为了研究全局轮廓度误差对跨声速轴流压气机性能及稳定性的影响，基于高斯过程和主成分分析法构建了表征叶表全局轮廓度误差的五维几何不确定性模型。同时，基于非嵌入式混沌多项式法量化了全局轮廓度误差对压气机气动性能的影响，并采用了损失源模型对两类极端性能叶型进行了流动机理分析。研究结果表明：在全局轮廓度误差的影响下压气机峰值效率工况下的总性能参数略微偏离正态分布，并且转子的性能会倾向于恶化；各性能参数对叶顶前缘部位的轮廓度误差最敏感，并且将其适当减薄能够有利于性能的提升；其中的原因是，叶顶前缘轮廓变薄有利于削弱激波强度，因而会减弱激波-泄漏涡相互作用的强度，从而减小流动损失。

采用数值模拟方法，研究了亚声速压气机级中不同转向与转速的可控转速机匣对压气机性能的影响。结果表明：当可转动环段转向与转子转向相同时，转速的增大将导致稳定工作裕度和峰值效率下降，可转动环段向叶顶泄漏流施加反向作用力，泄漏流速度降低，流道堵塞情况加剧。当可转动环段转向与转子转动方向相反时，转速的提高使得稳定工作裕度扩大，可转动环段向叶顶泄漏流施加同向作用力，泄漏流速度增加，近失速工况的流道流通能力提升。可转动环段在100%转子转速且其转动方向与转子转动方向反向时，压气机级的稳定工作裕度提高了16.34%，同时压气机级的压比提高了0.12%。

软式空中加油中锥套的位置受到头波效应时难以控制，易导致对接失败。针对该问题，建立了软式空中加油对接的动态特性仿真平台,计算了受油机在不同预对接距离时锥套的位移响应。计算结果表明：不同的预对接距离对锥套的下沉量变化影响显著。预对接距离越大，对接过程持续时间越长，锥套受头波效应累积干扰的时间越久，导致对接全过程中下沉量的动态变化幅度越大。为解决头波效应对锥套下沉量影响过大的问题，计算了不同预对接距离下受油机能够成功对接的纵向初始位置包络。优化结果表明：对接前受油插头在瞄准锥套中心的基础上，根据预对接距离向上偏移50～70 cm，可显著提升对接成功率，该策略对大气扰动也表现出良好的鲁棒性。

为了提升对活塞式航空煤油发动机中爆震强度的识别准确性，搭建了专用试验台架并开展燃烧试验，采集了多种工况下的缸内压力信号，从中提取爆震信息。采用小波包变换对缸压信号进行分解，并通过能量熵分析提取了表征爆震等级的子频带分量，发现爆震特征频带集中在7.5～18.75 kHz。基于此频带重构爆震信息，从时域和频域中提取了22个爆震特征指标，形成双域爆震特征图像。为精准识别爆震强度，分别构建了多层感知机（MLP）和卷积神经网络（CNN）模型，以双域爆震特征指标和图像作为输入参数，并在4组工况下进行验证。结果表明，两种模型均具有较高的识别精度，其中CNN模型的平均识别精度达93.46%，较MLP模型的88.50%高出4.96%，验证了CNN模型在爆震强度识别中的准确性与合理性。

以轴承全周期摩擦力矩时间序列为分析对象，以分形理论为主要分析方法，通过互信息法确定最佳延迟时间，通过观察法确定最佳嵌入维数，最终得到关联维数。结果表明：轴承摩擦力矩性能具有混沌特性；嵌入维数与系统非线性及混沌程度呈正相关，而关联维数则呈负相关；关联维数可以作为轴承性能衡量指标，A、B轴承可分别提前120 min、160 min预报轴承失效；基于最大熵原理验证A轴承与分形理论预测的失效时间相差12 min，仅占预报时间120 min的10%，偏离误差处于较小水平，充分验证了分形理论表征轴承性能演变的有效性和可靠性。

串联式高超声速飞行器在与助推器分离过程中存在非线性多体干扰和姿态易失稳等问题，严重影响飞行安全性与可靠性，传统分离仿真方法难以精准捕捉这一复杂动态过程。为此提出了面向串联高超飞行器级间分离的数值虚拟飞行方法，构建气动-运动-控制耦合仿真平台，在马赫数为10的速度下对不同的分离方案进行设计评估，综合考虑初始分离姿态、分离机构作动与分离控制策略等因素，实现了级间分离的高精度仿真与方案评估。研究结果表明：迎角为4°时初始姿态可使两级接近配平，提升分离初期稳定性；采用液压撑杆分离机构较自由分离，在0.2 s时刻可使级间相对轴向距离增加0.49 m，并将级间相对俯仰角降低约52%；此外，采用非线性动态逆控制系统可显著提升分离过程的姿态稳定性，在高增益控制参数下使主级俯仰角波动幅度较无控状态降低约90%。最终方案满足了安全分离指标，为两级分离方案设计提供了可靠的数据支撑。

水平起降、可重复使用的高马赫数飞行器面临着机体内外的巨大热载荷问题，为了满足飞行器的推力需求和实现对热载荷的高效利用，以带闭式氦循环的预冷发动机为基础，基于不同的热载荷吸收和利用方式，设计了4种不同的推进与能量管理系统热力循环布局，并保证发动机推力相同的前提下，分别以闭式循环的输出功率、比冲和综合性能为目标对热力循环布局设计参数进行优化；提出了一种考虑多属性的推进与能量管理系统综合性能评价指标，采用灰色关联分析法对4种方案进行系统综合性能评价。结果表明：多支路分级冷却循环可以实现最高18.23 MW的输出功率，但系统综合性能并非最优；双支路部分冷却循环各项性能指标均衡，在不同优化目标和应用场景下具有最佳的系统综合性能。研究结果为高马赫数飞行器推进与能量管理系统的多性能指标综合设计提供了一种思路。

隐蔽抵近目标完成侦察、窃听等任务对扑翼飞行器微型化和可控飞行提出了更高要求。针对单曲柄双摇杆扑动机构存在的问题，设计了一种单轴式双曲柄双摇杆共轴四翅扑动机构，采用理论分析方法，研究了一个扑动周期内左右两对翅膀扑动角的对称性。结果表明：该共轴四翅扑动机构使得左右扑动杆存在一定的瞬时对称性差异（最大差异值约2.7°），左侧和右侧整体扑动角幅值均为36.6°，左侧和右侧整体平均扑动角均为15°，扑动机构具有很好的整体对称性和横向稳定性。研制了可模块化组装的共轴四翅扑翼样机，进行了飞行测试。样机可完成手抛或“悬停”起飞、前飞、爬升、转弯、盘旋等。研究结果对开发更加隐蔽和微型化的扑翼飞行器提供了重要的设计参考。

