國家數值風洞(NNW)進展及應用專欄-意昂3代理

FlowStar:國家數值風洞(NNW)工程非結構通用CFD軟件

陳堅強, 吳曉軍, 張健, 李彬, 賈洪印, 周乃春

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25739

2021, (9): 625739-625739.

摘要

計算流體力學（CFD）仿真軟件是流體相關的數學物理知識和工程實踐經驗的數字化表達，是工業數字化轉型的重要助推👈🏽。然而，大型工業CFD軟件研發難度極高，需要同時兼顧功能多樣🪜、系統穩定🗽、性能優越、交互友好等特征。依托國家數值風洞（NNW）工程🏃🏻‍♀️，研發出一款通用流場模擬軟件NNW-FlowStar，並在航空👨🏻‍⚖️、航天等工業部門大力推廣使用👷🏻‍♀️。軟件基於非結構有限體積求解方法和大規模並行計算技術開發，結合現代化軟件工程思維設計，具備先進的數值方法😜、高效的計算效率和友好的用戶操作界面🧘🏽‍♀️，可滿足各類復雜外形的高效氣動模擬🚴‍♀️。獨特的重疊網格技術配合六自由度運動模塊🛷，可幫助實現武器分離、艙門定軸轉動等各類氣動-運動協同仿真需求。多類標模案例和復雜工程應用表明，FlowStar軟件算法魯棒、精度可靠，是一款高精度🫷🏼、高效率👩🏼‍🔧、高可靠性的通用CFD仿真軟件👩🏿‍🔬。通過對軟件的架構設計和功能應用進行介紹，使相關從業人員能更好地了解FlowStar軟件，最終促進國產自主CFD軟件生態的良性發展👩🏼‍🎓。

國家數值風洞(NNW)工程中的CFD基礎科學問題研究進展

袁先旭, 陳堅強, 杜雁霞, 郭啟龍, 肖光明, 傅亞陸, 梁飛, 塗國華

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25733

2021, (9): 625733-625733.

摘要

計算流體力學（CFD）基礎理論方面的持續創新對數值模擬軟件的功能拓展及推廣應用具有十分重要的意義👰，國家數值風洞（NNW）工程在CFD相關的若幹關鍵基礎科學問題上開展了研究。簡要綜述了國內各參研團隊近3年的研究進展👩🏿‍🔧，NNW工程在轉捩與湍流模型及計算方法、多相多介質計算模型與方法🧢、多物理場耦合計算模型與方法☄️、高精度數值計算方法等方面形成了一系列階段性的研究成果✡︎，建立了多種原創算法與模型。這些算法與模型中具有較高成熟度的將被集成至NNW工程的相關軟件，並面向全國發布🌜。

風沙兩相流數值模擬研究進展

王萍, 鄭曉靜

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25767

2021, (9): 625767-625767.

摘要

大氣表面層中的風沙運動是典型的高雷諾數湍流氣固兩相流動🍩，同時具有可蝕地表上的沖擊濺起過程👨🏼‍🦰、風-沙-電多場耦合、多尺度與跨尺度等復雜特性，使其定量預測極具挑戰性👩🏼‍🚒。回顧了近30年風沙運動數值模擬的研究進展以及取得的成果，主要包括基於湍流雷諾平均Navier-Stokes （RANS）方法的風沙運動多場耦合模擬與風成地貌耦合尺度模型建立🥒，基於湍流大渦模擬（LES）與高雷諾數湍流理論的風沙運動模擬方法。最後明確了風沙運動現有數值模擬方法的不足和值得進一步研究的方向。

構建非結構網格高精度有限體積方法的新途徑

任玉新, 王乾, 潘建華, 章雨思, 黃乾旻

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25783

2021, (9): 625783-625783.

摘要

綜述了筆者所在研究團隊在發展非結構網格緊致模板高精度有限體積方法方面的研究進展。非結構網格二階精度有限體積方法在各類商用和自研計算流體力學（CFD）軟件中得到了廣泛應用🏃‍➡️。當進一步提高精度時🚆，遇到的主要困難是高階有限體積方法重構模板過大的問題。這已成為發展非結構網格高精度有限體積方法的主要技術瓶頸之一。近年來🙆🏼‍♀️，為解決此問題開展了系統研究👩🏽‍🏫。基於首先提出的操作緊致性概念，先後提出了3種緊致模板高精度重構方法🤵🏿，包括緊致最小二乘重構、變分重構和多步重構。這些重構方法的共同特點是可在只包含面相鄰單元的緊致模板上實施😍，並達到任意高階精度。綜述了這3種方法，對這些方法的構造思路、實施策略和進一步發展做了概要的闡述🤦🏻‍♂️。其中變分重構方法將作為非結構網格高精度有限體積方法的方案之一🎚，在國家數值風洞（NNW）工程中得到發展及應用。

國家數值風洞(NNW)工程在高超聲速中的應用研究進展

陳琦, 陳堅強, 袁先旭, 郭啟龍, 萬釗, 邱波, 李辰, 張毅鋒

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25746

2021, (9): 625746-625746.

摘要

隨著CFD技術的快速發展，CFD數值模擬軟件在飛行器研製中得到廣泛應用💵，並已滲透航空航天等諸多領域的各個階段🂠，發揮著越來越重要的作用。國家數值風洞（NNW）工程堅持邊建邊用的原則，通過集成結構力學、飛行力學、工程熱力學、聲學📎、光學、電磁學🌼、多相流體力學等學科軟件，在航空航天🧑🏻‍💼、交通運輸、能源動力🎵、環保減災等領域發揮了積極作用。總結了NNW軟件在高超聲速飛行器邊界層轉捩、湍流、高精度方法等領域的應用成果以及在解決復雜流動幹擾、動態穩定性和多學科耦合問題上的最新進展。通過案例展示🔹，使相關從業人員了解NNW軟件的功能、特點😘，促進系列軟件在全國的推廣和應用。

國家數值風洞(NNW)工程中的黏性自適應笛卡爾網格方法研究進展

陳浩, 袁先旭, 王田天, 周丹, 趙寧, 唐誌共, 畢林

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25732

2021, (9): 625732-625732.

