2025年, 第43卷, 第01期　
刊出日期：2025-02-15

  

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  基于涡轮增压系统模型的发动机安全影响因素敏感性分析

  李果, 王梓潞, 滕依达, 许通格

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 1-10.

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  采用涡轮增压系统可以有效地恢复发动机高空动力性能，提高通用航空器的工作升限，但在改善发动机性能的同时，其安全性也应引起足够重视。为提高航空活塞发动机涡轮增压系统的安全性并对实际运行提供建议，本文基于模型的系统安全性分析、“V”型安全性分析、响应面分析法（RSM,response surface methodology）与Sobol因子敏感性分析方法，构建了以Rotax914为原型的发动机整机准维模型与拟合方程进行全局敏感性分析，对航空活塞发动机涡轮增压系统性能的不同安全影响因素的敏感性进行分析与比较。结果表明：海拔高度的敏感性指数远高于其他因素；进气阀直径的敏感性指数高于废气阀直径但二者在量级上相近；在正常运行环境下空气过滤器的有效长度对发动机涡轮增压系统几乎不产生影响。因此，在实际运行中可以根据分析结果调整安全影响因素的变化范围，降低关键因素的不确定性，从而进行高效、直观的安全分析。
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  考虑全飞行阶段的防冰严酷工况确定及验证

  胡雪兰, 王艺丹, 牛一凡, 姚佳伟

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 11-19.

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  确定满足适航要求的严酷工况是机翼结冰适航审定过程中的必要环节，传统的防冰严酷工况计算方法需要大量重复计算，因此，本文结合拉丁超立方抽样和严酷评估指数提出了一种基于CCAR-25附录C（简称附录C）的考虑全飞行阶段、全冰积聚条件确定严酷工况的简化方法，并利用计算流体力学模型验证其可行性。首先，基于附录C明确了结冰工况参数区间，利用拉丁超立方抽样实现了连续参数区间的离散化，获得组合工况；其次，引入严酷评估指数，对结冰工况进行排序，并通过单变量结冰条件及连续最大结冰条件下机翼结冰的计算流体力学仿真计算，验证了在相同冰型下该严酷评估指数可以以结冰量（包括结冰总质量和最大结冰厚度）作为评价指标，用于严酷程度评估，证明了其绝对值越大，工况越严酷；等待阶段由于飞行时间远大于其他飞行阶段，导致其结冰严酷程度最高，严酷工况均在等待阶段；最后，通过本文提出的严酷工况确定方法给出了基于附录C的严酷工况。
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  不同加载工况对腰椎响应指标影响研究

  芮向前, 崔书瑞, 石霄鹏

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 20-26.

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  腰椎载荷和动态响应指数（DRI, dynamic response index）是评估飞机应急着陆过程中乘员腰椎损伤的两种常见腰椎响应指标。为明确这两种指标的差异，首先，本文建立了座椅-乘员有限元模型和乘员上肢集中参数模型；其次，对座椅-乘员有限元模型和乘员上肢集中参数模型进行对比验证；最后，通过改变加载时间和加载峰值对这两种腰椎响应指标进行变参分析。计算结果表明，采用地板加速度计算的DRI值较采用骨盆加速度计算的DRI值更低，且当加载时间一定时，随着加载峰值的增加，DRI值呈增长趋势；当加载峰值一定时，随着加载时间的增加，DRI值呈先增加后减小趋势；当速度变化量一定时，随着加载峰值的增加，DRI值呈增长趋势。综上，通过梳理和分析DRI的作用原理，有助于促进乘员腰椎损伤判定标准的持续完善。
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  商用锂离子电池快充降解及热失控特性研究

  周晓猛, 蔡金乐, 郭一博, 廖云龙

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 27-32.

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  为识别快充老化因素对锂离子电池工作及热安全性能的影响，首先，本文采用1C/2C充电速率对商用18650锂离子电池开展循环老化试验，表征电池的容量衰减、电化学阻抗、工作升温等特性。其次，在自搭建的热失控平台上，对比新鲜和快充老化后的锂离子电池在热失控行为、温度特性等方面的差异。结果表明，锂离子电池老化过程是非线性的，呈现3个阶段的变化，对应于不同的老化机制；提高快充速率会导致电荷转移阻抗、欧姆电阻大幅增加；2C充电速率老化的锂离子电池循环寿命迅速缩短，且在循环期间出现异常放热行为，其在充电阶段的最高表面温度达到75℃，这不仅导致电池容量衰减加快，还提高了热失控风险。热失控测试结果表明，老化锂离子电池热失控延后，热失控温度更高；受快充老化因素影响的锂离子电池具有更好的热稳定性，但热失控过程更加危险。
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  边界层吸入对S形进气道流场畸变影响的数值研究

  傅文广, 肖磊, 孙鹏

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 33-40.

