检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2025年第4期46卷 51-67页

作者：屈峰王青程少文王开强西北工业大学航空学院西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072 中国空间技术研究院北京100094

针对吸气式高超声速飞机飞/发一体布局面临的多学科耦合问题,提出了一种基于飞行任务需求、考虑气动/轨迹/控制等学科的内外嵌套2层多学科优化设计方法。首先,以航程或航时等飞行性能为优化目标、飞行可控为约束、SQP为优化算法建立了... 详细信息

针对吸气式高超声速飞机飞/发一体布局面临的多学科耦合问题,提出了一种基于飞行任务需求、考虑气动/轨迹/控制等学科的内外嵌套2层多学科优化设计方法。首先,以航程或航时等飞行性能为优化目标、飞行可控为约束、SQP为优化算法建立了外层飞行器外形参数优化方法。其次,采用RANS方法对选定外形开展气动特性评估,并基于所得气动数据建立了几何参数到气动特性的映射模型。随后,在基准动力数据(初始构型动力数据)的基础上,建立了考虑前体参数及尾喷管参数影响的冲压发动机推力模型。然后,以与外层相同的性能目标为优化目标、飞行可控为约束,选用直接打靶法、SQP算法分别作为轨迹离散策略与优化算法,建立了内层轨迹优化方法。最后,将内、外层优化相结合,并通过采用自抗扰控制技术开展飞行轨迹可控性评估,实现了适用于飞/发一体高超声速飞行器的内外嵌套2层多学科优化设计方法。以类SR-72高超声速飞机为对象,针对典型前体/进气道一体化参数和后体/尾喷管一体化参数,开展了以航程最优为目标的优化设计。优化结果表明:在整个飞行任务中,优化设计外形在初始外形基础上最大航程增大了28.98%,性能得到显著提升,验证了所提出的气动/轨迹/控制多学科优化设计方法的有效性。

关键词：飞/发一体高超声速飞行器多学科优化设计轨迹优化气动优化

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基于积木式方法的飞机结构抗鸟撞设计

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航空学报 2025年第5期46卷 372-394页

作者：索涛李玉龙西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学极端力学研究院西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072 冲击动力学及其工程应用科技部国际联合研究中心西安710072 西北工业大学民航学院西安710072 强度与结构完整性全国重点实验室西安710072

在航空航天领域,飞行器在服役过程中难免遭受飞鸟的撞击,直接威胁着飞行安全,严重时甚至造成机毁人亡的灾难性事故。飞行器结构抗鸟撞设计时,冲击动力学问题的复杂性导致必须把设计、分析、数值仿真和试验验证有机结合起来。受结构材料... 详细信息

在航空航天领域,飞行器在服役过程中难免遭受飞鸟的撞击,直接威胁着飞行安全,严重时甚至造成机毁人亡的灾难性事故。飞行器结构抗鸟撞设计时,冲击动力学问题的复杂性导致必须把设计、分析、数值仿真和试验验证有机结合起来。受结构材料动态性能及本构参数匮乏、试验方法及仪器装备能力不足等问题的制约,结构抗鸟撞设计周期长、效率低。近年来,西北工业大学冲击动力学研究团队围绕飞机结构抗鸟撞设计,基于积木式设计方法,在结构材料和鸟体动态性能及本构参数确定、连接结构动态失效行为、新概念抗鸟撞结构设计等方面开展了系列创新研究工作,并在国家重点型号飞机结构的抗鸟撞设计中得到了应用。

关键词：抗鸟撞设计积木式方法撞击能量疏导适航材料动态本构及失效连接动态行为

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基于边界层理论的球头驻点热流计算方法

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航空学报 2025年第2期46卷 52-68页

作者：田润雨龚红明常雨孔小平飞行器流体物理全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所绵阳621000

准确获知球头驻点热流,对于飞行器防热设计至关重要。本文基于平衡空气球头驻点层流自相似边界层假设,开展了边界层方程相关推导,采用四阶龙格-库塔法数值求解坐标变换后的常微分边界层方程组,建立正向逼近打靶法,以寻找方程最优解,从... 详细信息