摘要

相比傳統的結構和非結構網格，笛卡爾網格具有自動化和高質量兼顧的優勢👨🏽‍🦳，是未來網格技術發展的重要方向。面向笛卡爾網格生成軟件開發需求🧑‍🔧，依托國家數值風洞（NNW）工程，介紹了黏性自適應笛卡爾網格技術相關課題的研究工作進展，重點從網格生成技術🌷、自適應方法、黏性物面邊界處理方法等方面展開。網格生成技術方面👨🏻‍🦰，基於全線程樹數據結構的思想，開展了叉樹數據結構的優化；針對物面離散單元信息的快速檢索🍥，構建了穩定、平衡、高效的叉樹式物面網格數據結構🚣🏻‍♀️；對於網格單元類型的判斷，發展了染色方法和包圍盒方法以提高效率💵👱🏼‍♂️；針對大規模網格量🚣，發展了高性能並行計算技術🪕。自適應技術方面，發展了基於幾何特征和流場解特征的自適應方法，建立了流場結構捕捉判據☢️，並開展了三維復雜構型的應用；為了降低全局網格規模，發展了各向異性自適應方法，構建了各向異性特征識別的綜合判據；發展了邊界層法向射線加密技術，以減少邊界層內的網格數目。物面邊界處理方面，發展了重疊笛卡爾網格方法，構建了重疊網格尺度匹配技術和數據交互方法；開展了壁面函數方法在笛卡爾網格框架下的適應性應用🤹‍♀️🪐，以放寬壁面網格尺度限製、降低邊界層網格規模，並通過典型算例驗證了方法的可靠性。

高性能流場並行粒子追蹤數據管理系統

楊昌和, 李彥達, 張江, 王昉, 袁曉如

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25748

2021, (9): 625748-625748.

摘要

隨著當下計算能力和存儲性能的提升👸🏼，流場數據產出的規模越來越龐大🍋，針對流場數據的可視化應用對於硬件及軟件算法的要求也隨之提高🧑🏿‍🎄。基於國家數值風洞（NNW）工程支持🤱，主導設計並開發了高性能流場並行粒子追蹤數據管理系統，幫助用戶探索和分析大規模流場數據🦴。該系統針對流場數據提供多種高效的數據管理方法，在超算集群上針對並行粒子追蹤過程進行了數據預取優化與負載均衡優化👩🏿‍💼。對於粒子追蹤過程中產生的流線（或跡線）及進程工作記錄數據，該系統支持用戶在本地平臺上進行性能診斷和分析。使用不同流場數據集開展的兩個應用實例驗證了該系統的有效性😑。

基於人工神經網絡的可壓縮湍流大渦模擬模型

謝晨月, 王建春, 萬敏平, 陳十一

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25723

2021, (9): 625723-625723.

摘要

在國家數值風洞（NNW）工程項目的指導下😋，空間人工神經網絡（SANN）模型被用於強可壓縮湍流大渦模擬（LES）研究🐚，其中流場的湍流馬赫數分別為0.6☀️、0.8、1.0🌀。基於湍流的多尺度空間結構特性和人工神經網絡方法發展的高精度空間神經網絡（SANN）模型適用於不可壓縮湍流和弱可壓縮湍流。對於強可壓縮湍流♦︎，流場中會出現激波結構，給大渦模擬帶來了挑戰。本文的研究結果表明🐈‍⬛：SANN模型適用於強可壓縮湍流的大渦模擬🧙🏼。在先驗分析中，SANN模型預測的亞格子應力和亞格子熱流的相關系數超過0.995👁，遠遠高於梯度模型和近似反卷積模型等傳統模型👨‍🦯；傳統模型的相對誤差大於30%，而SANN模型在這方面有很大的改進，相對誤差低於11%👰‍♀️。在後驗分析中，與隱式大渦模擬（ILES）🤚🤵、動態Smagorinsky模型（DSM）、動態混合模型（DMM）相比👨‍🦲，SANN模型能更精確地預測能譜🦩、各類湍流統計特性以及瞬態流動結構👌🏽。因此，基於湍流多尺度空間結構特性的人工神經網絡模型加深了人們對強可壓縮湍流亞格子建模的認識🖕🏽，同時可以服務於NNW工程的流體力學模型構造🟢。

NNW-HyFLOW高超聲速流動模擬軟件框架設計

李鵬, 陳堅強, 丁明松, 何先耀, 趙鐘, 董維中

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25718

2021, (9): 625718-625718.

摘要

NNW-HyFLOW在國家數值風洞（NNW）工程支持下，由風雷開源軟件提供基礎框架支撐🤏🏻，將建設成為基於結構/非結構混合網格🙍🏿，面向高超聲速應用領域的國產自主工業CFD軟件💤，具備高溫氣體熱化學非平衡效應模擬及其相關氣動力🎓、氣動熱和氣動物理特性計算分析等主要特色功能⛷。本文從框架設計、數據結構🏄🏿‍♀️、耦合方法、並行計算方法以及接口設計等方面對軟件設計思想和框架特點進行了介紹🔺，給出了求解器采用的理論模型👶🏻、核心數值算法及其實現方法，結合HEG風洞試驗✭、RAM-C飛行試驗😯、Electre飛行試驗以及航天飛機OV102飛行試驗等典型算例開展了數值模擬。研究表明：NNW-HyFLOW具有底層代碼復用👊🏿、功能兼容性好、擴展能力強和接口靈活等優點🙆🏽‍♂️，其當前測試版本已經具備了較好的高超聲速非平衡流動數值模擬能力，在熱化學非平衡效應及其影響的氣動力特性🧙🏽‍♀️、氣動熱環境和等離子體分布特性預測與評估方面，具有較高的數值計算精準度，初步滿足了高超聲速復雜飛行器高溫非平衡流動數值模擬的需求。

基於TLBM-FVM耦合的飛行器艙內熱環境跨尺度預測方法

肖光明, 張超, 桂業偉, 杜雁霞, 劉磊, 魏東

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25710

2021, (9): 625710-625710.

摘要

艙內熱環境的有效預測是優化飛行器熱控與防熱設計、減小系統冗余並保障飛行器熱安全的重要基礎。在國家數值風洞（NNW）工程支持下，針對目前艙內熱環境多尺度、多機製復合傳熱特點及其數值預測面臨的精度與效率提升難題，發展了多區域協同推進的時空耦合模型及流/固界面的自適應分辨率識別算法🧝🏽‍♀️，建立了基於熱格子Boltzmann方法（TLBM）與有限體積法（FVM）相互耦合的艙內復合傳熱跨尺度預測方法📰，開展了典型飛行器儀器艙的綜合熱分析🍋，驗證了耦合方法的計算精度及效率🤳🏿。研究表明🏺，相關方法可實現艙內熱環境的局部精細化與整體大規模的協同模擬，用於開展整體自然對流與設備局部熱量傳遞的多尺度數值模擬，掌握不同環境參數對艙內熱質傳遞過程的影響規律🧜🏼‍♂️，從而為飛行器熱防護/熱管理一體化設計提供重要技術支撐。

C-γ-Reθ高超聲速三維邊界層轉捩預測模型

向星皓, 張毅鋒, 袁先旭, 塗國華, 萬兵兵, 陳堅強

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25711

2021, (9): 625711-625711.

摘要

針對國家數值風洞（NNW）工程高超聲速三維邊界層轉捩預測需求，開展了高超聲速邊界層橫流轉捩判據及模型研究😦。采用線性穩定性分析eN方法對高超聲速轉捩數據進行擴展，結合橫流強度與表面粗糙度構造當地化的高超聲速橫流轉捩判據，對基於Chant 2.0計算平臺的高超聲速修正γ-Reθ轉捩模型進行了橫流模式拓展，建立了適用於高超聲速三維邊界層橫流轉捩預測的C-γ-Reθ轉捩模型。采用構建的轉捩模型對多狀態下的高超聲速尖錐進行橫流轉捩預測，取得了與試驗結果符合較好的預測效果🦸🏼‍♂️🩳。

導熱-輻射耦合傳熱的多尺度分析和數值模型

童自翔, 李明佳, 李冬

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25729

2021, (9): 625729-625729.