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  为研究边界层吸入（BLI,boundary layer ingestion）对S形进气道流场畸变的影响，本文设计了短扩压、小偏距的S形进气道，分析了边界层吸入对S形进气道流场特性的影响，进一步研究了吸入不同厚度边界层对出口流场的影响。结果表明，边界层吸入时，进气道内流体的三维分离流动产生对涡旋流畸变区，使低能流体在进气道底部堆积，在出口位置形成特有的下凹形状总压畸变区。随着吸入边界层厚度的增加，进气道流通能力下降，出口截面处总压畸变强度和范围都增大，而旋流畸变范围小幅增加，旋流强度无显著变化。
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  翼型几何参数对涵道共轴双旋翼气动特性影响研究

  杨永刚, 郑炜

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 41-46.

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  翼型几何参数对旋翼的气动特性影响较大。本文针对涵道共轴双旋翼模型进行数值模拟计算，研究不同几何参数对旋翼气动特性的影响规律，以提高涵道共轴双旋翼的气动效率。结果表明，翼型弯度和桨根安装角的增加均可以显著提高涵道共轴双旋翼的总拉力。当拉力系数小于0.04时，小弯度翼型的气动性能参数高于大弯度翼型；随着拉力系数继续增大，在涵道唇口绕流与上旋翼翼尖涡之间以及双旋翼尾迹之间出现气动干扰和涡流轨迹紊乱；涵道出口内壁面发生局部流动分离成为小弯度翼型气动性能参数迅速下降的主要原因。大弯度翼型的气动性能参数变化平稳，拉力系数较大时的气动效率优于小弯度翼型，NACA6412的桨根安装角在20°～40°之间进行旋翼设计是更好的选择。
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  基于聚类加权协方差矩阵的ADS-B信号分离算法

  王文益, 张菡铄

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 47-52+59.

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  广播式自动相关监视（ADS-B,automatic dependent surveillance-broadcast）系统采用同一频段随机广播的方式发射ADS-B信号，这将导致ADS-B信号产生交织，威胁航空安全。目前，利用Capon算法分离ADS-B信号时，未考虑到ADS-B信号的脉冲特性，这会使Capon算法的性能大幅下降。因此，本文针对ADS-B交织信号，设计了基于聚类加权协方差矩阵的信号分离算法。首先，根据ADS-B信号的脉冲特性分析出其在阵列响应上的特征，借助K均值聚类算法筛选出只有噪声、只有第1条信号和只有第2条信号的3类快拍，分别计算这3类快拍的协方差矩阵。其次，选择由噪声快拍得到的协方差矩阵和预抑制信号快拍得到的协方差矩阵，并求两者之和，以此代替Capon算法目标函数中利用所有快拍估计的协方差矩阵。最后，结合Capon算法，实现对ADS-B交织信号的分离。结果表明，该方法在分离ADS-B交织信号时的性能显著提升。
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  基于电离层延迟智能估计的完好性评估

  卢丹, 张宏健, 钟伦珑, 胡铁乔

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 53-59.

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  完好性是民用航空导航系统的性能要求之一，而电离层延迟是进行完好性评估的重要误差来源之一。对于单频系统来说，通常采用Klobuchar模型对单频信号进行修正，但修正率仅为60%左右，精度有限。本文提出一种估算电离层延迟并将其用于完好性评估的方法，首先，通过反向传播（BP, back propagation）神经网络对观测站电离层延迟进行训练，得到观测站的BP神经网络模型并计算电离层延迟，提高了观测站的电离层延迟修正率；其次，利用经过训练的观测站BP神经网络模型以及三点插值法计算装备单频接收机的航空器在其飞行位置的电离层延迟并进行完好性评估。以2015年2—3月的数据为例进行评估，结果表明，通过BP神经网络模型以及三点插值法计算部分地区的电离层延迟与Klobuchar模型相比，计算电离层延迟效果较好，提高了日间和夜间电离层延迟的修正率，从而提高了保护级的精度。
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  基于飞行数据的MSCNN-LSTM水平安定面系统状态监测方法

  张鹏, 胡芳语, 段照斌, 刘静静

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 60-66+82.

