航空宇航

• 航空发动机典型支承结构振动响应研究

  陈仁桢;谢肇阳;邵增德;田晶;

  为明确振动信号在航空发动机支承结构的响应机理，从航空发动机中简化出4种应用最多的典型支承结构并建立有限元模型，通过谐响应与瞬态响应计算得到其在单点激励下的稳态响应特征与动力学响应状况并分析其振动响应规律。建立航空发动机支承系统有限元模型，计算其单点激励下的振动响应，以整机系统验证响应规律的普适性。研究结果表明：支承结构加速度响应峰值与激励方向及结构延伸特性呈显著相关性；4种支承结构皆在前三阶内的固有频率处产生相应峰值，之后间断产生峰值；信号测点距固定端较远时，激励大小增加1倍，支承结构加速度最大响应值增大1倍；激励频率增大1倍，I型支承结构的响应值增大5至10倍，Z型支承结构沿激励方向的响应值衰减73%，突变I型支承结构沿两方向的响应值增大2.4至4.4倍，突变Ⅱ型支承结构沿两方向的响应值增大1.6倍。航空发动机典型支承结构振动响应机理可为研究振动传递路径与振动监测传感器布局提供参考。

  2025年05期 v.43;No.197 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1729K]
  

• 基于PC-Kriging模型的航空发动机篦齿封严泄漏特性优化

  张翔;徐德成;张忠智;党利;

  基于PC-Kriging模型对直通型篦齿封严结构的泄漏特性进行优化研究，以降低泄漏流量、提升封严性能。在固定计算域长度和齿顶间隙的条件下，通过独立设计各齿的齿顶宽度、齿底宽度及前倾角参数，实现篦齿模型的参数化建模。利用CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)仿真获取样本数据，构建PC-Kriging代理模型，并结合粒子群优化算法进行优化。研究结果表明，优化后篦齿的换算流量相比优化前降低了17.493%，验证了优化方法的有效性。优化后的齿型变化符合封严特性优化需求，进一步提升了密封性能。PC-Kriging模型结合粒子群优化算法可高效准确地优化篦齿封严结构，为降低泄漏量、提高航空发动机密封性能提供了新的思路。

  2025年05期 v.43;No.197 10-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1214K]
  

• 航空发动机回油管中气泡流动特性分析

  王菲;贺猛;朱志冰;李勇;李仁凤;

  航空发动机回油管中气泡的流动特性直接影响润滑系统的稳定性和润滑效率，因此深入研究其流动特性对优化系统设计具有重要意义。首先采用VOF(Volume of Fluid)模型对回油管中单个气泡流动随时间的变化进行了数值计算，然后分析了气泡直径、滑油流速、气泡数量和气泡排列方式对气泡流动特性的影响，最后获得了回油管中滑油速度场和压力场的分布。研究表明：气泡在浮力、表面张力和黏性力的作用下，向管道壁面顶部流动并伴随着形变，抵达壁面附近处发生破碎，最后破碎的气泡又在管壁上方聚并成条状气泡；气泡的形态变化会导致滑油流速总体呈现增大的趋势，但在气泡聚并过程中，滑油流速会有短暂的减小，随着气泡形态的逐渐稳定，滑油流速也最终趋于稳定；回油管内滑油流速越大，气泡发生破碎的时间越晚；当滑油流速不变时，气泡直径的变大和数量的增多会使气泡形变程度加剧；气泡的排列方式也会对气泡的流动特性产生影响。研究结果可为航空发动机润滑系统中气液两相流输送过程的优化设计提供理论支持，尤其对气泡破碎—聚并动态调控具有工程指导价值。

  2025年05期 v.43;No.197 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]
  

• 后置动力系统流场对机翼升力气动特性影响的试验研究

  刘滢;江善元;李孟金;曾细龙;

  研究将动力系统安置机翼后缘情况下，动力系统所形成的流场对飞机机翼气动特性产生的影响。通过一系列风洞试验，对机翼在动力流场干扰下的气动特性进行测定，即在机翼襟翼放下角度、机翼迎角变化时，对机翼的升力、阻力、俯仰力矩进行测定，进而分析总结后置动力系统对机翼气动特性和增升效果的影响规律。研究结果表明：后置动力系统能够延缓动力前方机翼表面气流分离，稳定机翼表面气流流动；当雷诺数Re=3.24×10~5且有后置动力系统时，机翼气动性能更为优越；飞机机翼的失速迎角提升至16°时，升力系数增大，最大增长率为6.02%，同时多缝襟翼的气动特性和增升效果普遍提升；当迎角为6°时，升阻比较为稳定，最大提升率为5.73%。

  2025年05期 v.43;No.197 24-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 2027K]
  

• 基于有限元仿真的航空发动机涡轮盘疲劳可靠性分析

  李静;葛会俊;杨智博;王瑶瑶;方鹏亚;