摘要

復合材料高溫傳熱特性的準確預測對飛行器熱防護結構的設計有重要意義，相關模型也是國家數值風洞工程中多相多介質計算模型的重要組成部分🔪。針對周期性結構復合材料的高溫傳熱問題👩‍👩‍👦‍👦⛅️，利用多尺度漸進分析方法👩🏻‍💻，對包含導熱方程和輻射傳輸方程的導熱-輻射耦合傳熱模型開展了研究🛫。建立了表征單元尺度模型及宏觀平均導熱-輻射耦合傳熱模型，獲得了材料宏觀等效導熱系數與表征單元模型間的關系，發現宏觀等效輻射吸收和散射等系數可通過表征單元內的體積平均求取。結合有限容積方法與格子Boltzmann方法，建立了復合材料導熱-輻射耦合傳熱多尺度數值模型。采用二維常物性材料傳熱過程的模擬驗證了多尺度模型的有效性，結果表明所建立的多尺度模型能夠對溫度場給出準確高效的計算結果🤓。該方法有助於為復合材料傳熱特性的預測提供數值手段。

高馬赫數層流摩阻數值計算精度

範月華, 段毅, 周乃楨, 楊攀

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25737

2021, (9): 625737-625737.

摘要

飛行器在高空高速飛行時黏性效應顯著，摩阻預示精度對飛行器的關鍵氣動性能意義重大🚣‍♀️。目前👩🏻‍🚒，摩阻預示主要依賴數值計算，但高馬赫數層流摩擦阻力計算與試驗測量結果仍存在差距。以具有高速飛行器典型部件特征的球錐、三角翼為對象，結合風洞試驗摩阻測量結果，使用國家數值風洞（NNW）數值計算軟件和自研CFD程序研究了數值計算中影響摩阻計算精度的格式數值耗散及壁面溫度邊界條件等重要因素。研究結果表明👵🧏🏼：數值耗散越小🫅🏻，表面摩阻的計算精度越高；在速度較低的邊界層近壁區內關閉熵修正，將有助於提高表面摩阻的預示精度🎁。此外，在高馬赫數流動問題的數值模擬中，壁面溫度條件對表面摩阻計算同樣具有重要影響。最後，基於分析結果和工程需要提出了對高精度摩阻數值預示的研究需求。

NNW-FSI軟件靜氣動彈性耦合加速策略設計與實現

孫巖, 王昊, 江盟, 嶽皓, 孟德虹

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25738

2021, (9): 625738-625738.

摘要

在國家數值風洞（NNW）工程的資助下，依托NNW-FSI流固耦合模擬軟件平臺，從氣動載荷作用下飛行器結構靜變形大小與收斂過程無關的物理機製出發，基於變形增量疊加的方式，設計和實現了一種靜氣動彈性耦合加速策略，通過松弛因子對耦合迭代的收斂過程進行調整。結合超大展弦比無人機和CHN-T1模型兩種不同外形，開展了不同松弛因子下的靜氣動彈性耦合數值模擬👨🏼‍🚒⚀，對耦合加速策略的參數影響和加速效果進行了測試和評估🚣。從計算誤差控製角度對松弛因子加速耦合迭代收斂的作用機製進行了理論分析，弄清3種類型靜氣動彈性耦合模擬過程中松弛因子發揮的作用，並給出了松弛因子選取範圍的建議。靜氣動彈性耦合模擬和理論分析結果表明，針對不同類型的靜氣動彈性耦合問題，選取合適的松弛因子，能夠達到抑製振蕩並加速收斂的效果。

考慮數值離散誤差的湍流模型選擇引入的不確定度量化

陳江濤, 章超, 吳曉軍, 趙煒

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25741

2021, (9): 625741-625741.

摘要

在流體力學數值模擬過程中存在著多種來源的不確定因素，科學、定量地描述這些因素對模擬結果的影響對模型確認、工業產品設計優化和性能評估等過程十分重要。數值離散、模型選擇和模型預測偏差是模擬過程中3種重要的不確定性來源，為將這3種不確定性因素對模擬目標量的影響統一考慮，發展了考慮數值離散誤差的貝葉斯模型平均方法。首先🪔，通過對數值離散解和網格尺度進行擬合完成數值離散誤差估計，得到每個備選模型真實解的置信區間。然後，通過嵌套方法和條件優化算法，結合貝葉斯模型平均方法構建目標量的概率盒👩🏼‍🔧，定義目標變量累積分布函數的上、下限，以此分析其置信區間。最後，針對NACA0012低速繞流和CHN-T1跨聲速繞流問題🤎，給出了同時考慮上述3種不確定性因素之後升😸、阻力系數的置信區間分析示例。

NNW-TopViz流場可視分析系統

陳呈, 趙丹, 王嶽青, 鄧亮, 楊超, 蘇铖宇, 王昉

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25747

2021, (9): 625747-625747.

摘要

流場可視化技術采用圖形圖像直觀地表現CFD數值模擬的計算結果🍗，使用戶能夠方便地對這些數據進行分析、比較和研究👨🏻‍💻。然而🪗，CFD數值模擬的流動復雜🕌，其產生的流場數據規模巨大、數據類型復雜、特征提取困難，傳統的串行可視化軟件效率低、交互手段單一，難以滿足數據分析的需求。國家數值風洞（NNW）工程研製了一套流場數據處理可視化軟件系統（NNW-TopViz，簡稱TopViz）🍡，具有對流場數據處理與特征提取💁‍♂️、幾何圖形繪製等可視化與交互功能。根據可視分析效率需求🧑🏼‍🎄，TopViz實現了線程並行，在多核計算環境下有效提高了可視化計算和交互效率；針對流場特征提取困難、常規方法效率低的問題🔃，TopViz實現了基於卷積神經網絡的流場旋渦特征提取方法，提升了特征提取準確率和效率；為提高軟件交互效率並提供便捷的交互方式和體驗，基於頭戴式顯示設備和體感控製器構建沉浸式虛擬顯示與交互平臺，TopViz實現了手勢和眼球凝視2種交互方法🥢，提供沉浸式環境下多視圖🕕、多角度流場探測方式。

基於兩步優化策略的結構網格負載平衡

段焰輝, 周鑫, 高詩婕茜, 林錦星, 張懷寶, 王光學

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25751

2021, (9): 625751-625751.