针对航空发动机涡轮轴和叶片的接触传热问题，以IN718高温合金为研究对象，基于稳态热流法搭建了新的接触热阻（TCR）实验平台。首先，采用单点接触热阻标定法对设备不确定度进行评估，结果表明无量纲单点TCR的相对误差可控制在18%以内。其次，通过实验测量研究了IN718样件两种界面粗糙度、界面压力（0.05～10 MPa）及平均温度（20～160 ℃）对TCR的影响规律。结果表明：TCR随界面压力和平均温度的升高而减小，随表面粗糙度的增大而增大。最后，将实验结果与经典半经验关联式对比发现，现有接触热阻模型及实验关联式在特定压力与粗糙度区间存在显著失效现象。综合考虑表面粗糙轮廓曲线的高斯与非高斯分布特征，提出了一个新的无量纲TCR经验关联式，该公式预测值与实验数据的平均误差小于10%。

针对高性能航空齿轮高强韧表面性能需求，提出一种考虑真实粗糙齿面的喷丸工艺参数优化方法。建立具有磨削表面形貌的喷丸强化有限元-离散元（FEM-DEM）耦合模型，研究表面覆盖率、弹丸直径、喷丸强度对喷丸效果的影响规律。采用曲面响应法，制定关于表面覆盖率、弹丸流量、空气压力的三因素三水平喷丸仿真试验方案，获得最大残余压应力及表面粗糙度。建立工艺参数与残余应力和表面粗糙度的多项式函数模型，分析各因素之间的交互作用及对喷丸强化效果的影响规律。以残余应力最大化和表面粗糙度最小化为目标，以覆盖率、弹丸流量、空气压力在固定范围内为约束条件，使用多起点单纯形搜索算法（MS-NM）优化喷丸工艺，并在不同初始表面粗糙度模型上进行仿真验证。结果表明：响应面预测模型与仿真结果误差小于2%，可用于喷丸效果预测和复合工艺优化。

通过调整鸟体撞击速度、撞击位置与发动机转速3类参数，采用显式动力学仿真方法，对 CFM56-7B 大涵道比民用涡扇发动机的风扇叶片开展瞬态鸟撞响应分析。研究结果表明：当鸟体以60、80、130 m/s撞击时，叶片在约4.2～4.3 ms出现最大Mises应力；撞击持续时间越长、轴向相对速度越小，累积损伤越严重。撞击位置改变峰值时刻与应力分布：在叶长的30%、50%、80%处撞击分别在2.6、4.1、4.2 ms出现应力峰，其中50%处产生的应力集中于叶根处；发动机转速与损伤程度呈正相关，高转速下叶片应力峰值显著增大。在鸟体质量为1.85 kg、鸟体速度为130 m/s、发动机转速为5175 r/min工况下，撞击机匣外侧对叶片与机匣的破坏远大于撞击进口整流锥，表现为周向扩散的应力集中与叶尖局部塑性破坏。

引入具有非线性刚度特征的动力吸振器（非线性能量阱）至三自由度系统开展对主系统多阶频率振动抑制的研究，在此基础上扩展至具有连续介质特性的航空发动机真实机匣结构。在理论分析方面，基于复变量平均法揭示了三自由度非线性系统中非线性能量阱实现瞬态共振捕获和靶向能量传递的内在机理和必要条件，得到了多自由度系统中非线性能量阱的动力学响应特性。在规律分析方面，开展三自由度非线性系统中不同非线性刚度和阻尼参数对非线性能量阱能量耗散特性影响规律研究，得出了多自由度系统中非线性能量阱最优振动耗散特性。基于振动能量可视化分析方法，非线性能量阱设计方法扩展至真实航空发动机组合机匣结构，成功可视化捕捉到振动能量从机匣振源传递至非线性能量阱的过程，从振动能量的角度揭示了非线性能量阱对机匣结构的靶向能量吸收与耗散特性，单个非线性能量阱有效抑制机匣三阶模态振动，振幅分别降低25.1%、25.3%和25.2%，实现了非线性能量阱对薄壁机匣结构的宽频振动抑制。

推力矢量技术逐渐成为提升飞机机动性和故障容错能力的重要手段之一，有效整合推力矢量技术与传统控制系统，提升整体控制策略的容错能力是一个亟待解决的研究问题。本文通过构建飞/发一体化被控对象及作动器模型，形成推力矢量控制策略的模型基础，并针对推力矢量固定翼飞机的升降舵失效情况，提出了一种基于切换控制的容错控制策略。该策略结合了传统PID控制与自抗扰控制（ADRC）算法，根据系统状态进行切换：在正常状态下使用PID控制升降舵，在升降舵失效时切换到ADRC控制推力矢量角，从而保证系统的稳定性和控制性能。通过控制系统与飞/发一体化被控对象联试的非线性仿真验证了所提方法的有效性，结果表明，故障状态下所设计的控制器相较于基准控制器的上升时间性能提升约15%，调整时间性能提高约2%，同时在不同故障条件下，该切换控制策略均能够保证系统的稳定性与性能。

为改善大折转角扩压叶栅角区强分离状态，针对几何折转角68°的叶栅，系统探究了端壁合成射流在角区分离前缘、中部（回流点前/后）、后缘四种布置位置下的控制效果，并耦合射流角度、动量系数、激励频率三个核心参数，深入分析了其对端壁附面层、分离泡及二次流结构的调控规律。研究结果表明，端壁合成射流可有效削弱角区分离，尤其是分离中部（回流点前）布置射流角度为30°的端壁合成射流可有效作用于分离泡核心区，破碎角区分离涡、阻断附面层迁移，总压损失系数最大降低20.27%，静压升系数提升13.07%；而分离前缘布置射流角度为30°的端壁合成射流可从源头削弱分离扩张，总压损失系数降低14.69%，静压升系数提升9.66%；而分离中部（回流点后）、后缘控制效果有限。通过提出角区分离全演化阶段控制策略，揭示了射流与分离阶段的适配机制，为大折转角扩压叶栅气动性能优化提供了一种路径。

