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陶瓷基复合材料在航空发动机应用与适航符合性验证研究进展

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复合材料学报 2025年第1期42卷 54-87页

作者：李龙彪南京航空航天大学民航学院南京211106

陶瓷基复合材料(Ceramic-matrix composites,CMCs)继承了陶瓷材料耐高温、抗腐蚀等优点,克服了陶瓷材料的脆性,相较于高温合金密度更低、高温持久强度更优、可设计性更强,是新一代航空发动机热结构的理想材料。欧美等发达国家自20世纪8... 详细信息

陶瓷基复合材料(Ceramic-matrix composites,CMCs)继承了陶瓷材料耐高温、抗腐蚀等优点,克服了陶瓷材料的脆性,相较于高温合金密度更低、高温持久强度更优、可设计性更强,是新一代航空发动机热结构的理想材料。欧美等发达国家自20世纪80年代,经过上百万小时的测试、考核与验证,已经证明CMCs代替高温合金的革命性改变已经到来。本文系统分析了CMCs多种制备工艺及物理/力学性能,CMCs在航空发动机燃烧室、涡轮、排气系统热端部件的结构设计、部件考核以及工程应用等,建立了CMCs制备工艺、材料性能、部件设计与工程应用之间的关联关系。从适航角度出发,给出了CMCs部件的适航认证要求、适航性设计及符合性验证方法等,并针对法国SAFRAN公司的CMCs混合器和中心体、美国GE公司的CMCs涡轮外环等进行了案例分析。

关键词：陶瓷基复合材料航空发动机燃烧室涡轮排气系统适航符合性验证

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航路网络关键节点的识别方法

西南交通大学学报 2025年第1期60卷 233-242页

作者：田文方琴周雪芳宋津津南京航空航天大学民航学院江苏南京211106

有效辨识关键节点对增强网络韧性、提高运行能力具有重要意义,为提高航路网络关键节点识别的准确性,提出基于TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)-灰色关联分析法的综合评价方法和航路网络节点... 详细信息

有效辨识关键节点对增强网络韧性、提高运行能力具有重要意义,为提高航路网络关键节点识别的准确性,提出基于TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)-灰色关联分析法的综合评价方法和航路网络节点分级方法.首先,从复杂网络统计特性、交通流量特性、脆弱性3个方面构建航路网络关键节点评价指标体系;通过引入相对熵改进逼近理想值排序法,并结合灰色关联分析法综合评价航路点重要程度,采用基于K-means聚类方法有效划分航路节点等级;最后,以民航空管实际运行数据为实例,开展关键节点识别.研究表明:相较于单一指标,所建航路网络节点评价指标体系获得的评价结果更加全面;改进TOPSIS-灰色关联分析方法相较于传统TOPSIS法评价结果更加准确;所提识别方法发现了我国华东地区典型繁忙航路网络中有29个关键节点,其在网络结构及交通流量方面具有关键作用.

关键词：复杂网络逼近理想值排序相对熵灰色关联度 K-means聚类

基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

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工程科学学报 2025年第1期47卷 56-65页

作者：原帅超王建峰段宇航郝璐静占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核... 详细信息

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

关键词：拓扑优化静力学分析增材制造轻量化设计结构设计

具有形态适应性的flasher折纸模型构型设计方法

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中国空间科学技术(中英文) 2025年第1期45卷 143-152页

作者：郑威郭策马啸飞董傲张镇南京航空航天大学机电学院

针对经典flasher折痕折展形式单一、缺乏可调整性和自适应能力差等问题，在经典flasher模型几何关系研究的基础上，通过建立数学模型和理论推导，提出了一种具有形态适应性的flasher折纸模型的折痕设计方法，实现了对flasher折纸模型折... 详细信息

针对经典flasher折痕折展形式单一、缺乏可调整性和自适应能力差等问题，在经典flasher模型几何关系研究的基础上，通过建立数学模型和理论推导，提出了一种具有形态适应性的flasher折纸模型的折痕设计方法，实现了对flasher折纸模型折叠高度、折叠-展开曲率的调节，并进行了数值仿真和实验测试。结果表明，新的折痕设计方法不但可以缩减flasher模型折叠高度，大大减小相关结构体积，还可以改变模型的折叠-展开曲率，有效提升了flasher折展结构的适应性和灵活性，可适用于大型空间折展机构的构型设计，具有较好的借鉴意义。

关键词：折痕设计折纸理论 flasher折纸数学模型几何分析

一种可重复使用运载器概念方案的多学科分析工具

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空天技术 2025年第01期 38-47页

作者：戴亚林李华光余雄庆南京航空航天大学航空学院中国运载火箭技术研究院

可重复使用运载器能有效地降低航天器发射入轨的成本，提高发射的便捷性。以一种水平起降两级入轨的概念方案为研究对象，开发了其运载器概念方案的多学科分析工具。该工具包括推进系统、几何、气动、质量、飞行性能、热防护和操稳分析... 详细信息

可重复使用运载器能有效地降低航天器发射入轨的成本，提高发射的便捷性。以一种水平起降两级入轨的概念方案为研究对象，开发了其运载器概念方案的多学科分析工具。该工具包括推进系统、几何、气动、质量、飞行性能、热防护和操稳分析模块。各模块采用适用于概念设计阶段的快速分析方法。通过集成各学科模块程序，创建多学科综合分析程序。应用结果表明，该工具能快速完成运载器概念方案的综合分析和评估工作，为运载器概念方案设计提供了一种高效技术手段。