  涡轮盘作为航空发动机核心部件之一，在复杂交变载荷下易发生疲劳失效。开展其疲劳寿命可靠性分析，对预防故障、优化设计及保障发动机安全运行兼具理论价值与工程意义。通过逆向建模技术和布尔运算，构建航空发动机低压涡轮盘的三维模型，利用有限元仿真对涡轮盘进行应力应变分析确定其应力集中部位，并基于代理模型对轮心部位展开疲劳寿命可靠性分析。研究结果表明：涡轮盘的应变疲劳寿命概率密度函数呈正态分布，涡轮盘可靠度在0～2500次循环内较高，2500～4000次循环内急剧下降，5000次循环后趋近于零。

  2025年05期 v.43;No.197 36-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1654K]
  

民用航空

• 基于模糊PID的串列翼无人机姿态控制系统设计

  佀庆民;赵永航;刘兆瑜;孟斌;温宇琛;

  近年来无人机技术发展中，串列翼无人机因其独特的设计和优越的飞行性能而受到广泛关注。首先建立串列翼无人机的非线性动力学模型，并对其进行线性化处理，获得其传递函数。其次，在MATLAB/simulink环境中设计并构建模糊PID（比例—积分—微分）控制器，并针对串列翼无人机进行控制系统控制效果和抗干扰能力的仿真验证。仿真结果显示，模糊PID控制俯仰、侧向、偏航三个通道的响应时间为0.2 s,Z轴通道的响应时间为0.5 s，且相较于传统PID控制没有发生超调现象。在遇到干扰信号时，俯仰、侧向、偏航三个通道恢复稳定的时间为0.1 s,Z轴通道恢复稳定的时间为0.3～0.5 s。实验结果表明设计的控制系统具备良好的动态响应能力与抗干扰性能，为进一步的实际应用提供了理论和实验依据。

  2025年05期 v.43;No.197 43-51+61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1374K]
  

• 基于流热固多物理场耦合的无人机云台模拟研究

  杨淞旭;梅可宇;贾浩然;刘泽;申鹏;曹会琼;

  云台系统的稳定性直接关系到无人机拍摄画面的质量和飞行的安全性。为优化无人机云台设计，以多旋翼无人机所搭载的三轴云台作为研究主体，运用SolidWorks软件完成云台的三维建模与装配，精准确定其质量参数以及各轴系的旋转角度范围等关键特性。阐述计算流体动力学的基本理论，基于ANSYS Workbench平台，对云台在极端飞行条件下的流场特征、温度场分布以及结构应力场展开数值模拟。结果表明：在最大飞行速度20 m/s及高温50℃的极端工况下，云台表面最大压力为283 Pa，温度分布均匀，在高温、低温、高湿度、强风等极端复杂情况下，应力最大值低于材料屈服极限，变形量小于0.1 mm，验证了云台的结构安全性与稳定性。

  2025年05期 v.43;No.197 52-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 1506K]
  

• 需求与容量协同驱动的eVTOL起降场选址规划研究

  张璐瑶;张志宏;王清琦;

  城市空中交通管理（Urban Air Mobility, UAM）是指通过电动垂直起降飞行器（electric Vertical Take-Off and Landing, eVTOL）在低空空域构建高效、安全的立体交通体系，以缓解地面拥堵并提升城市出行效率。作为UAM的核心基础设施，垂直起降场的布局与容量直接影响系统的服务能力。基于吞吐量将垂直起降场划分为三类，针对区域出行需求特征，建立以最小化设施数量、最大化需求覆盖为目标的优化模型。通过融合多层次遗传算法与贪婪优化退火算法进行求解验证，结果表明：所提方案能有效平衡资源配置与服务效能。研究成果可为UAM运营商提供科学的起降场选址决策依据。

  2025年05期 v.43;No.197 62-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1392K]
  

• 基于深度学习/ACO融合算法的车载无人机大气污染物监测路径规划

  袁雪峰;王秀红;黄子健;韩光平;

  为解决车载无人机协同大气污染物监测路径规划效率问题，首先从采样覆盖方式和时间窗约束角度，构建了车载无人机协同污染物监测路径规划模型；其次，设计了深度学习/改进ACO融合算法，针对传统ACO算法参数敏感和易局部收敛的缺陷，通过深度学习设计最佳启发因子和信息素因子参数组合。仿真结果表明，与传统蚁群算法相比，单车—多无人机污染物监测路径规划综合时间代价下降17.6%，最短距离下降16.8%；多车—多无人机综合时间代价下降20.4%，最短距离下降8.84%。改进的模型及算法极大提高无人机电池利用率，降低了监测时间，算法收敛速度快，具有更好的全局寻优能力，提高了车—无人机协同环境监测路径规划性能。

  2025年05期 v.43;No.197 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1348K]
  

能源与材料

• CoNPC复合材料的制备及其电磁屏蔽性能研究

  任玉美;席通;李越;张紫宣;冯德胜;