二冲程活塞发动机常采用涡轮增压耦合排气谐振技术解决其高空吸气难题，但对于四缸发动机，排气谐振系统中同相位排气引起的废气阻滞与压力干涉会导致高空性能恶化。因此基于废气压力波传递理论与遗传算法，设计并优化了双谐振管排气系统，并通过三维流体动力学仿真验证，证明了双谐振管排气系统解决废气阻滞与压力干涉问题的同时有效利用压力波优化排气背压分布。仿真优化结果表明：采用双排气谐振系统的发动机在海拔5000 m内条件下实现维持原机功率并略有提升。在5000 m以上的大部分高海拔条件下，优化后功率较原机提高5%以上，且提升幅度随海拔升高而增大，在10000 m的高海拔条件下，功率提升最高达到34.7%。研究证实双谐振管排气系统可以有效解决四缸机多缸同相位排气出现的废气阻滞与压力干涉问题。

针对航空发动机部件特性图修正中的局部适应性与全域一致性难以兼顾的问题，提出一种动态自适应混合优化模型（DAC-HOM）分区协同修正框架。该方法以内嵌的DAC-HOM作为统一修正内核，由“转速-工况分布”双自由度表征的Bernstein基自适应曲面与协方差自适应多臂赌博机增强河马优化算法（CABE-hippo）耦合构成，在确保特性曲面光滑可控的同时，实现自适应寻优与动态边界调节。在此基础上，引入面向双源异构数据的分区协同修正策略，分别针对地面试车工况与基于快速存取记录器（QAR）飞行数据的高空工况实施两步独立修正后进行融合，获得全局一致的特性图。与传统先初修再分区精修的递进修正方法相比，其有效抑制了局部误差向全域传播。算例结果表明：该框架将全域平均误差降至2.61%，排气温度、高压转子转速和燃油流量误差分别降低了83.6%、16.5%和46.8%，显著提升了航空发动机数学模型非设计点性能匹配精度。

采用瞬态液晶测量技术，通过实验定量分析了带冲击孔、扰流柱和狭缝的复杂双层壁结构靶面的换热情况与曲率（9°凹面、30°凸面和75°凸面）和冲击雷诺数（10000～40000）的关系。研究发现，随着曲率增大，双层壁结构内部换热得到增强，在相同冲击雷诺数下，75°凸面的平均表面传热系数比9°凹面高出约20 W/（m²·K）。冲击雷诺数每升高10000，3种曲率结构的平均表面传热系数升高约30 W/（m²·K），仅当冲击雷诺数从30000升高到40000时，平均表面传热系数的增长变小。表面传热系数在展向上呈多峰分布，当雷诺数达到40000时，次峰数值超过主峰。表面传热系数沿流向整体呈下降趋势，在流向的不同位置处呈现不同的分布规律。

飞机穿越含有过冷水滴的云层时易发生结冰现象，严重威胁飞行安全，高效的防冰系统是飞机应对结冰环境、保障飞行安全的关键。微引射式热气防冰是运输类飞机常用的防冰手段，具有用气量少、防冰效率高等优点。基于自主研发的NNW-ICE软件，实现了微引射特性计算、防冰通道换热计算及沿程压降计算，建立了微引射防冰系统热力计算方法，可获得特定几何结构下引射比、被引射气体温度及蒙皮外表面温度、溢流水分布等参数；基于该热力计算方法，结合遗传算法建立微引射热气防冰系统优化设计框架，以蒙皮外表面平均温度最优为目标，对防冰单元宽度、双蒙皮通道高度及通道内部宽度等结构设计参数进行优化。优化后微引射热气防冰系统蒙皮外表面平均温度较优化前提升3.01 K，溢流水质量流量降低39.00%。结果表明基于热力计算和遗传算法的防冰优化设计框架可以应用于微引射热气防冰系统，并能够取得良好的应用效果。

航空起动/发电机是现代多电第二动力系统的关键核心。首先，对起动/发电机的常用电机类型进行了概述，按起动/发电机是否内置于发动机中进行分类并分别对两大类起动/发电机的发展现状进行简介，讨论了内置式起动/发电机的结构布置方案。其次，综合分析了高效散热技术、轻质高效电机技术、强容错电机技术、高温电机技术、高性能变流技术这五项起动/发电机关键技术。然后展望了起动/发电机结构集成化、设计协同化、任务多样化的发展趋势。最后指出，各主要类型发电机在起动/发电机应用中均有不可替代的地位，起动/发电机的内置化仍需要在强散热、高功率密度、强容错以及耐高温等自身重要技术指标上取得突破。

为探究提升航空发动机滑油系统润滑效果、实现多点位按需精确润滑的设计方法，提出了一种带挡油坝的轴向环下润滑结构，对其内部的油气两相流动过程和滑油流量分配特性开展了数值研究，在验证数值方法准确性的基础上，分析了供油流量、转速、供油温度和挡油坝周向夹角对花键和轴承的润滑流量及其分配比的影响规律，并揭示了影响因素的作用机制。结果表明：滑油在旋转离心作用下形成具有显著分相流动特征的连续油膜，经挡油坝分隔后输送至轴承和花键。在不同工况下，花键和轴承的流量分配比与挡油坝周向夹角比的相对偏差在6%以内，表现出良好的一致性。挡油坝周向夹角比越大，在初始阶段更多的滑油会滞留在收油腔内，导致出口流量减小；在稳定阶段出口流量比随挡油坝周向夹角比呈近似等比例线性变化，偏差最大为4.72%。相关研究验证了在不同工况下通过调节挡油坝周向夹角来控制流量分配关系的有效性，较好地实现了同时对轴承和花键按需精确润滑的要求。

为探究航空发动机涡轮导向叶片内部颗粒沉积动力学特性及沉积形貌对传热特性的影响，针对压力面为单层气膜孔壁、吸力面为冲击-气膜孔溢流组合冷却结构进行数值仿真。叶栅主流入口总压为3.09 MPa，出口静压为1.52 MPa，主流入口总温为1800 K，冷气入口温度为800 K，压力范围设定3.11～3.58 MPa。基于修正后的临界速度沉积模型，采用欧拉-拉格朗日方法预测颗粒在叶片内部迁移轨迹。结合动网格技术动态重构了沉积界面，定量分析了不同沉积阶段靶面沉积形貌特征及对应位置传热系数变化规律。研究表明：沉积层的形成是一个动态演化过程且呈现阶段性变化规律。随着吞砂量的持续增加，丘顶处的传热系数呈现局部最大值，较沉积前最大增幅达97.1%；部分相邻沉积丘之间“鞍部”位置传热系数呈现先减小后增大的变化趋势，较沉积前传热系数最大降幅达55.6%，当“鞍部”逐渐被新沉积的颗粒物填平时，该位置传热系数逐渐增大，但仍小于沉积前该位置的传热系数。

