南京航空航天大学学报

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• 低空飞行器高性能结构件轻量化低成本大规模制造关键技术

  张陈平，李麒阳，陈玉洁，郗欣甫，孙以泽

  低空飞行器是国家安全与低空经济的核心载体，而高性能结构件是低空飞行器的关键承力部件，其高性能、轻量化、低成本、大规模快捷制造一直是行业的难点与痛点。针对上述问题，本文论述了高性能纤维增强复合材料结构件的设计与制造关键技术，重点剖析了结构件，尤其是异形结构件设计理论匮乏、制造成本高昂及生产效率低下等难题，探讨了数字化仿真与正向设计在精确设计中的应用。深入阐述了结构件预制体成形、液体成形、精密机加工及复合工艺等，提出了全流程自动化制造的堵点、卡点解决方案。指明了基于具身智能与柔性制造的自动化生产线是突破成本瓶颈、实现快捷制造的必然路径，旨在为我国低空飞行器结构件的高性能、轻量化、低成本、大规模快捷制造提供理论依据与技术支撑。

• 直升机起落架技术发展与应用研究现状

  冯胜全，李琦，杨赟，陈翔

  直升机起落架作为保障飞行安全与任务适应性的关键系统，其技术革新始终围绕总体设计、先进材料与制造工艺、核心能力提升及运维保障能力建设等方面开展。本文首先概述了直升机起落架通过多物理相匹配协同实现功能与性能强化设计，以及起落架地面动力学技术发展由被动应对到主动防控的逻辑转变。然后综述了起落架新技术的应用与发展现状：自适应起落架构型从控制系统和结构创新两个层面实现复杂地形智能起降，组合式及跪式构型表明起落架不再局限于单一形态；新材料突破传统材料瓶颈，实现结构功能一体化设计和轻量化设计；健康监测技术依托传感器网络初步形成状态感知能力，但故障机理模型仍待融合多源数据提升诊断精度。最后总结了直升机起落架技术发展现状，并展望了未来发展方向。

• 低桨尖速度旋翼加装格尼襟翼气动性能数值分析

  万浩云，韩东，王天健

  为探索提升低桨尖速度旋翼升力的可能性，建立旋翼性能计算模型，由UH-60A直升机飞行试验数据验证了模型正确性，进一步研究格尼襟翼对低桨尖速度旋翼悬停及前飞性能的影响。结果表明：悬停时，格尼襟翼可提升低桨尖速度旋翼拉力，但伴随功率增加，拉力系数提升可达12.00%，对应功率系数增加7.98%。在大拉力状态，格尼襟翼可使旋翼在较低总距下维持与原基准旋翼相同的拉力，悬停效率显著提升18.55%。前飞100 km/h时，格尼襟翼拉力系数提升11.30%，但功率代价更高，对应功率系数增加18.64%。格尼襟翼可增大升阻比，升阻比提升可达28.77%。对于低桨尖速度旋翼，拉力一定时，格尼襟翼可减小迎角（Angle of attack， AoA），增大升阻比，提升大拉力状态的旋翼气动性能。

• 半倾转eVTOL总体设计与过渡特性分析

  王子琪，徐明，孙东红，张威，邱良军

  半倾转构型是电驱动垂直起降飞行器（Electric vertical take-off and landing， eVTOL）的一种常用构型，因此需要对其总体参数设计规律、总体参数优化方法以及过渡飞行功率特性进行研究。首先，提出了一种使用纵向配平框架的半倾转构型性能算法，采用升力旋翼和平尾融合算法解决操纵冗余问题。然后，通过试验数据对比，验证了算法的精度。接下来，使用该性能算法并结合重量模型，分析了各项总体参数、电池能量密度的变化对空机重量、重量效率的影响，并针对特定需求得到了一套满足要求的总体参数。最后，使用半倾转构型性能算法对过渡状态下的功率、迎角、加速度进行扫描，通过分析计算结果，定性选择过渡路径，并通过优化加速度降低过渡过程的能量消耗，得到了过渡过程中剩余功率的变化趋势，为半倾转构型eVTOL的设计与工程研制提供了可参考的研究思路。

• 基于路径生成与动态逆控制的直升机动态着舰仿真

  杨舒涵，陈仁良，叶毅

  在考虑舰船艉流、大气紊流、舰船运动以及旋翼与甲板的地面效应对直升机动态着舰过程的操纵量和姿态影响基础上，本文提出了一种直升机动态着舰仿真方法。首先，建立了考虑舰船艉流与大气紊流影响的直升机动力学模型，并验证了其准确性。其次，基于微分平坦原理，将直升机动态着舰过程转换为轨迹生成问题，得到时间最优的直升机动态着舰轨迹。再次，设计了基于非线性动态逆的直升机动态着舰控制律，该控制律基于两层递进式的控制架构，结合了非线性动态逆解耦效果好、响应迅速的优势，与轨迹生成路径平滑且易于跟踪的特点。最后，以UH-60直升机和SFS2护卫舰为例进行动态着舰仿真，对比了有无风场两种情况下的仿真结果。结果表明：本文采用的轨迹生成方法能够快速更新，满足直升机动态着舰的实时性要求；设计的控制律能够有效控制误差，抵抗风场干扰；提出的直升机动态着舰方法能有效捕捉舰船艉流对直升机模型的影响，并有效模拟直升机动态着舰过程中的直升机操纵量和运动的时间历程。