关键词：可重复使用运载器概念设计多学科分析二级入轨水平起降

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基于改进鲸鱼优化算法的超声电机自抗扰控制

系统工程与电子技术 2025年

作者：冯建鑫李昊阳巩建雄龚柏春南京航空航天大学航天学院

针对超声电机强非线性和时变性，提出一种基于改进鲸鱼优化算法的自抗扰控制方法。首先，将改进线性自抗扰控制与史密斯预估器结合，设计了三阶自抗扰控制器。然后，采用鲸鱼优化算法对控制器参数进行优化，并对传统鲸鱼算法进行改进。... 详细信息

针对超声电机强非线性和时变性，提出一种基于改进鲸鱼优化算法的自抗扰控制方法。首先，将改进线性自抗扰控制与史密斯预估器结合，设计了三阶自抗扰控制器。然后，采用鲸鱼优化算法对控制器参数进行优化，并对传统鲸鱼算法进行改进。将tent混沌映射应用于种群初始化并引入K-means++聚类算法实现种群分类，对不同类别种群采用相应收敛因子，同时设计非线性惯性权重，进一步提高算法的优化效果。最后在考虑摩擦的情况下用粒子群算法、蜻蜓算法、改进前后的鲸鱼优化算法分别优化所设计的控制器，通过仿真验证本文设计的有效性。

关键词：超声电机自抗扰控制鲸鱼优化算法参数优化

空地异构无人系统固定时间事件触发编队包含控制

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系统工程与电子技术 2025年

作者：乔毅涛李爽南京航空航天大学航天学院

针对以多无人机（UAVs）和多无人车（UGVs）组成的空地异构无人系统协同运动控制问题，基于事件触发通信策略，提出了一种扰动条件下快速收敛的固定时间时变编队包含控制算法。首先，依据空地协同任务类型，将系统期望轨迹、多无人机和... 详细信息

针对以多无人机（UAVs）和多无人车（UGVs）组成的空地异构无人系统协同运动控制问题，基于事件触发通信策略，提出了一种扰动条件下快速收敛的固定时间时变编队包含控制算法。首先，依据空地协同任务类型，将系统期望轨迹、多无人机和多无人车分别定义为三维追踪-领航者、三维编队-领导者以及二维跟随者。然后，基于系统各对象变量维度将其进行集群分组，根据分组集群变量维度在状态空间为整个空地系统构建了兼容自由度差异特性的数学模型。接着，在空中层为三维编队-领导者设计分布式固定时间事件触发观测器来观测三维追踪-领航者的信息并基于观测信息为其设计固定时间编队控制器；同样接下来在地面层为二维跟随者设计分布式固定时间事件触发凸包观测器来估计多个三维编队-领导者张成的凸包并为其设计固定时间编队包含控制器。最后，通过空地联合仿真验证了设计算法的有效性。

关键词：无人机-无人车系统时变编队包含控制事件触发通信分布式协同观测固定时间稳定收敛

基于复杂网络的城市低空飞行计划优化调度研究

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航空学报 2025年

作者：钟罡华骏鸣杜森刘玉璞刘皞张洪海南京航空航天大学民航学院南京航空航天大学数学学院

城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM）发展面临着密集飞行活动带来的风险管理与效率提升问题，本文聚焦城市低空无人机集群的飞行前阶段，提出了基于复杂网络的飞行计划两阶段优化调度方法。首先，基于数字空域栅格环境下无人机飞... 详细信息

城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM）发展面临着密集飞行活动带来的风险管理与效率提升问题，本文聚焦城市低空无人机集群的飞行前阶段，提出了基于复杂网络的飞行计划两阶段优化调度方法。首先，基于数字空域栅格环境下无人机飞行潜在的第三方风险，预先规划单机的四维航迹并生成无人机集群初始飞行计划；其次，提出飞行不确定性影响下的冲突探测模型，构建以飞行计划为节点、以飞行冲突为连边的冲突复杂网络，通过提取计算冲突复杂网络拓扑指标来识别关键飞行计划；最后，建立了融合地面等待、速度调整和局部改航等多种策略的飞行计划优化调度模型，设计了先整体优化关键飞行计划，再局部调整剩余冲突点的两阶段优化求解算法框架，并基于改进的FATA算法实现模型求解。实验结果表明，该方法能够在考虑飞行不确定性的情况下显著减少甚至完全消除飞行冲突，同时可以保证在飞行计划调度过程中造成延误的飞行计划数量不超过总数量的3%，并保持增加的总运行风险比例不超过1%。研究成果能够为城市低空飞行计划调度管理提供技术支撑，对于推动城市空中交通安全有序发展具有指导意义。

关键词：城市空中交通飞行计划复杂网络飞行冲突管理优化调度

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无人机3维航迹规划仿真平台

兵工自动化 2025年第1期44卷 76-81页

作者：王哲胜杨柳庆张勇南京航空航天大学自动化学院南京211106 南京航空航天大学无人机研究院南京210016

针对目前无人机航迹规划研究多集中于算法的改进,存在规划结果3维直观显示不足的问题,创建一个基于Matlab软件的无人机3维航迹规划仿真平台。利用Matlab软件自带的App designer功能完成图形用户界面开发,建立基于地形威胁的地图模型,使... 详细信息

针对目前无人机航迹规划研究多集中于算法的改进,存在规划结果3维直观显示不足的问题,创建一个基于Matlab软件的无人机3维航迹规划仿真平台。利用Matlab软件自带的App designer功能完成图形用户界面开发,建立基于地形威胁的地图模型,使用多种目前市面常见的群智能算法,直观比较各种群智能算法之间的区别,并根据需求添加算法与现有算法进行比较。设计平台能实现包含多种群智能算法的3维航迹规划,用于验证算法的可行性和可靠性,并直观反映出新型算法的优势。平台的实际操作结果表明,该平台具备对航迹规划算法结果的3维直观显示能力。

关键词：无人机威胁源模型航迹规划仿真平台