针对涡轮盘榫结构愈发严峻的冷却需求，采用SATES（self-adaptive turbulence eddy simulation）模型开展了涡轮盘榫槽与叶片榫头装配时产生的“S”型间隙流动通道的数值仿真研究，对比分析了其与常规矩形管通道在相同工况下的流动特性差异。研究了“S”型通道在瞬态条件下壁面平均努塞尔数随入口雷诺数和旋转雷诺数 的变化规律。结果表明：“S”型通道复杂的流动结构导致其相比于矩形管通道具有更强的换热能力。在旋转状态下，“S”型通道两侧壁面换热系数展现出了明显的非对称性。相比于矩形管两侧的对称分布，“S”型通道右侧壁面的换热能力显著高于左侧壁面。两种通道内壁面平均努塞尔数均随着主流雷诺数和旋转雷诺数的增加而增大。

面对航空推进系统测试装置高空环境模拟中强流量冲击、显著非线性、未建模动态及复杂试验场景带来的控制难题, 亟需在ADRC强抗扰、弱模型依赖优势基础上，进一步突破固定参数和经验试凑调参对控制性能的制约。为此，提出了一种基于时间尺度与空间尺度变换的参数整定方法来实现高效的ADRC参数整定。具体地，通过建立系统的时间/空间尺度与ADRC三大核心模块跟踪微分器（TD）、扩张状态观测器（ESO）以及非线性状态误差反馈控制律（NLSEF）的控制参数映射关系，构建完整的ADRC参数整定规则，并分别对各模块进行仿真验证与性能分析。试验结果表明，所提方法显著简化了ADRC参数整定过程并提高了参数获取准确性。相较于基于带宽法的线性ESO-ADRC，在所提参数整定算法下，线性ESO-ADRC的稳态阶段平均绝对误差由0.35降至0.17，过渡态最大压力波动由0.42 kPa降至0.22 kPa，最大压力恢复时间由6.5 s缩短至4.0 s；进一步地，非线性NESO-ADRC的上述指标分别优化至0.12、0.13 kPa和2.7 s，表明所提方法能够有效提升压力控制性能，从而保障航空发动机飞行试验的可靠性。

针对数值仿真计算量大、难以直接用于在线运维的局限性，为了满足燃气轮机透平动叶片的在线运维需求，发展了一种面向低周疲劳寿命预测的降阶建模方法，以提高寿命预测的效率和准确性。基于一定工况下透平叶片的流-热-固耦合数值仿真多物理场结果，采用本征正交分解技术，结合数据驱动的回归拟合方法构建降阶模型，实现了温度、应力和应变场的快速精准预测。在此基础上，引入 Manson-Coffin和Smith-Watson-Topper方法，对叶片的低周疲劳寿命进行高效评估。结果表明：所构建的降阶模型平均相对误差在温度场为0.11%，应力场为1.01%，应变场为0.75%。在预测速度上，温度场、应力场和应变场分别耗时为0.005、0.03 s和0.31 s。低周疲劳寿命预测的平均相对误差小于3.5%，为燃气轮机透平动叶片的在线运维监测和寿命评估提供重要的理论和方法支撑。

对于广泛采用涡扇发动机的现代军用飞机，红外探测技术对飞行器的生存力构成严重的威胁。针对现代战机的高隐身性能要求，聚焦于多通道的涡扇发动机喷管，采用实验与数值模拟相结合的方法，系统探究气动突片技术的应用及其掺混性能。利用主动流动控制方法，强化多通道喷管射流的掺混，从而有效降低射流温度并抑制红外辐射，满足战机隐身性能需求。对气动突片强化掺混实验模型开展风洞实验，对比实验结果与数值模拟结果；通过实验验证的数值模拟结果表明：气动突片能够使喷管热混合效率从无突片时的约0.17提升至0.3以上，喷管下游的高温射流核心区面积减小了30%以上，且掺混几乎不引起总压和推力损失，具有良好的强化掺混效果。

为解决高超声速内收缩进气道低马赫数自起动困难及隔离段内涡流区显著的问题，提出了一种基于几何结构与流动控制的协同设计方法。该方法将“侧板分割-前掠-外移”的几何重构与受控侧向溢流策略相结合，显著降低了进气道有效内收缩比，并实现了对分离流和附面层的协同抑制与排除。三维数值计算结果表明：与常规唇口后切方案相比，新型进气道宽马赫数范围内的性能显著提升：自起动马赫数由3.9降至3.2，起动马赫数由3.3降至3.1；在来流马赫数为4.0和6.0工况下，实际捕获流量分别提高9.74%和6.54%，出口总压恢复系数分别提高9.91%和4.45%。此外，出口畸变指数显著降低（≥13%），并且在来流马赫数为4.0时出口截面的涡流区基本消失。

为了准确预测刷式密封泄漏特性，将刷丝束区域等效为多孔介质，构建了考虑迟滞效应的刷式密封动态泄漏特性计算模型，明确了模型中黏性损失系数、惯性损失系数、孔隙率等关键参数的计算方法，并通过超高速刷式密封试验平台对模型的准确性进行了验证。采用所建计算方法研究了升降速过程中的泄漏差异产生原因以及工况、结构参数对刷式密封迟滞特性和泄漏特性的影响规律。研究结果表明：考虑迟滞效应的泄漏特性数值计算结果与试验结果吻合良好，最大误差为8.6%；工况参数中，进气压力升高会使泄漏量增大并显著强化迟滞效应；结构参数中，增大刷丝直径可减弱迟滞效应但会导致泄漏量上升，而减小刷丝高度、刷丝排列角度则会同时削弱迟滞效应并降低泄漏量。本文研究成果为刷式密封泄漏特性精确预测和性能提高提供了方法和理论基础。