准确获知球头驻点热流,对于飞行器防热设计至关重要。本文基于平衡空气球头驻点层流自相似边界层假设,开展了边界层方程相关推导,采用四阶龙格-库塔法数值求解坐标变换后的常微分边界层方程组,建立正向逼近打靶法,以寻找方程最优解,从而建立了通过求解边界层方程组获得球头驻点热流的方法,将该热流简称为BLES热流,在与试验值的对比中获得了较好的对比效果;以此方法为基础,针对高度10~60 km、不同速度、不同壁面温度的182个工况,开展了Fay-Riddell平衡流条件球头驻点热流公式计算偏差分析,发现在大部分工况下,壁面温度接近边界层外缘温度时,其热流计算值偏差明显增加;变形驻点热流表达式,将其中的无量纲参数拟合为多个无量纲参数组合的形式,得到了多参数拟合的新的球头驻点热流计算公式,并在多个工况下开展了热流计算效果对比研究,获得了优于Fay-Riddell平衡流条件球头驻点热流公式的应用效果。

关键词：边界层理论层流自相似球头驻点热流平衡流气动热 BLES热流

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面向流体力学仿真的大型稀疏矩阵混合精度GMRES加速算法

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应用数学和力学 2025年第1期46卷 40-54页

作者：郑森炜寇家庆张伟伟西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学流体力学智能化国际联合研究所西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072

由于计算能耗低、效率高,以单精度/半精度计算单元为主的GPU/TPU/NPU等算力已成为人工智能计算的主要模式,但无法直接应用于浮点精度需求高的微分方程求解,不能直接替代双精度算力.通过结合单/双精度各自的优势,提出了兼顾效率和精度的... 详细信息

由于计算能耗低、效率高,以单精度/半精度计算单元为主的GPU/TPU/NPU等算力已成为人工智能计算的主要模式,但无法直接应用于浮点精度需求高的微分方程求解,不能直接替代双精度算力.通过结合单/双精度各自的优势,提出了兼顾效率和精度的大型稀疏线性方程组的混合精度求解格式.发展了面向稀疏大型矩阵的GMRES细化迭代算法(sparse GMRES-IR).首先分析了流体力学仿真问题中的矩阵数据分布特点,通过双精度做预处理,单精度细化迭代,使单精度计算应用于算法主要耗时部分,发挥了计算效率优势.通过求解开源数据集提供的33个线性方程组验证了所提出方法的精度和效率.结果表明,在单核CPU上,相同精度要求下,提出的单双混合精度算法可以实现最高2.5倍的加速效果,且在大规模矩阵下效果更突出.

关键词：混合精度计算流体力学线性方程组 GMRES

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基于毁伤评估结果的无人机对地攻击任务分配方法

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兵工学报 2025年第2期46卷 17-29页

作者：侯鹏葛玉雪裴扬岳源艾俊强西北工业大学航空学院陕西西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室陕西西安710072 中国民用航空飞行学院航空工程学院四川广汉618307 航空工业第一飞机设计研究院陕西西安710089

为提升多无人机协同对地打击任务的作战效能并提高协同任务分配效率,提出一种基于作战单元毁伤概率结果的任务分配方法。构建3种典型地面目标毁伤评估模型,计算不同打击方向下各目标的毁伤概率作为任务分配问题的数据支撑。对各无人机... 详细信息

为提升多无人机协同对地打击任务的作战效能并提高协同任务分配效率,提出一种基于作战单元毁伤概率结果的任务分配方法。构建3种典型地面目标毁伤评估模型,计算不同打击方向下各目标的毁伤概率作为任务分配问题的数据支撑。对各无人机挂载不同武器打击地面目标的典型场景,提出改进混合粒子群优化算法解决任务分配问题。利用遗传算法的交叉、变异操作更新粒子位置,对交叉操作、变异操作进行改进并引入粒子反转操作增加粒子的多样性,避免陷入局部最优。通过仿真算例对所提方法进行验证,结果证明在利用毁伤评估模型计算地面目标的毁伤概率后,所提方法能在满足毁伤要求的前提下得到满足约束条件的任务分配方案,且能提高多无人机体系整体上的作战效能。