摘要

國家數值風洞（NNW）工程旨在發展完全自主知識產權的計算流體力學（CFD）軟件👩🏽，結構網格負載平衡問題研究是該工程中的一個重要組成部分。本文發展了兩步優化策略以求解結構化網格的負載平衡問題。第1步優化采用傳統的貪婪算法，完成對大塊網格的剖分和以進程計算時間為指標的網格塊分配⇾；第2步采用遺傳算法（GA），目標函數兼顧進程計算時間和通信時間，在第1步優化結果的基礎上，對網格塊在進程上的分配開展二次優化。為準確計算GA的目標函數，構建了一套計算時間和通信時間的建模方法💪🏻，包括樣本生成、模型建立和模型驗證，整體方法具有一定的通用性。根據負載平衡問題以及兩步優化策略的特點，對GA的編碼、交叉🛋🫸🏽、變異和種群初始化進行了研究，詳細分析了交叉操作的遞歸問題及解決方法↩️。算例驗證說明建立的進程計算時間和通信時間模型具有較高的計算精度，能夠用於GA的目標函數計算；兩步優化策略能夠在第1步優化的基礎上進一步改善優化結果📪，從而減少CFD問題的整體計算時間，對於計算量巨大的工程問題具有較大的實用價值。

高背壓進氣道中內外流耦合作用的大渦模擬

王德鑫, 褚佑彪, 劉難生, 李祝飛, 楊基明

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25754

2021, (9): 625754-625754.

摘要

采用大渦模擬研究了出口堵塞比為50.8%的軸對稱進氣道流動🫵🏿，重點考察了內外流耦合作用下流動的非定常特性🐳。采用國家數值風洞（NNW）工程仿真軟件進行數值模擬，得到的壁面平均壓力、瞬時壓力分布與試驗數據符合良好。分析表明：為匹配出口背壓，進氣道在喉道區域形成激波串結構，使內流道流場分為上遊超聲速區、中部激波串區以及下遊亞聲速區；在激波串區，劇烈的逆壓梯度產生了分離激波🚮、激波串🎟、分離區及分離剪切層等復雜結構；伴隨著激波串運動和邊界層大尺度分離，進氣道壁面壓力出現寬頻脈動特征。脈動壓力的時空分布表明：內流道脈動壓力以擾動波的形式傳播，為此建立的聲反饋模型能較好地預測亞聲速區的主導頻率。相關性分析表明：激波串運動受上下遊流動耦合作用🤲🏼🧏🏼‍♀️，其中，頻率為St=0.7的運動主要受上遊流動影響，頻率為St=0.9的運動主要受下遊壓力擾動波影響🧗‍♂️。

新型鋁鋰合金AA2198高頻疲勞紅外熱耗散演化規律

許羅鵬, 胡石, 劉青松, 王清遠

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24482

2021, (9): 224482-224482.

摘要

利用紅外成像技術開展新型鋁鋰合金AA2198高頻疲勞（100 Hz）熱耗散演化規律研究🦓，發現不同應力條件下疲勞熱耗散呈現上下波動特征，試件平均溫度隨著加載應力的提升有增加的趨勢，但升溫現象並不明顯❤️，不同應力條件下溫度變化幅值小於1℃。疲勞試驗初期和疲勞斷裂時伴隨著急劇升溫過程，提出的能量轉化理論模型合理解釋了疲勞熱耗散演化過程。研究還發現，噴丸強化在試件表面形成的殘余壓應力有助於激發疲勞裂紋的閉合效應，對試件的升溫過程具有抑製作用。

航空拖曳誘餌系統機動過程纜繩張力仿真

杜一江

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24495

2021, (9): 224495-224495.

摘要

為解決航空拖曳誘餌系統研製過程中拖曳纜繩強度設計問題🧑‍🦳，對拖曳誘餌系統機動過程纜繩張力進行了仿真研究#️⃣。仿真中建立了纜繩的質量彈簧阻尼模型和誘餌彈的六自由度動力學模型，研究了直線加速和機動轉彎2個典型飛行動作中纜繩受力情況，分析了載機加速度、飛行高度🧑🏽‍🦱、纜繩彈性模量、纜繩直徑等因素對纜繩張力的影響。結果表明🪆：纜繩中張力大小不僅與誘餌彈🧮、纜繩的氣動阻力、重力有關🧕🏼，還與它們的慣性力有關；由於張力在纜繩中傳遞存在時滯性✣，機動過程中纜繩張力存在波動現象🦵🏿，波動的劇烈程度與載機加速度、纜繩彈性模量、纜繩直徑有關；機動轉彎過程中🔣，纜繩會承受一個較大的峰值應力✍️，該應力隨著轉彎角速度的增大而增大。

軟式空中加油對接約束力不確定性分析

張國斌, 張青斌, 豐誌偉, 陳青全, 楊濤

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24517

2021, (9): 224517-224517.

摘要

軟式空中加油過程中錐套和受油管連接處的最大約束力，可造成錐套和受油管的脫離以及受油管的斷裂，甚至引發安全事故🏛🃏。為了研究輸油過程中軟管錐套組合體的動力學特性，利用ALE-ANCF輸油管道模型和多體建模方法⚙️，建立了加油系統剛-柔-液耦合的多體動力學模型🙍🏿；為了獲取參數不確定條件下對接約束力的期望範圍🙄，采用融合多項式混沌方法和動力學模型的不確定性快速分析方法🫱🏼，得到了不同高度下飛行速度、輸油軟管長度和兩機相對運動速度存在不確定性時的對接約束力期望範圍🤦🏽。數值仿真結果表明😉，當受油機和加油機存在相對運動時，受油管在特定截面處的最大壓力、剪力和彎矩的期望值將會分別大幅提高50%、272%和772%。

復雜時變激勵下失諧葉盤瞬態強迫響應分析

敬彤, 臧朝平, 張濤, Yevgen Pavlovich PETROV

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24529

2021, (9): 224529-224529.

摘要

提出一種高效的失諧葉盤瞬態強迫響應分析方法，不同於傳統的數值積分方法，該方法推導出瞬態強迫響應的解析表達式，能更為高效地預測失諧葉盤的瞬態強迫響應🤶🏼。首先，對葉盤的高保真有限元模型進行減縮建模，在精確地描述葉盤結構的動力學特性的前提下🔠，極大的減少了模型的自由度數目。其次，模擬加速旋轉的渦輪葉盤經過復雜流場時葉片表面上的氣動載荷，並建立葉盤固有頻率和振型隨轉速變化的數學函數🫴🏽；通過共振分析確定葉盤共振的轉速區間並分析引起共振的激勵階次成分。最後🛷，計算了不同旋轉加速度和阻尼下葉盤的瞬態強迫響應🦷，並對葉盤的失諧幅值放大因子進行研究。應用本辦法對某86個葉片的渦輪葉盤進行了數值分析，結果表明，相同阻尼水平下，葉盤的瞬態強迫響應幅值隨旋轉加速度增加而降低，失諧幅值放大因子在瞬態條件下大於穩態條件下，最高可達30%。

基於多邊形膜片彈簧與壓電致動器復合的一體化主被動Stewart減振系統

王敏, 吳軍衛, 蒲華燕, 孫翊, 彭艷, 謝少榮, 羅均, 丁基恒

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24532

2021, (9): 224532-224532.