针对深空探测任务中具备多个工作模式的LIPS-300S离子推力器，构建从可靠性建模、实验设计到模型更新验证的确信可靠性建模与验证框架。基于确信可靠性理论，针对溅射刻蚀导致的加速栅电子反流失效，建立多模式离子推力器的可靠性模型。以准确验证退化规律为目标，提出离子推力器的实验设计方法。根据实验的控制与观测能力，对学科交叉方程进行等价性更新，避免难以验证的精细物理推导带来的模型偏差。另外，引入线性修正因子对退化方程进行校准，修正仿真模拟与实际之间的偏差。通过LIPS-300S离子推力器12 000 h的可靠性实验数据，验证所提方法的有效性。结果表明，更新校准后的性能模型能够准确表征不同工作模式下加速栅中心孔径与电子反流极限电压的关系，其中80%的预测偏差小于5%，而校准后的退化模型对加速栅中心孔径刻蚀的最大预测偏差不超过0.5%，支撑了多工作模式下可信的离子推力器可靠性评估，同时相比传统试验方法将验证可靠性所需的实验时间缩短了3倍。

为深入研究液液同轴离心式双喷嘴的雾化场，构建了基于VOF-to-DPM的跨尺度计算框架，并结合冷流实验开展验证与对比分析。经验证，该仿真模型所获得喷雾锥角误差控制在0.85%，SMD误差控制在20%以内，均在可接受范围内。研究发现对于液液同轴离心式喷嘴，内、外喷嘴流量增大，喷雾锥角缓慢增大，交汇区与非交汇区的粒径同步减小。喷嘴轴距离对双喷嘴雾化特性的影响。通过布置不同距离的喷嘴进行仿真研究，结果说明喷雾轴距增大的同时，喷雾锥角会逐渐增大。而液滴的索特尔平均直径的变化规律与液膜碰撞状态相关：碰撞点位于连续稳定的液膜处时，轴距增大会使平均粒径减小；碰撞点处于破碎过程中的不稳定液膜处时，粒径变化趋势相反。

综合考虑航空发动机轮盘工作状态下几何、材料等混合不确定性因素，建立低周疲劳概率寿命模型，对比分析多种不确定性模型，建立几何不确定性概率表征模型，采用深度神经网络代理模型与拟蒙特卡洛模拟结合算法，构建一种区间拟蒙特卡洛抽样方法用于考虑几何、材料混合不确定性的可靠性分析方法，实现疲劳寿命概率预测及可靠性分析，计算得到寿命可靠度的上下界，99.87%可靠度下寿命下界为1.61×10⁴次循环，寿命上界为2.53×10⁴次循环，为涡轮盘高可靠性设计提供方法支撑。

面向高推质比航空发动机设计要求，以某航空发动机单辐板涡轮盘为基准，采用ANSY Fluent数值计算温度场和ABAQUS计算应力场，对比分析了单辐板涡轮盘和双辐板涡轮盘周向应力、径向应力和Von-Mises等效应力分布特点；重点研究了双辐板涡轮盘辐板倾角（θ）变化（8°≤θ≤ 12°）对双辐板涡轮盘应力水平影响规律。结果表明：与基准单辐板涡轮盘相比，双辐板涡轮盘结构减重效果明显，θ=8°，9°，10°，11°和θ=12°双辐板涡轮盘质量分别降低22.78%、23.23%、23.42%、23.2%以及23.16%。双辐板双传力路径结构特征使得双辐板涡轮盘的载荷和应力分布更加均匀，θ=12°双辐板涡轮盘应力水平在所研究倾角范围内最优，其最大周向应力、最大Von-Mises等效应力、关键点最大平均周向应力和关键点最大Von-Mises等效应力分别比θ=8°双辐板涡轮盘降低了15.66%、16.03%、15.65%和17.09%。未来进行双辐板涡轮盘结构设计时，应该将辐板倾角θ作为关键因素。

无源流体推力矢量技术无须二次流控制气源、结构简单且隐身性好，已成为飞行器矢量控制领域的前沿研究热点。基于无源流体推力矢量技术设计了一种周向均布6个被动二次流通道的超声速轴对称气动推力矢量喷管，通过控制被动二次流通道的启闭组合，构建了两种射流偏转控制策略。采用纹影流动显示技术与空气桥测力技术，研究了喷管在落压比为3.5～5.0范围内的射流偏转控制特性与推力矢量性能。研究结果表明：喷管成功实现了全周向12个方向的推力矢量控制，在主控与次控方向上的最大推力矢量角均可达9.8°，主控方向线性度最高为89.58%，次控方向线性度最高为97.28%，喷管推力矢量效率最高可达13.45°/%。相关结果为无源流体推力矢量技术在导弹、火箭等需要多轴控制力矩平台的进一步工程应用提供实验依据与设计参考。

为了研究同轴式喉栓变推力发动机的喉栓在流场中的受力情况，通过数值仿真，研究了不同型面喉栓在多种典型工况下的受力特性。计算结果表明：在起飞级工况下，喉栓所承受的最大载荷与发动机推力相当，且不同型面喉栓之间的受力差异并不显著；在续航级的巡航和末尾加速阶段，凹型面受力分别为凸型面的63%和51%，锥型面的受力介于两者之间。当主动调节喉栓位置时，随着燃烧室压力的升高，喉栓的受力呈现明显的线性增长特征。当燃烧室压力出现波动时，喉栓受力也会随压力变化而呈线性变化。通过本文提出的尾部凹槽设计方法优化凸型面喉栓外形后，最大载荷可降低95%。

针对来流马赫数为6条件下的RBCC发动机释热特性开展数值模拟研究，结合对数化处理与滤波函数等手段，对比分析了喷注位置对流动特征、释热分布、燃烧模式及发动机性能的影响。研究表明，喷注位置前移会使激波串起点向上游移动，流道高压区分布随之扩大，整体压力水平显著提高；同时，可增大燃烧反应区体积，提高总释热量，并使集中释热区向上游移动；此外，喷注前移通过减小释热对应的流道面积来提高释热峰值，但燃料支板诱导的激波因其减速增压效应对局部释热增强更为显著。研究还发现，各喷注位置工况均以扩散燃烧与亚声速燃烧模式占优，而隔离段凹腔上游喷注可提高预混燃烧比例，中心支板侧壁喷注更有利于提高超声速燃烧比例。在研究范围内，前移喷注可有效提升燃烧效率、推力及比冲，于隔离段凹腔上游进行喷注可获得最优发动机性能。