关键词：多无人机任务分配毁伤评估毁伤概率混合粒子群优化算法

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模糊失效状态下时变可靠性分析的单层自适应半代理模型方法

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航空科学技术 2025年第2期36卷 91-101页

作者：员婉莹潘玥王喆陈向明王燕萍西北工业大学飞行器基础布局全国重点实验室中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室

在实际工程中，时变性与模糊性耦合的现象普遍存在，导致评估系统可靠性时面临模型复杂和计算规模庞大的困难。针对这一问题，从单层解耦结合自适应半代理模型的角度出发，本文提出了模糊失效状态下的时变可靠性分析的高效算法。首先，... 详细信息

在实际工程中，时变性与模糊性耦合的现象普遍存在，导致评估系统可靠性时面临模型复杂和计算规模庞大的困难。针对这一问题，从单层解耦结合自适应半代理模型的角度出发，本文提出了模糊失效状态下的时变可靠性分析的高效算法。首先，基于单层解耦将模糊边界通过辅助变量嵌入时变功能函数中，将模糊边界时变可靠性分析等价转换为高维二态假设下的时变可靠性分析；其次，本文借助Kriging代理模型的高斯特性，推导了原始时变功能函数代理模型与等价高维时变功能函数代理模型之间的互推关系，建立了仅代理原始功能函数求解等价高维二态假设下时变可靠性分析的单层半代理模型法；最后，通过数值算例和复合材料机翼模型分析结果验证了所提方法的高效性和准确性。本文所提方法可高效评估复杂工程系统在模糊失效状态下的时变可靠性，为优化和提高系统的安全性与可靠性提供理论指导。

关键词：模糊失效状态时变可靠性单层法半代理 Kriging代理模型

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三位一体膨胀型阻燃剂诱导聚脲复合材料阻燃性能提升

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复合材料学报 2025年第3期42卷 1349-1360页

作者：王军胡闯王超张亚孙亚如阳平平刘彦北京理工大学重庆创新中心现代兵器技术实验室重庆401120 北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

聚合物材料存在易燃、易被氧化的缺点,以及传统膨胀型阻燃体系存在吸湿性大、阻燃效率较低、与基体相容性差等缺陷。结合气相阻燃、凝聚相阻燃的设计理念,制备出三位一体膨胀型阻燃剂(PTA-PA)。研究不同含量的PTA-PA对聚脲(PUA)的阻燃... 详细信息

聚合物材料存在易燃、易被氧化的缺点,以及传统膨胀型阻燃体系存在吸湿性大、阻燃效率较低、与基体相容性差等缺陷。结合气相阻燃、凝聚相阻燃的设计理念,制备出三位一体膨胀型阻燃剂(PTA-PA)。研究不同含量的PTA-PA对聚脲(PUA)的阻燃性能及力学的影响,分析材料在燃烧、热解过程中气相和凝聚相产物,探究PTA-PA阻燃剂的阻燃机制,建立膨胀型阻燃剂与复合材料热稳定性、阻燃性能和火灾安全性之间的关系。结果表明:和纯PUA相比,添加20.0wt%PTA-PA的PUA复合材料(PUA-4)具有较高的热稳定性,800℃下残炭量为21.9%;PUA-4复合材料的垂直燃烧等级从V-2级提高到V-0级,极限氧指数(LOI)分别从22.2%提高到28.4%,线烧蚀率、热释放速率峰值和总热释放量分别降低19.8%、71.7%和18.3%。本文为高性能阻燃聚合物复合材料的制备提供理论基础和事实依据。

关键词：聚脲膨胀型阻燃剂阻燃性能阻燃机制力学性能

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一种适用于低压涡轮叶片转捩-分离流预测的极大涡模拟方法

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推进技术 2025年第05期46卷 49-60页

作者：穆宇旸徐家宽李艺郑国雨乔磊白俊强西北工业大学航空学院飞行器基础布局全国重点实验室西安现代控制技术研究所中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院西北工业大学无人系统技术研究院无人飞行器技术全国重点实验室无人机技术集成攻关大平台