摘要

隨著遙感衛星光學成像設備等精度的不斷提升🦌，其對振動環境的要求也在不斷提高，簡單的線性被動Stewart平臺已經無法滿足苛刻使用要求🧑🏻‍⚖️。提出了一種新型基於多邊形膜片彈簧與壓電致動器復合的一體化主被動Stewart減振平臺👨🏼‍🔬，其單自由度元件主要由多邊形膜片彈簧😓🤦🏼、壓電致動器、力傳感器以及柔性鉸鏈組成。相較於傳統線性隔振器存在的高靜剛度和低動剛度之間的固有結構矛盾🈂️，所提出的多邊形膜片彈簧作為隔振器的關鍵原件，兼具高靜-低動（HSLD）特性，能夠使隔振系統同時具備較高的靜態剛度進行靜態承載以及較低的動剛度進行動態減振👩🏼‍🦰。為了降低被動隔振系統中存在的共振峰幅值🤴🏽🚓，本文在被動膜片彈簧元件的基礎上串聯一個壓電致動器與力傳感器組成的主動控製元件進行主動振動控製。仿真結果表明，采用比例積分力（PIF）反饋控製算法的主動控製系統👭🏼，在頻域上不僅可以通過積分力環節搭建出天棚阻尼的效果來降低共振峰峰值（11.19 dB），而且其比例-力環節可等效為增大了質量矩陣項，能夠有效降低減振系統的固有頻率（20.9 Hz）👋🏿，拓寬其減振帶寬，並同時能維持高頻段的高衰減性🧄，在時域上也能夠將系統的加速度振動幅值從±0.6g降低至±0.07g，振動衰減達88%。

3D打印夾芯復合材料模擬冰型設計與分析

彭錦峰, 吳東潤, 崔為運, 蔡登安, 周光明

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24536

2021, (9): 224536-224536.

摘要

適航取證是所有民用飛機走向市場投入使用的必經環節⛎。根據適航條例🧑‍🧑‍🧒‍🧒，測試機完成模擬冰型試飛是必須進行的Ⅰ類風險試飛課目🐱，以考察飛機綜合的氣動以及操作穩定性能💂🏼。由於真實結冰飛行測試難度大風險高，因此開展模擬冰型的研究設計格外重要👋🏻。以某民用飛機機翼自然結冰過程為研究對象💜，首先，確定研究飛機的臨界冰型，設計模擬冰型結構以及采用3D打印夾芯材料製作復合材料模擬冰型👩🏿‍🦲；其次，通過CFD仿真得到帶冰模型在極端工況下所承受的氣動載荷👼🏽，利用有限元分析得到模擬冰型的破壞強度以及破壞形式👨‍💼；最後，通過靜力試驗驗證仿真結果的有效性👩🏽‍🚀，繼而驗證3D打印夾芯復合材料模擬冰型設計方案的可行性。

帶有安裝邊螺栓連接結構的機匣包容能力研究

曹振忠, 張帆, 章定國, 余毅

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24563

2021, (9): 224563-224563.

摘要

為了研究帶有安裝邊螺栓連接結構的機匣對斷裂葉片的包容能力💆🏻‍♂️，截取環形機匣中的安裝邊螺栓連接結構，開展有限元仿真和沖擊試驗☛。首先📋👃🏽，使用LS-DYNA軟件建立有限元模型，研究撞擊角度、撞擊位置👩🏼‍🏭、定距套和止口對機匣安裝邊螺栓連接結構抗沖擊能力的影響。仿真結果表明：撞擊位置、撞擊角度🎂、定距套和止口都對結構的抗沖擊能力有顯著的影響，當葉片撞擊在單側機匣的安裝邊位置時結構的抗沖擊能力最弱，定距套和合理的止口設計都能夠有效提高結構的抗沖擊能力。然後，通過機匣安裝邊螺栓連接結構的抗沖擊試驗🤵🏼‍♂️，驗證了數值仿真方法的準確性和可靠性🧚🏻‍♀️，為數值仿真結論的有效性提供了依據。最後，通過數值仿真分析了螺栓斷裂過程，並結合試驗分析揭示了螺栓發生剪切斷裂和拉伸斷裂的原因。

Stratobus平流層飛艇項目研究進展與仿真分析

楊希祥, 朱炳傑, 鄧小龍, 麻震宇

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24579

2021, (9): 224579-224579.

摘要

平流層飛艇是當前的前沿熱點研究方向🧟‍♀️，創新性強、技術挑戰大。針對國外公開在研的大型超長航時平流層飛艇項目Stratobus，首先對基本方案進行總結分析🧑🏼‍🎄，梳理總體研究進展，然後歸納剖析囊體材料、太陽電池、可再生氫氧燃料電池、吊艙移動系統等核心關鍵技術方案和研究進展🙅🏻‍♀️，在此基礎上🎮，通過數值仿真，對決定平流層飛艇總體方案可行性的浮重平衡、推阻平衡、能源平衡進行綜合分析，提出了Stratobus項目發展的啟示，為平流層飛艇總體設計和研究發展提供參考借鑒。

概率盒全局靈敏度和活躍子空間跨層降維

胡政文, 張保強, 鄧振鴻

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24582

2021, (9): 224582-224582.

摘要

航空航天仿真系統中的不確定性通常是多源的🌵、混合的，並且系統參數的維數眾多📽。針對高維混合不確定性量化問題☞，提出一種結合概率盒全局靈敏度和活躍子空間的跨層降維方法。在隨機和認知不確定的概率盒表征基礎上，使用不確定性縮減法分析參數的全局靈敏度繼而進行參數篩選👩🏻‍🔧；基於輸出梯度協方差矩陣的特征分解，使用活躍子空間法對參數進行降維💥；構造出一種概率盒表征下的參數篩選和跨層降維方法👨🏻‍🎤。最後以NASA多學科不確定性量化挑戰問題為例🏄🏿‍♀️1️⃣，通過概率盒全局靈敏度分析進行第1層次的參數篩選，原有的21維輸入參數減為13維↖️；隨後采用活躍子空間進行第2層次的參數降維，維數進一步降至一維。研究結果表明，所提出的方法能夠對混合不確定性參數進行靈敏度排序😱，還能夠有效降低模型輸入參數的維度，為高維系統混合不確定性量化和進一步的優化工作奠定了基礎🐚。

面向集中力擴散的回轉曲面加筋拓撲優化方法

李增聰, 陳燕, 李紅慶, 田闊, 王剛, 高峰, 王博

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24616

2021, (9): 224616-224616.