涡轮叶片在成形过程中易产生型面偏差，若气膜孔仍依据理想设计叶型进行加工，将导致孔位相对实际型面漂移并削弱气膜冷却性能。提出一种基于实测型面偏差的气膜孔位置自适应优化方法。在点云测量与逆向建模基础上获得包含真实型面偏差的叶片模型，构建刚体变换求解的孔位自适应优化，建立考虑型面偏差的优化叶片，并建立共轭传热数值模型和冷效试验方案，对设计叶片、按设计孔位加工的逆向叶片以及优化叶片在多工况下的冷却性能进行对比。典型工况下，A2叶片中截面20个测点的计算与试验结果表明，最大温差为33.9 K，温度平均偏差约为1.95%，模型具有较好可靠性；相对于仅考虑型面偏差而未调整孔位的叶片，自适应优化叶片在叶盆两排气膜孔附近4个敏感测点的仿真结果中平均温降分别为9.82、7.72、2.61 K 和 2.82 K，中截面平均冷却效率提高约1.3%，在低温高流量冷气工况下优势更为明显。研究结果表明，气膜孔自适应优化方法能够减弱孔位漂移对气膜覆盖和局部温度峰值的不利影响，为涡轮叶片在制造偏差条件下的冷却结构优化设计提供技术支撑。

针对航空电动化对推进电机性能提升的迫切需求，为明确电机热管理技术的创新方向，系统梳理损耗抑制、被动冷却及主动冷却等相关技术，结合航空应用场景分析其技术特点与应用效果。研究表明：损耗抑制的核心在于材料选型、结构设计与制造工艺的协同优化；被动冷却技术通过强化电机内部导热路径，可显著降低电机内部的温度梯度；主动冷却技术呈现功率等级差异化特征，中低功率电机适配轻量化风冷系统，中高功率至兆瓦级电机则需采用高换热效率的冷却架构。最后指出，新型软磁材料与精密制造深度融合等损耗抑制技术、微通道与三周期极小曲面结构冷却技术以及氢能源超导电机等热管理技术，是未来高功率密度航空推进永磁电机热管理领域的重要发展方向。

通过建立航空发动机风扇叶片鸟撞过程的数学模型，提出了一种量化风扇叶片鸟撞损伤的分析方法。基于鸟撞过程的动能和叶片抗鸟撞关键结构参数，定义了鸟撞等效应力反映风扇叶片鸟撞损伤程度和叶片抗鸟撞能力。对发动机真实风扇叶片在不同工况下的鸟撞损伤进行了系统分析，明确了不同发动机状态下风扇叶片鸟撞的最危险工况。研究表明：风扇转速、飞机飞行速度、撞击位置以及叶片前缘角和前缘厚度共同影响风扇叶片的鸟撞损伤；不同工况下的最危险撞击位置可能不同，鸟体质量的改变不会影响最危险撞击位置。鸟撞等效应力可快速分析风扇叶片抗鸟撞能力并确定最危险工况，为设计优化阶段的评估和试验考核方案的选取提供高效分析手段。

在缩尺风扇试验台上完成了大涵道比短舱进气道声衬降噪试验，发现部分频率下声衬的降噪量在转速升高时发生突降的现象，并对该现象进行了分析，从而进一步提出了后续声衬的设计优化方向。试验结果表明，被试声衬在2倍叶片通过频率（BPF）降噪量在转速由88%升至91%时发生显著下降。通过模态分解发现2倍BPF对应的主模态在更高转速下散射出了附近周向占优模态。针对周向占优35、36、37阶模态，计算了声衬在不同频率各周向占优模态的降噪量，获取了模态降噪量随频率变化，结果表明在更高频率时35、36阶周向模态降噪量快速降低，这就意味着由转速变化导致的2倍BPF频率逐渐偏离36阶单占优模态下的最优设计频率，从而导致声衬降噪量降低。综上提出了声衬在设计初期除关注设计目标工况外，还应针对发动机包线范围综合考虑，更大转速范围内的声衬降噪的鲁棒性。

航空输流管路系统在多卡箍支撑条件下通常承受多点非一致基础激励，传统的均匀加载模型可能难以准确描述实际的载荷环境。为此，以典型空间输流管路为研究对象，基于传递矩阵法（TMM）开展了多点基础激励下的管路系统动力学建模与振动分析研究。通过引入卡箍约束及空间坐标转换矩阵，将考虑流固耦合（FSI）效应的14方程模型拓展到了多支撑空间输流管路系统；进一步，提出了一种在每一卡箍约束处独立施加基础激励的方法，通过将激励嵌入传递矩阵的链式求解过程，实现了多点基础激励的引入。最后，通过搭建实验系统并结合有限元仿真对创建的模型进行了验证，该模型对前6阶固有频率及第1阶共振响应幅值的预测误差分别在5.30%和7.69%以内，从而证明了建模方法的合理性。在此基础上分析了液压参数和卡箍约束位置对管路系统的影响，结果表明：流体压力主导系统基频下降，且卡箍靠近弯管布置会提升系统刚度从而改变管路系统振动特性。相关结果可为管路系统的减振设计与布局优化提供理论依据。

随着航空业的快速发展，使用传统航空煤油引发的环境问题日益严峻，发展航空替代燃料已成为应对全球气候变化、减少温室气体排放、保障能源安全，并推动航空业可持续发展的战略选择。综述了可持续航空燃料（SAF）、氨燃料和氢燃料3种具有较高应用前景的航空替代燃料，系统梳理了燃料的基本物化特性、制备路径与减排效益。针对SAF在商业航班中已实现50%掺混比的应用现状、氨燃料面临的燃烧组织困难，以及氢燃料受储运技术制约的现实，综合分析了三种燃料在经济性、技术成熟度、基础设施适配性及供应链构建等方面的现实制约。提出航空动力的发展重点：优先推进SAF与现有航空装备的融合应用，强化氢、氨燃料在燃烧性能与储运安全方面的技术攻关，稳步拓展其在商业航班中的规模化应用。建议加强政策引导，深化跨行业协同创新，推动燃料与动力技术融合演进，逐步构建覆盖原料获取、制备转化、储运支撑与终端应用的绿色航空能源体系，实现航空业低碳、高质量发展。

为提高航空发动机带凸肩风扇叶片的抗鸟撞能力，开展带凸肩风扇叶片的改进设计方法研究。通过开展旋转状态下风扇叶片鸟撞仿真与试验对比，验证了鸟撞仿真方法的精度。通过开展不同位置鸟撞损伤研究和叶片抗鸟撞能力对不同结构参数的敏感性研究，明确了叶片抗鸟撞能力的薄弱部位和影响叶片抗鸟撞能力的关键结构参数，并提出叶片改进方案。结果表明，带凸肩风扇叶片抗鸟撞能力的薄弱部位为57%～88%叶高范围的叶片前缘；影响叶片抗鸟撞能力的关键结构参数为叶片前缘小圆厚度和前缘叶型厚度，通过增加该结构参数的厚度可以有效提高叶片的抗鸟撞能力；建立的抗鸟撞能力改进设计方案可应用于工程设计。

