数据通常具有时序性、多样性和复杂性等特点。此外，传统算法仅依赖当前时刻的数据做出决策从而导致目标意图识别准确率下降。针对这些问题，本文提出了一种基于双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）和多头自注意力（MHSA）的空战目标意图识别模型。首先，对目标状态数据进行预处理生成时序序列特征，然后使用Bi-LSTM神经网络捕捉特征序列中的双向时序关系，有助于模型更好地学习特征序列之间的长期依赖关系；其次，MHSA通过多个独立的自注意力机制将Bi-LSTM提取的特征映射到不同的子空间，从而引导模型学习时序特征不同角度的关联关系。最终通过SoftMax层输出敌方目标意图。试验结果表明，该方法有效提高了目标意图的准确率，对及时灵活调整空战策略具有科学合理的指导意义。

工程应用 | 基于不同绕组类型的航空永磁电机电磁损耗与热特性研究

高功率密度永磁电机是航空电推进系统的动力核心，但在高频高电磁负荷条件下其损耗与发热问题突出，特别是定子槽内绕组温升直接影响航空电推进永磁电机安全稳定运行。本文聚焦航空电推进永磁电机利兹线和扁线绕组损耗机理与电机热特性开展研究，考虑不同转速下的交流损耗，建立定子循油转子通风冷却条件永磁电机温度场仿真模型，对比分析基于不同绕组类型的永磁电机发热特性，获得绕组损耗和温升随工作频率的表征规律，为高功率密度永磁电机绕组设计提供理论和技术支撑。

工程应用 | 基于电阻抗成像技术的飞行员健康状态监测系统研究

基于电阻抗成像的飞行员健康监测系统能够实时可持续地监测飞行员的健康状态。本文设计并实现了一种面向健康监测生物电阻抗成像测试系统，通过解决已知系统边界电压和电流，求解一定区域内生物组织电导率分布情况，并依据电导率的分布情况求解出对应的图像以实现成像。系统基于相关测试数据，采用正则化的高斯-牛顿算法实现了圆形场域的阻抗图像重建，实现了对不同位置、不同个数的成像对象的图像重建。仿真试验结果表明，生物电阻抗成像可以取得较好的成像效果，能够明显区分正常情况与病态情况下的生物阻抗图像，保障了图像重构的实时性和可靠性，从而为实现便携式飞行员健康状态监测系统的开发提供设计参考。