  作为一类典型的金属有机框架（MOF）材料，沸石咪唑骨架-67(ZIF-67)展现出独特的有序孔隙结构、较大的比表面积以及优良的结构稳定性，这些特性使其成为制备电磁屏蔽材料的理想候选前驱体。首先，在常温环境下合成ZIF-67多面体；随后，采用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用作碳源，三聚氰胺用作氮源，将制备得到的ZIF-67用作金属源，并选用氯化铵用作气体模板，将这些原料充分混合并进行研磨处理；最终，通过一步退火处理制备出负载钴纳米粒子的N掺杂多孔碳（CoNPC）材料。研究结果显示：随着ZIF-67用量的增加，材料中Co纳米粒子的含量及其缺陷程度均有所增加，体系的磁损耗与极化损耗能力显著增强。在多种损耗机制的共同作用下，当ZIF-67的添加量为0.2 g时，制备的CoNPC复合材料在X波段展现出高达67 dB的电磁屏蔽总效能（SE_T），这一性能指标证明了其优异的电磁屏蔽特性。

  2025年05期 v.43;No.197 80-88+102页 [查看摘要][在线阅读][下载 2406K]
  

• 振荡热压处理对ZTC4钛合金微观组织和性能的影响

  章寒;孙德建;周强;高阳;樊磊;

  采用新型振荡热压技术对ZTC4钛合金进行处理，并系统研究了保温时间(0.5 h、1.0 h、1.5 h)对钛合金微观组织、拉伸性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明，振荡热压处理能有效闭合孔隙和减小板条α相的长宽比；且随着保温时间延长，孔隙尺寸和孔隙率逐渐减小，晶粒尺寸先减小后增加。当保温时间为1.0 h时，样品孔隙率较低，晶粒尺寸最小，室温拉伸抗拉强度、屈服强度、延伸率和腐蚀电流密度分别为818 MPa、750 MPa、9.7%、0.34μA/cm~2，明显优于ZTC4试样（793 MPa、688MPa、8.6%、1.02μA/cm~2）。因此，低成本振荡热压技术可实现高性能钛合金的制备。

  2025年05期 v.43;No.197 89-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K]
  

• MPCVD法生长多晶金刚石厚膜的研究

  庞雨桐;许坤;李文成;段肖楠;郭森森;

  为了实现高速率、高品质多晶金刚石厚膜的生长，通过自研微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition,MPCVD）设备，调节生长温度和甲烷流量，优化了多晶金刚石厚膜的生长工艺，制备出膜层平整度和质量较好、杂质较少的多晶金刚石膜，并结合拉曼光谱和X射线衍射分析，探讨了生长温度和甲烷流量与金刚石膜生长品质的关系。研究结果表明，生长速率和晶粒尺寸与生长温度及甲烷流量呈正相关，但过高或过低的生长温度、甲烷流量均不适于制备高品质多晶金刚石厚膜。因此，确定了生长温度800°C，甲烷流量35 sccm是生长高品质多晶金刚石厚膜的最佳条件。

  2025年05期 v.43;No.197 95-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1135K]
  

环境工程

• 基于改进输出系数模型的驻马店市农业非点源污染负荷研究

  高军侠;苗旺;党宏斌;杨静静;

  为科学评估驻马店市农业非点源污染现状，利用改进输出系数模型，引入降雨、地形因子，基于地形、水文、社会经济、土地利用等数据，对该市各区县2021年农业非点源污染负荷进行估算。研究发现：驻马店市化学需氧量（COD）、氨氮（NH_3-N）、总氮（TN）和总磷（TP）的污染负荷总量分别为216 695.332、2428.371、16 160.514和2416.799 t·a~(-1)（吨/年）。各区县污染负荷差异较大，空间格局上大致具有中心驿城区最低，外圈各县自西平县起，污染负荷顺时针递增，直至泌阳县达顶值；内圈遂平县、汝南县顺时递增且小于外圈临近各县的分布特征。泌阳县污染负荷强度最高，驿城区最低，具有西南、东部两头高，且由中心驿城区向周边辐射递增的空间格局。污染物负荷强度高值区集中在泌阳县、确山县、平舆县和新蔡县。不同污染源对COD和NH_3-N污染负荷的贡献率顺序为畜禽养殖>农村生活≈土地利用>渔业养殖；对TN和TP污染负荷的贡献率顺序为畜禽养殖>土地利用>农村生活>渔业养殖；除畜禽养殖外，农村生活和土地利用成为NH_3-N污染的另外两大污染源；土地利用则成为TN和TP的另一重要污染源；渔业养殖对污染负荷的贡献率低于2%。规模化畜禽养殖是畜禽养殖污染源的重要途径，其贡献率占到畜禽养殖贡献率的60%以上。该研究结果可为驻马店市各区县农业非点源污染治理，以及提高水环境质量提供科学的决策依据。

  2025年05期 v.43;No.197 103-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 2602K]
  
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