快速短距触发爆轰波是在不同相态燃料中实现高效起爆的关键，详细综述了不同起爆方式和不同相态燃料起爆性能的最新研究进展，并分析了爆轰管、激波聚焦、激光起爆和间接起爆等起爆方式的优点与局限性，以及在不同燃料体系中，气态燃料活性高易起爆，液态燃料能量密度高但起爆困难。目前，爆轰波研究实验和数值模拟方面成果显著，但仍面临火焰控制难、结构设计待优化、工况适应性不足等挑战。未来应深入探究多物理场耦合机制，开发新型障碍物，优化点火，拓展其在新型动力系统中的应用。

针对航空发动机中热载荷对组合支承转子动力学特性的影响展开研究。建立了考虑温度影响的组合支承系统模型，推导了弹性环和鼠笼弹支的刚度、阻尼随温度变化的公式。通过有限元方法构建了动力涡轮转子三维模型，结合温度场分布分析了其热变形与热应力。在此基础上，提出了组合支承-转子双向耦合模型，结合该模型和转子三维有限元模型进一步分析了热载荷下转子动力学特性的变化规律。研究结果表明，热载荷将导致临界转速小幅下降，但振动幅值只在临界转速附近变化显著。在上述研究基础上，最后搭建了转子试验台验证了理论分析的正确性。

针对发动机研制中出现的转子与壳体周向等间距碰摩故障，介绍了圆柱壳体振动的基本理论，剖析了转子与圆柱壳体周向等间距碰摩的形式和原因，揭示了转子与圆柱壳体周向等间距碰摩的机理，提出了转子与圆柱壳体周向等间距碰摩的条件，建立了周向等间距碰摩的通用识别方法，利用发动机中的转子与密封座周向等间距碰摩故障实例对识别方法进行了验证。研究表明：转子与圆柱壳体的周向等间距碰摩通常为两种独立激励源所激励的两种振动相互作用的结果；流体会激起圆柱壳体的节径型共振，转子振动频率和幅值满足一定条件时，转子与圆柱壳体会发生周向等间距碰摩，碰摩的点数取决于壳体振动的节径数以及转子转速与壳体对应节径共振频率的比值。发动机转子与密封座周向等间距碰摩的故障实例证明了周向等间距碰摩通用识别方法是可行、有效的，可为碰摩故障诊断和壳体动力学设计提供指导。

为深入揭示气固两相工况下压气机叶尖间隙泄漏涡结构的动态演化规律及其性能影响机制，基于分离涡模拟（DES）与离散相模型（DPM），利用 Fluent 软件对 Rotor37 跨声速压气机开展了单相和气固两相工况下的数值模拟研究。采用 Omega 涡识别准则对叶尖间隙泄漏涡结构进行识别，采用熵产率作为压气机流动损失表征参数。研究结果表明：相较于单相工况，气固两相工况下压气机叶片 90% 叶高截面流道内超声速区域显著收窄，激波位置提前，且激波前缘出现减速过渡区；通过 Omega 准则对两种工况下叶尖泄漏涡结构的识别，发现颗粒相显著促进了涡旋结构的脱落与重组；通过观察压气机叶片上各位置熵产率变化，显示颗粒相的存在显著增大了压气机流动损失，并且降低了压气机的增压能力和等熵效率。

为克服传统雷诺方程法在模型精度与普适性上的不足，提出了一种基于流体力学基本方程组的半解析方法，用于精确计算箔片气体动压轴承的刚度阻尼系数。首先建立气膜与箔片之间的流固耦合模型，然后不断改变偏心率以找到轴颈在确定转速下的静平衡位置，再取一次偏心扰动进行稳态计算得到四个刚度系数，最后对轴颈施加两次简谐振动通过瞬态计算获得4个阻尼系数。结果表明：随着转速增大，轴颈静平衡位置逐渐靠近轴承中心，主刚度系数逐渐下降，交叉刚度系数逐渐上升，4个阻尼系数皆逐渐下降。计算得到的刚度阻尼系数可用于后续转子动力学计算。搭建实验平台测试了箔片轴承的刚度系数，实验结果验证了所提计算方法的正确性。

为实现低压涡轮在低雷诺数环境下稳定工作，采用数值仿真和试验方法，从雷诺数、载荷系数、来流约化频率和湍流度影响因素方面，分析了低压涡轮叶栅的工作特性，并开展适应低雷诺数工作环境的优化设计。结果表明：随着雷诺数降低，约化频率的影响增加；雷诺数在1.0×10⁴时，约化频率由1.03增加到3.09，效率降低0.9%，损失增加6.0%。优化后的叶栅方案降低了叶片吸力面喉部后逆压梯度，有效抑制了低雷诺数环境下的分离流动，使涡轮叶栅性能大幅提高。低雷诺数环境下，优化后叶栅吸力面无气流分离，压力和能量损失减小30%～40%；高雷诺数环境下无改善；来流攻角在−20°～10°范围内压力和能量损失增加5%～25%，但在−10°～0°时损失相当。

由于叶冠接触面的复杂非线性和多模态阻尼特性分析的巨大计算量，导致传统方法难以全面、高效、准确的求解，因而提出改进鲸鱼优化算法-极限学习机（IWOA-ELM）多模态阻尼特性预测模型，在极短的训练时间与较少的输入数据条件下，实现快速、准确预测输入和输出比例为数量级比例的多模态阻尼特性。通过能量法和有限元模态分析构建轻量训练集。提出带历史记忆机制的分组协同策略与Sobol反向初始化改进WOA得到IWOA，通过CEC2017试验验证IWOA具备卓越的全局性能。通过IWOA优化ELM权值和阈值，实现模型极低输入-极高输出的强大网络性能。采用带冠叶盘结构验证，输入一阶弯曲模态5个振动应力下对应的5个阻尼比，预测振动应力范围为0～100 MPa的前20阶模态的完整阻尼特性曲线（共2000个阻尼比）。结果显示：IWOA-ELM模型的均方误差为3.74×10⁻⁶，相对于ELM模型降低了87%。说明IWOA-ELM具备极高的预测精度。预测时间仅需0.51 s，将计算效率提高近2000倍，可以实现对数据量巨大的叶冠多模态阻尼特性的快速求解。IWOA-ELM阻尼预测模型使得快速而充分地考虑多个模态的减振特性具备可行性，能够最大程度的降低共振风险，具有工程实用前景。