摘要

為了提高航天器回轉曲面加筋型連接結構的集中力擴散效率，需要開展回轉曲面加筋集中力擴散結構設計⚱️。傳統放射肋設計方法普遍依賴設計經驗、難以滿足集中力高效擴散需求🤙💇‍♀️。因此，提出一種面向集中力擴散的回轉曲面加筋拓撲優化方法。第1步🧱，建立了一種基於各向異性過濾技術的集中力擴散拓撲優化方法，保證拓撲優化結果滿足回轉曲面加筋製造工藝要求；第2步🛬，提出了一種基於網格變形技術的拓撲優化結果智能重構方法🙅‍♀️，可高效準確地對回轉曲面加筋拓撲優化結果進行模型自動重構🧏🏽🔒。基於所提出方法，以衛星平臺對接環這種典型的回轉曲面加筋殼為對象開展算例研究💁🏿‍♀️，並將優化結果與傳統放射肋設計結果進行對比。結果表明🧤，所提出的優化方法可得到加筋構型清晰、滿足回轉曲面加筋製造工藝要求的優化結果，且具有集中力擴散效率高🤥、網格質量依賴性低、拓撲特征重構高效等優點😦。

撲翼飛行器動力系統建模方法

年鵬, 宋筆鋒, 宣建林, 王思琦

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24646

2021, (9): 224646-224646.

摘要

為快速評估撲翼飛行器的航時🤽🏿，便於針對不同撲動翼進行動力系統設計與優化，逐步減少實物驗證與試飛，加快撲翼飛行器的研製𓀋🚣🏿‍♂️，基於實驗數據參數辨識的方法建立了包含直流無刷電機、電調（ESC）、鋰電池和撲動機構等撲翼飛行器動力系統組件的動態模型，其中電機模型相對誤差小於10%🪒，鋰電池動態模型相對誤差小於6%🏂🏽；提出了一種基於風洞試驗氣動數據和功率數據的撲動軸瞬時氣動載荷半經驗高精度建模方法，解決了氣動載荷測量較為困難的問題😆，模型確定系數大於0.89；集成以上模型後的撲翼飛行器仿真系統還包含撲動翼周期平均氣動模型、平尾氣動模型和縱向控製模型🈷️，確保仿真在動態配平狀態下進行💊，可進行全任務剖面航時仿真👷‍♂️，航時仿真與實際試飛結果相比誤差小於3%。集成的撲翼飛行器仿真系統采用模塊化建模思想，各模型參數獨立可調，能進一步應用於撲翼飛行器多學科優化等研究🧑🏼‍🚀。

SMA鼓包遲滯建模與控製策略

陳旭亮, 張琛, 季宏麗, 裘進浩

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24652

2021, (9): 224652-224652.

摘要

激波控製鼓包SCB是一種減小激波阻力的流動控製技術。為了解決固定撓度鼓包工作範圍較窄的問題，提出了一種具有雙向記憶效應的形狀記憶合金SMA鼓包，通過控製SMA鼓包的溫度來改變其撓度🧑🏿‍💻。SMA鼓包最大可回復位移為6.1 mm，為鼓包變形區域的2.65%。針對遲滯現象對鼓包撓度控製的影響，基於（Krasnosel'skii-Pokrovskii，KP）模型對SMA鼓包的溫度/撓度遲滯特性進行了建模研究。采用粒子群算法來辨識模型參數🏵，辨識得到的遲滯模型最大誤差為0.107 mm。設計了2種基於KP模型的PID控製方案🐻，一種為無遲滯補償的單目標PID控製，一種為遲滯逆模型前饋補償的雙目標PID控製。仿真與實驗結果表明，遲滯逆模型前饋補償的雙目標PID控製時域性能優於無遲滯補償的單目標PID控製🧖🏿。

威布爾型通用件配置方案評估及優化

徐立, 阮旻智, 李華, 周亮

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24655

2021, (9): 224655-224655.

摘要

針對威布爾型通用備件配置方案評估及優化問題🍻，采用部件壽命等效原理，將威布爾型部件消耗過程等效為伽瑪沖擊過程，建立了威布爾型通用備件的滿足率評估模型🫲🏽🙈。結合備件滿足率指標約束，給出了威布爾型通用備件的優化配置方法。開展了仿真算法設計，結合算例進行仿真對比分析，結果表明𓀉：本文建立的威布爾型通用備件的滿足率評估模型具有較高的評估精度，能夠對不同壽命分布的威布爾通用備件配置方案進行評估，備件配置優化方法能夠在備件滿足率指標約束下準確給出威布爾通用件配置方案🤷🏼。提出的模型和優化方法能夠為裝備保障部門開展威布爾型通用備件配置方案評估與優化提供理論支撐和決策支持🙋🏿‍♂️。

分布式涵道風扇噴流對後置機翼的氣動性能影響

張陽, 周洲, 郭佳豪

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24977

2021, (9): 224977-224977.

摘要

以分布式電推進（DEP）垂直起降（VTOL）無人機（UAVs）為研究背景，采用基於混合網格技術及k-ωSST湍流模型求解雷諾平均Navier-Stokes （RANS）方程的多重參考系（MRF）/動量源方法（MSM）🙃，對分布式涵道風扇-機翼構型的噴流氣動特性進行了高精度準定常的數值模擬⛓️‍💥。通過對涵道單元/涵道-機翼的實驗驗證了零來流條件下數值計算方法的可靠性和高效性😼，進而對分布式涵道風扇-機翼構型的氣動優勢進行了分析討論🛄，最後對分布式涵道風扇的轉速、間距🎯、涵道風扇旋轉方向等因素進行了數值模擬。研究表明：相比於單個涵道風扇🙍🏿‍♀️，分布式涵道風扇通過噴流的耦合作用大大提升了機翼的氣動特性；分布式涵道風扇不同轉速的噴流對截面翼型的壓力分布和周圍流場的速度分布影響具有一定的相似性🍍🔊，但具體數值隨轉速變化🦫；分布式涵道風扇間距的增大會改善涵道風扇單元的拉力特性🤸🏿，機翼的氣動特性會隨之降低；涵道風扇合理的旋轉方向不僅會使得下翼面噴流區域的高壓過渡更加平緩，靜壓數值更加連續，而且內側涵道風扇也會被外側噴流所激勵，對機翼的升力特性產生更好的誘導效果👃🏿。

DIMA架構下飛機全電刹車系統故障傳播行為分析與評估

閻芳, 向晨陽, 董磊, 王鵬

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24674

2021, (9): 324674-324674.