在航空发动机领域中，大负荷低压涡轮叶片表面的流动受强逆压梯度影响，易产生具有高度非定常特性的转捩-分离流。而基于雷诺平均方法（Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS）的转捩模型难以对该现象进行精确模拟。为了提升预测精度... 详细信息

在航空发动机领域中，大负荷低压涡轮叶片表面的流动受强逆压梯度影响，易产生具有高度非定常特性的转捩-分离流。而基于雷诺平均方法（Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS）的转捩模型难以对该现象进行精确模拟。为了提升预测精度，本研究在改进的极大涡模拟方法（Very Large Eddy Simulation,VLES）基础上耦合适用于叶轮机械流动的γ转捩模型，从而形成了γ-VLES混合预测模型。本研究采用该模型对Pak-B低压涡轮叶片表面的层流分离泡诱导转捩及分离流演化现象进行预测。研究结果表明：γ-VLES模型能够准确计算叶片表面的时均压力系数和速度型，并展现了长分离泡内部瞬态流场中周期性涡的演化脱落过程。模拟结果与实验结果高度吻合，有效克服了RANS框架下γ-Reθt和γ转捩模型在转捩-分离流预测方面的局限。

关键词：计算流体力学 RANS/LES混合方法极大涡模拟低压涡轮叶片层流分离泡诱导转捩

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一体化弹弹托分离性能的代理优化研究

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弹箭与制导学报 2025年第2期45卷 159页

作者：高钟谱许和勇尹晋涛蒋胜矩西北工业大学航空学院陕西西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室陕西西安710072 西安现代控制技术研究所陕西西安710065

一体化弹弹托的快速分离特性对弹丸射击精度具有重要影响,是弹托的主要设计要求之一。为提升弹托分离性能,基于六自由度方程和URANS方程发展了适合弹托分离计算的非定常CFD方法,并基于Kriging模型和遗传算法构建了弹托迎风窝外形代理优... 详细信息

一体化弹弹托的快速分离特性对弹丸射击精度具有重要影响,是弹托的主要设计要求之一。为提升弹托分离性能,基于六自由度方程和URANS方程发展了适合弹托分离计算的非定常CFD方法,并基于Kriging模型和遗传算法构建了弹托迎风窝外形代理优化框架。采用16度压缩拐角算例,通过与实验值对比,验证了文中CFD方法的可靠性。通过代理优化方法得到了优化后的弹托迎风窝外形,并对比基准弹托进行了流场和分离特性分析,揭示了优化弹托分离性能得以提升的气动机理。结果表明,分离过程中优化弹托贴近弹丸的内表面压力衰减量显著小于基准弹托,迎风窝的表面压力与基准弹托基本持平,因此,优化弹托的整体分离力显著增加,分离横向位移提升14.86%,分离俯仰角提升13.75%,分离性能显著提高。

关键词：一体化弹弹托分离六自由度仿真代理优化 Kriging模型

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引入角加速度信号反馈的飞行控制系统设计

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飞行力学 2025年第2期 1-7+100页

作者：王世鹏李贺琦胡欣悦王斑西北工业大学自动化学院沈阳飞机设计研究所西北工业大学航空学院飞行器基础布局全国重点实验室

针对传统飞行控制方法在高性能飞机应用中的响应速度和控制精度之间的矛盾，飞行品质和飞行性能之间的矛盾，设计了引入角加速度信号反馈的比例-积分-微分控制方法和动态逆控制方法。首先，为了获取品质优良的角加速度信号，提出了一种... 详细信息

针对传统飞行控制方法在高性能飞机应用中的响应速度和控制精度之间的矛盾，飞行品质和飞行性能之间的矛盾，设计了引入角加速度信号反馈的比例-积分-微分控制方法和动态逆控制方法。首先，为了获取品质优良的角加速度信号，提出了一种不依赖模型的互补滤波估计法。其次，设计了引入角加速度信号的多种飞行控制策略，在模型失配情况下均可以实现精确姿态控制。其中，所提出的增量动态逆控制策略的操纵面偏转力度较小。结果表明：所提出的控制策略能够在大机动动作中实现精确、稳定的控制。

关键词：姿态控制增量非线性动态逆互补滤波

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