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  针对真实飞行数据中故障样本匮乏、数据类间失衡且缺少标注问题，本文提出了一种基于多尺度卷积神经网络（MSCNN,multi-scale convolutional neural network）与长短时记忆（LSTM,long short-term memory）网络的水平安定面系统状态监测方法。此方法不依赖于标注数据，利用无监督学习的方式对水平安定面系统进行状态监测。首先，利用MSCNN-LSTM对系统正常运行状态的快速存储记录器（QAR, quick access recorder）数据从空间和时间两个维度进行特征提取，以实现舵面位置预测；其次，计算舵面位置预测值与舵面位置实际值的残差，分析残差分布来确定系统健康状态的阈值；最后，利用某飞机的QAR数据进行验证。实验结果表明，本文所提方法能准确实现水平安定面系统飞行级的异常状态识别，并能在系统发生故障时，提前1个飞行循环进行异常预警。
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  民机损伤液压软管性能监控及更换标准研究

  贾宝惠, 马语蔚, 王玉鑫, 姚飞, 肖海建

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 67-74.

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  本文采用建立理论模型、实验验证以及仿真分析的方法，分析了民机液压软管在含磨损缺陷时的力学性能变化规律以及失效情况，得出了软管需要重点监控的损伤状态以及建议更换的磨损缺陷深度。基于流固耦合法，在ANSYS WORKBENCH中进行复合管路有限元仿真分析，探究了在不同流体压力下，磨损缺陷深度、轴向长度对力学性能的影响，给出了不同压力下管路最大总变形和最大等效应变的预测函数关系式，并建立了损伤管路复合强度模型。由该模型可知，管路在内壁未完全破损前不失效，在磨损深度与壁厚比为0.4时，其力学性能显著下降，此时需重点监控或更换。
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  航空接地故障电弧损伤影响研究与预测

  张铁纯, 廖茂桥, 张波, 田雷雷, 司晓亮

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 75-82.

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  故障电弧是飞机电气线缆互联系统（EWIS, electrical wire interconnect systems）最为常见的失效模式之一。为了研究不同条件参数对电弧损伤的影响，本文根据SAE AS5692标准中的振动实验方法，模拟因飞机振动导致的线束与燃油管路接地故障电弧，开展了机载28 V直流电源、400 Hz/115 V交流电源条件下的接地故障电弧损伤实验研究，并基于流-固-热耦合数值计算方法建立了电弧损伤预测模型。结果表明：交流电源条件下的电弧由于瞬时功率较高造成线束熔断时间相比直流电源条件下更短，其电弧损伤明显小于直流电源条件下的电弧损伤；伴随振动频率增加，线束与管路接触时间延长，电弧损伤与振动频率呈正相关性；将实验与仿真结果进行对比，两者误差较小，有效验证了电弧损伤预测模型的适用性，为飞机EWIS线束安全评估提供一定参考。
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  考虑不确定性的无人机安全性评估及决策分析

  田毅, 饶浩昌, 肖女娥

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 83-88+96.

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  定量安全性评估是验证无人机是否满足安全性要求的重要手段。本文首先针对无人机部件失效分布存在参数不确定性的问题，利用贝叶斯理论对基本事件的失效分布参数进行修正，得到顶事件的失效概率；然后借助贝叶斯决策理论完成对顶事件的安全决策分析；最终将无人机的安全性评估完善为整套的评估-决策分析流程。研究表明：以某型无人机运行过程中的数据链通信产生的错误信息为例，能够实现上述顶事件失效概率的计算过程和贝叶斯决策的计算过程。
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  基于改进人工鱼群算法的城市物流无人机航线规划

  岳仁田, 侯博文

  中国民航大学学报. 2025, 43(01): 89-96.

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  为了安全、高效地解决物流无人机（UAV, unmanned aerial vehicle）三维空间航线规划问题，首先，本文在考虑空间避障和地面人口密度的基础上通过改进栅格法对规划环境进行建模，以航程代价、栅格风险值代价和高度调整代价之和最小作为目标函数建立物流UAV航线规划模型，并根据UAV性能设置约束条件。其次，对标准人工鱼群算法（AFSA, artificial fish swarm algorithm）进行改进，增加鱼群跳跃行为和栅格禁忌表，利用改进AFSA对模型进行求解。最后，通过仿真算例将改进后的AFSA与其他3种算法进行了对比并对改进后的AFSA进行了参数灵敏度分析。结果表明：改进后的AFSA在收敛速度上优于其他3种算法，相对于标准AFSA收敛时间降低了9.9%；设置较大的感知范围参数值，航线规划效率更高，在设置步长参数时则需要根据规划环境进行调整。改进后的AFSA可为提升物流UAV三维空间航线规划效率提供借鉴。