摘要

在DIMA平臺開放性體系架構的背景下👃🏿🩷，飛機航電與機電等系統功能逐漸滲透融合，面向DIMA架構的全電刹車系統是未來飛機刹車系統的主流設計趨勢，但目前尚未形成針對DIMA架構下全電刹車系統的故障傳播行為分析與評估方法。針對上述問題，首先結合DIMA架構特征和全電刹車相關標準🗯🧼，分析面向DIMA架構下的全電刹車系統分層架構，在此基礎上構建全電刹車系統任務-功能-資源層次模型。其次✍🏽🚱，考慮到DIMA平臺資源共享的特點，結合系統層次模型開展系統耦合關聯分析，引入Floyd算法計算間接耦合矩陣以及路由矩陣，通過構造失效嚴重程度矩陣量化系統關聯耦合度🦸🏽‍♂️，建立系統故障傳播結構模型，綜合考慮故障路徑傳播概率和系統邊緣介數，構建DIMA架構下全電刹車系統故障傳播強度模型，以識別系統故障傳播關鍵路徑🧎，完成故障傳播行為分析與評估。最後通過實例分析💵，以驗證所提方法的正確性與合理性。

基於魯棒模型的航空交流感應電機預測轉矩控製

顏黎明, 趙冬冬, 焦寧飛

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24700

2021, (9): 324700-324700.

摘要

航空領域對驅動電機的動態🖖🏻、穩態及魯棒性能提出了更為苛刻的要求🕟。近年來🦶，有限集模型預測控製（FCS-MPC）以其動態響應快、穩態性能好（同開關頻率下）等諸多優點成為電機驅動領域的國際研究前沿。然而，預測模型依賴於電機參數🧔，魯棒性差。特別地，在感應電機的FCS-MPC中💩，模型失配引起電磁轉矩預測誤差🏄🏽，進而降低系統性能甚至導致系統失穩🌊。針對此問題，提出了一種基於魯棒模型的感應電機預測轉矩控製。在定子電流預測方面🚶‍➡️🧛🏻，在傳統開環模式的基礎上，建立了閉環模式的定子電流預測方程📼，研究了其穩定性及參數設計方法🌧👂🏿。在定子磁鏈矢量預測方面，在傳統電壓模型預測法的基礎上，建立了融合電壓模型及電流模型的離散混合預測模型🧑‍🎓，基於比例積分調節器調節電壓模型到電流模型的平滑切換👈🏿。感應電機的電磁轉矩則由閉環模式預測的定子電流和定子磁鏈計算得到。在一臺2.2 kW感應電機實驗平臺上對本文提出的算法進行驗證🏀，實驗結果證明了該方法的有效性🧵。

模糊線性/非線性自抗擾切換控製及其應用

吳正平, 鄧聰, 文海

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24710

2021, (9): 324710-324710.

摘要

針對幹擾彈在作戰過程中所遇到的強非線性的幹擾🤘🏻、模型不確定性的影響等特性，提出了一種模糊線性/非線性自抗擾切換控製器。首先，以幹擾彈滾轉運動模擬裝置為研究對象🙇🏿‍♂️，分別建立了以飛輪角速度為被控量、滾轉角為被控量的數學模型；提出了用模糊規則改進線性/非線性自抗擾切換控製條件💂🏼‍♀️，進而實現更為平穩的模糊軟切換👨🏿‍🌾；然後選擇采用飛輪角速度線性自抗擾控製內環和滾轉角模糊線性/非線性自抗擾切換控製外環的雙閉環控製策略；最後，搭建了系統的仿真模型與實驗平臺🥮。仿真與實驗結果都表明該控製器兼具了線性自抗擾與非線性自抗擾的優勢，具有較高的實際應用價值。

管製-飛行狀態相依網絡演化過程

李昂, 聶黨民, 溫祥西, 韓寶華, 曾裕景

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24726

2021, (9): 324726-324726.

摘要

動態、準確的管製系統運行態勢預測是航空運輸系統各相關單位開展協同決策的關鍵基礎。基於航空器間的沖突情況👨🏼‍🏫、管製員對航空器的管控情況以及管製移交情況構建管製-飛行狀態相依網絡，探究🈵、分析其演化規律，采用相關性分析和主成分分析證明了所選5項指標的合理性。設置自由飛行和固定航線飛行兩種仿真場景，通過計算平均節點度、平均點強等拓撲指標的最大李雅普諾夫指數證明各時間序列均具有混沌特性，選擇長短期記憶（LSTM）人工神經網絡方法對各時間序列的演化規律進行預測🏊🏼‍♂️，並與其他預測算法進行對比🎅🚶‍♂️。仿真結果表明LSTM算法能對管製系統的演化過程進行有效的預測，且預測精度高於貝葉斯算法和支持向量機算法📨；在自由飛行條件下，5項指標的預測誤差絕大部分在20%以內👶🏽🪜，固定航線飛行的預測效果優於自由飛行🏝。

發動機控製系統限時派遣運行的成本優化方法

韓冰, 陸中, 張子文, 易陽, 李超

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24794

2021, (9): 324794-324794.

摘要

限時派遣TLD可以提高飛機的簽派可靠度，降低由於航班延誤或取消導致的運行損失👍🏽。面向TLD分析建立了典型發動機控製系統馬爾可夫模型，利用連續時間馬爾可夫鏈CTMC推導了狀態穩態頻率公式🐖，構建了系統單位時間運行成本模型。以平均完整性要求及簽派可靠度要求為約束條件，以帶故障派遣時間為決策變量，以系統單位時間運行成本以及簽派可靠度為優化目標👴🏼，分別構建了TLD分析的單目標和多目標優化模型。結合簡化的發動機控製系統和實際全權限數字式發動機電子控製FADEC系統給出了工程應用實例🔎，驗證了模型的有效性。實例表明本文方法能夠保證飛機在滿足安全性要求和簽派可靠度要求的條件下降低運行成本。

基於導向強化Q學習的無人機路徑規劃

周彬, 郭艷, 李寧, 鐘錫健

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25109

2021, (9): 325109-325109.

摘要

隨著無人機的廣泛應用🧖‍♀️，其飛行能耗和計算能力面臨著瓶頸問題🍝🏋🏽，因此無人機路徑規劃研究越來越重要🫓。很多情況下🙌🏻👩‍🦽‍➡️，無人機並不能提前獲得目標點的確切位置和環境信息🤲🏼，往往無法規劃出一條有效的飛行路徑。針對這一問題，提出了基於導向強化Q學習的無人機路徑規劃方法🤘🏼，該方法利用接收信號強度定義回報值📒，並通過Q學習算法不斷優化路徑；提出"導向強化"的原則，加快了學習算法的收斂速度🌊。仿真結果表明，該方法能夠實現無人機的自主導航和快速路徑規劃🙇🏽‍♂️，與傳統算法相比，大大減少了迭代次數，能夠獲得更短的規劃路徑。

嵌入式處理器P2020機器碼程序到C語言源程序的溯源方法

謝文光, 李琪, 馬春燕, 汪克念, 尹偉, 張濤

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25177

2021, (9): 325177-325177.