• 基于高阶谐波控制的共轴刚性旋翼减振技术研究

  魏武雷，余智豪，樊枫，赵金瑞

  针对共轴直升机高速前飞时振动载荷较大的问题，本文研究了对共轴双旋翼施加高阶谐波控制（High-order harmonic control， HHC）进行减振主动控制。文中创新性地将经典中等变形梁桨叶结构动力学模型、含自由尾迹的旋翼非定常气动模型以及HHC主动控制模型深度耦合，建立了适用于共轴双旋翼的高阶谐波主动控制气弹综合分析模型。以XH-59A共轴双旋翼为分析对象，在模型验证有效的基础上，开展了上、下旋翼总距高阶谐波控制的幅值、相位等参数对桨毂垂向振动载荷的影响性分析。研究表明：共轴双旋翼桨毂减振效果随高阶谐波控制幅值增加呈先增大后减小规律，即在合适的幅值或相位下，高阶谐波控制能有效抑制桨毂垂向振动载荷；3阶和6阶谐波均可大幅降低相同阶次的桨毂垂向振动，最大降幅能达到90%，但对其他阶次的桨毂垂向振动影响有限。

• 基于ANSYS/LS-DYNA的圆柱滚子轴承滚子偏摆特性研究

  马辰飞，侯祥颖，杨凯，张红，李政民卿

  圆柱滚子轴承高速运转过程中，滚子与滚道的接触线和轴承旋转轴线之间存在一定的偏摆角度，这种滚子偏摆现象会使滚子与内外圈的接触线出现承载应力分布不均匀的问题，从而加剧滚子的局部磨损。本文针对目前滚子轴承滚子偏摆规律研究不足、滚子偏摆表征方法不明确等问题，以某航空圆柱滚子轴承为研究对象，基于显式动力学理论，采用LS-PREPOST建立仿真网格模型，通过ANSYS/LS-DYNA进行求解计算。在考虑轴承转速、载荷和保持架兜孔间隙下，开展了圆柱滚子轴承显式动力学有限元仿真分析。提出了一种滚子偏摆数据跟踪提取的方法，并通过试验测试验证了仿真的可行性。仿真结果表明：圆柱滚子偏摆角受径向载荷和轴承转速影响较大。随着载荷和转速的增加，滚子偏摆角度平均值和最大值均减小并且波动幅值呈现降低趋势。载荷由2 446 N增加到5 118 N时，滚子偏摆平均值减小了25.7%，最大值减小了18.3%。转速由5 225 r/min增加到20 900 r/min时，滚子偏摆平均值减小了21.06%，最大值减小了19.1%。相比于载荷和转速，保持架兜孔间隙对滚子偏摆具有显著影响。当兜孔间隙小于0.12 mm时，滚子运动空间受限导致滚子和保持架之间的碰撞变得剧烈，滚子出现剧烈偏摆波动；当兜孔间隙大于0.12 mm时，圆柱滚子偏摆最大值和平均值均增大，这种情况下会增大滚动轴承的振动。针对本文研究对象，选取轴承兜孔间隙在0.12 mm左右有利于降低滚子偏摆角度均值、最大值和波动幅值。

• 直升机尾减速器机匣的疲劳寿命评估方法

  曹奔，刘星，王康，王巍，施雯，靳广虎

  为提高直升机传动系统设计的可靠性，开展了某型直升机尾减速器机匣的疲劳寿命评估流程和方法研究。根据关重件疲劳寿命评估的流程，采用四参数疲劳寿命评估方法，研究了材料、构件的平均S-N曲线参数，以及基于缩减系数法的构件安全S-N曲线参数，并通过线性累积损伤法则给出了疲劳寿命的计算方法。根据尾减速器机匣全尺寸疲劳试验结果和实测载荷谱，以及尾减速器机匣应力的数值仿真分析，依据安全S-N曲线和Miner法则进行了尾减速器机匣寿命的评估。研究结果表明：尾减速器机匣关键部位均达到无限寿命设计要求。其中，尾减速器机匣部位2的疲劳动态应变值和安全疲劳极限较大。

• 倾转旋翼机纵向一体化姿态控制律设计及鲁棒性分析

  陈国军，刘毅，张威

  由于倾转旋翼机在飞行包线内需要进行直升机、过渡和固定翼3种模式的构型切换，不同构型下其动态特性存在较大差异，需针对不同构型设计控制律以保证在3种模式下均具有良好的控制效果。针对此问题建立了考虑质心移动的倾转旋翼机六自由度非线性模型，设计了结构形式一体化控制律，并针对过渡模式设计了归一化的权重系数。以纵向通道为例，数学仿真结果表明所设计的一体化控制律在3种模式下均达到了满意的控制精度，并且在模型不确定以及控制律参数偏移情况下均具有良好的鲁棒性。

• 战斗机总体布置的边界设计与聚类分析

  左健巍，李军，祝中强，姚远

  为量化战斗机总体布置设计过程并构造决策模型，提出了针对总体布置的边界设计与聚类分析方法。首先，提出了边界波动风险指标，通过将边界波动风险指标调整为非负，实现从初始舱位定义到细化舱位定义的更新。同时，根据边界波动风险由高到低的排序，可以筛选出p截强边界，定义了使用p截强边界构造p截强区域的方法。p截强区域可作为总体布置聚类过程中的类。然后，针对聚类分析的实现，提出了针对总体布置的基于朴素贝叶斯的聚类（Naive-Bayes-based clustering， NBC）方法和基于模糊层次分析法的聚类（Fuzzy analytic hierarchy process-based clustering， FAHPC）方法。NBC方法通过对设备进行特征识别，将各个特征进行编码后应用朴素贝叶斯分类器实现分类。FAHPC方法首先构造总体布置的指标体系，使用专家评分法确定各个指标相对于评语集的隶属度，然后使用模糊层次分析法确定准则层和指标层的权重，最后以归一化的综合评分结果作为隶属度来确定分类结果。工程算例验证了所提方法的可行性和实用性。