摘要

處理器PowerPC P2020在航空航天等嵌入式領域被廣泛應用😵‍💫，以RTCA/DO-178C中A級軟件的適航要求作為研究的出發點，提出了從文件、函數聲明、函數體代碼3層次實現P2020機器碼程序到C源程序的溯源方法。在獲取C語言源程序與PowerPC P2020機器碼程序文件名列表的基礎上🎥，實現PowerPC P2020機器碼文件主名的溯源；通過遍歷C源程序抽象語法樹和PowerPC P2020機器碼獲取函數名列表，實現PowerPC P2020機器碼函數聲明的溯源👷🏼；通過定義C語言程序抽象語法樹節點生成期望匯編指令序列的規則🔉，實現PowerPC P2020機器碼函數體的溯源🤹🏼‍♀️。通過設計245個C源程序文件與345個PowerPC P2020機器碼程序文件，1 111個C語言函數聲明與1 273個PowerPC P2020機器碼函數聲明🫶🏽，以及覆蓋C語言程序23類語法結構的460個測試用例🐹😫，驗證了PowerPC P2020機器碼程序到C源程序的自動化溯源方法的有效性。結果表明：文件溯源和函數聲明溯源的追溯匹配率達100%，程序函數體代碼的平均溯源匹配率達97.22%。溯源匹配結果可以檢查PowerPC P2020機器碼程序是否在編譯過程插入例外異常代碼，以防止其帶來的安全隱患，保證航空航天嵌入式安全關鍵軟件機器碼的安全性和可靠性。

基於模塊服役狀態的盒式連接可重構型架穩定性評估方法

張宏博, 鄭聯語, 王藝瑋

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24180

2021, (9): 424180-424180.

摘要

盒式連接可重構型架的穩定性對飛機部件的裝配質量有著重要影響。為了解決當前穩定性評估方法在實施成本及有效性上的不足🙇🏿‍♂️，從型架模塊化特征出發提出基於模塊服役狀態的盒式連接可重構型架穩定性評估方法🦸🏽。首先，分析了盒式連接可重構型架服役過程🧑‍🦯🌡，指出該過程是由作業期與空置期交替組合而成🐄，並給出了服役穩定性及服役穩定度定義🖖🏻；然後，構建了基於型架關鍵測量特性的服役狀態評價模型，實現了盒式連接可重構型架服役狀態退化過程的描述及利用實測數據的空置期服役狀態評估；同時，針對作業期內難以甚至無法獲取測量數據的問題👂🏼，提出基於多源穩定性影響因素分析並利用穩定性熵來表征服役狀態退化程度的策略；最終融合空置期與作業期的評估結果構建了型架穩定性綜合評價模型⛅️，相比傳統的定檢方法能夠更簡捷、有效地完成某一時間段內型架服役穩定性評估。最後，以某型垂尾盒式連接可重構裝配型架後梁定位器模塊為實驗對象👋🏽，驗證了所提出方法的有效性👮🏼。

GEO衛星多層隔熱組件充放電特性仿真

馮娜, 季啟政, 張絮潔, 唐小金, 張宇, 楊勇, 唐旭

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24469

2021, (9): 424469-424469.

摘要

多層隔熱組件包覆於衛星外表面🍇，占據了整星表面的60%以上，既是必要的熱控組件，也是抑製空間強電磁環境源的重要載體。相較於衛星內部組件🧺，星表直接面臨高能粒子的沖擊與作用🖕🏿，導致其在軌面臨的靜電威脅極為嚴峻。其本質原因是高能電子穿透多層隔熱組件的面膜🧑🏽‍💻，沉積於多層組件內部間隔層，進而在介質材料層形成了內建電場，造成靜電放電效應🤽‍♂️。針對多層隔熱組件的復合結構特點🔑，建立了合理優化的內帶電物理模型及其計算模型🧘🏻，模擬了GEO環境電子在典型多層隔熱組件電子輸運過程，進而計算明晰了間隔層滌綸網的電場分布特性。結果表明🧹，在GEO惡劣電子輻射環境下🔘，多層滌綸網充電電場強度可高達9.7×108V/m🤘🏼，存在放電風險；滌綸網接地邊、角處的電場強度最高且電場畸變幅度巨大🚨；多層充放電風險主要來自滌綸網與反射屏之間的非緊密接觸而伴隨的不良接地情況，建議通過加密棉線縫合間距以提升滌綸網與反射屏的接觸效果，從而降低多層的充放電風險。

不同編織結構Cf/Al復合材料高溫壓縮性能與失效機理

蘭澤宇, 余歡, 徐誌鋒, 帥亮, 胡銀生

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24488

2021, (9): 424488-424488.

摘要

對基於真空氣壓浸滲法製備的三維五向、三維正交、疊層穿刺和2.5D淺交直聯4種不同編織結構Cf/Al復合材料，分別在350℃和400℃下進行壓縮試驗，分析其高溫壓縮性能以及溫度對復合材料壓縮性能的影響，並進一步利用SEM觀察疊層穿刺結構的斷口形貌🤱🏼🤽🏽‍♂️，探討其壓縮失效機理。結果表明，不同編織結構的復合材料在高溫環境下壓縮性能差異較大，三維正交結構的壓縮強度最高，在350℃和400℃下分別為351.4 MPa和288.6 MPa；2.5D淺交直聯結構的壓縮強度最低，分別為87.3 MPa和52.2 MPa🤷🏻📆。同時不同編織結構的Cf/Al復合材料高溫穩定性也存在較大差異，當溫度由350℃升高到400℃時，2.5D淺交直聯結構的壓縮強度下降幅度較大，約為40.2%👑，其高溫壓縮穩定性較差；疊層穿刺結構的壓縮強度下降幅度較小，約為4.0%🏌️‍♀️，其高溫壓縮穩定性較好。疊層穿刺結構復合材料的高溫壓縮失效過程根據切線模量特征可分為兩個階段🙏🏽：第一階段基體合金承受主要載荷，第二階段基體與增強纖維共同承受載荷👳🏼。

劇烈塑性變形對鈦合金熱氧化的影響

楊換平, 莊唯, 王耀勉, 剡文斌

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24656

2021, (9): 424656-424656.

摘要

鈦合金熱氧化通過在表面形成氧化層和氧擴散層改善其綜合性能。熱氧化前對鈦合金進行劇烈塑性變形可以引入高密度晶界、位錯❎、孿晶界等晶體缺陷及高畸變能🔍，能夠促進氧原子吸附、降低氧化物形核溫度、加速氧化膜生長並促進氧原子向基體內的擴散🈸，形成更厚🩳、更致密的氧化層和更深的氧擴散區，獲得更好的性能。本文對劇烈塑性變形鈦合金的熱氧化進行綜述。首先，介紹了幾種常見的劇烈塑性變形方法，總結了鈦合金劇烈塑性變形和熱氧化復合處理的工藝情況和處理效果。然後👨🏽‍🏫🤼‍♀️，根據氧化物形成的一般過程闡述了劇烈塑性變形引起的微觀結構變化對氧原子吸附👩🏼‍🔬、氧化物形核🤦、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧擴散區形成的影響機理。最後，總結了劇烈塑性變形對氧化膜厚度🗺、氧擴散區範圍和氧化物形貌等熱氧化微觀結構及硬度⚙️💁‍♂️、摩擦磨損等力學性能的影響，指出了當前研究中存在的問題，並展望了未來的研究方向。

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