以经典跨声速涡轮叶片为研究对象，采用数值模拟方法研究了5种叶尖间隙高度（0.23、0.46、0.69、0.92 mm和1.38 mm）对涡轮动叶叶尖及附近区域流动换热特性及气动性能的影响规律。研究结果表明：随着叶尖间隙增大，叶尖超声速区域范围向前缘扩展，流动分离点后移，激波与膨胀波干涉效应增强，流场复杂性加剧。1.38 mm间隙高度下面平均努塞尔数（Nu）较0.23 mm间隙增大了9.9%。叶尖泄漏涡和马蹄涡的强度与尺度均随间隙增大而增强，相互作用加剧；然而，面平均总压损失系数随间隙增大呈下降趋势，1.38 mm间隙下的损失较0.23 mm间隙降低了1.993%，表明小间隙下泄漏流的强约束与掺混集中是导致较高气动损失的主要原因。此外，绝对泄漏量随间隙增大显著增加，但单位间隙高度下的泄漏率随之减小。

基于燃气-蒸汽弹射系统1∶3缩比模型，采用数值模拟方法系统分析了发射筒内流场特性、二次燃烧现象及其抑制机理。结果表明：二次燃烧主要发生在发射筒内涡旋区与滞止区；低水雾燃气比条件下二次燃烧易发生；随着水雾量增加，蒸发吸热与自由基稀释作用增强，可有效延缓甚至抑制二次燃烧，但过高水雾量会导致系统温度下降并削弱做功能力。为兼顾抑制效果与发射性能，进一步研究了低水雾燃气比下含钾抑制剂的作用。结果显示：抑制剂引入后筒内平均OH质量分数降低约3个数量级，显著削弱了自由基活性，即使在低用量下亦能有效抑制二次燃烧。研究结果为燃气-蒸汽弹射系统的安全设计与工程应用提供了参考。

由于工质的特殊性及极端的航空条件，溶解性气体是燃油空化中不可忽略的一个重要因素。为揭示溶解性气体对空化过程的独立作用机制，本研究以常温水为工作介质，对二维Clark Y-11.7%水翼的空化流动特性进行研究，重点关注液体水中溶解氧对流扩散作用及溶解/析出过程，深入探究溶解性气体对基础水翼空化的影响机制。在Schnerr-Sauer空化模型框架下，耦合溶解性气体对流扩散作用及溶解/析出过程，从而构建SS-DG空化模型，并以该空化模型对水翼空化进行数值仿真，结合实验结果，详细分析两种攻角（8°和20°）、3种不同浓度溶解氧条件下溶解性气体对水翼空化形态及水动力学特性的影响。结果表明：液体中不同浓度溶解氧会改变水翼前缘附近空泡形态；两种攻角下，不同浓度溶解氧对水翼升阻力系数的平均值影响较小，但会改变其非稳态特性；此外，由于大尺度流动分离现象出现，20°攻角水翼空化区内溶解氧浓度时均值显著高于相同工况下8°攻角下的溶解氧浓度。

为研究近真实工况下先进航空发动机中心分级燃烧室内部流动反应组分场特性，在进口压力为0.5 MPa、进口温度为600 K的条件下对中心分级旋流液雾火焰开展同步的OH与Fuel（煤油PAH荧光）平面激光诱导荧光（planar laser-induced fluorescence, PLIF）测量。为应对加温加压液雾火焰测试的困难与挑战，本文在试验流程、光路设计、图像采集与处理等多个环节进行了优化。OH/Fuel PLIF同步测量结果表明：中心分级旋流液雾火焰存在4种典型的火焰结构；在进口温度、压力及总燃油供给量保持不变的条件下，随着燃油分级比的降低，主预燃级火焰耦合减弱，出现多种火焰结构的变化，其中预燃级对火焰稳定起到关键作用。

为评估梁式管接头作为航空输氢管路连接件的可行性，开展输氢管路梁式管接头自密封性分析。建立了包含粗糙密封表面形貌特征的梁式管接头多尺度有限元模型，基于该模型对不同工况环境下密封区域的实际接触面积和接触压力进行仿真计算，研究了梁式管接头的自密封性随预紧力、密封介质温度和介质压力的变化规律。研究结果表明：梁式管接头的自密封性主要体现在第一道密封上，轴向预紧力和密封介质压力的增加能够强化自密封效果，提升第一道密封的密封性能；流体介质温度对自密封性的影响并不显著，在所考察的温度范围内第一道密封和第二道密封的密封性能均无显著变化，研究结果说明了梁式管接头在宽温域环境下的密封性能稳定性和对高压力环境的适应性。

基于非均匀有理B样条（NURBS）曲线，提出了一种螺栓孔设计优化方法，采用极点式双段NURBS曲线构建螺栓孔三维模型，以降低螺栓孔最大当量应力为优化目标，以极点坐标为设计优化变量，约束挡板最大径向位移、螺栓孔最大周向应力和螺栓压紧面积，建立了螺栓孔优化数学模型，采用强化学习差分进化（QLDE）算法开展优化，获得了螺栓孔的一种优化结构，计算表明：优化后的螺栓孔最大当量应力降低了19.0%，最大周向应力降低了12.7%，挡板最大径向位移减小了0.3%，螺栓压紧面积增大了0.5%，挡板低循环疲劳寿命提高了122%。试验验证了设计优化方法的有效性，低循环疲劳试验寿命显著提高，解决了挡板螺栓孔因低循环疲劳试验寿命低导致过早出现裂纹的失效问题。

从飞机任务剖面和机动载荷包线出发，根据飞机运动状态，建立飞机机动载荷与发动机机动载荷的变换关系，实现了利用整机有限元模型对机动飞行时叶尖间隙的定量预测，进一步计算分析了发动机各级叶尖间隙变化量沿轴向和周向的分布特点，识别出了发动机的危险截面。研究结果表明：在典型机动飞行状态点，高压涡轮和低压涡轮叶尖位置处的间隙变化最明显，分别为0.22 mm与0.20 mm，仍远小于热载荷和离心载荷作用下的间隙变化。叶尖径向间隙变化与线加速度和陀螺力矩呈线性关系，与附加离心载荷呈二次函数关系；相较于对转双转子系统，陀螺力矩对同转双转子系统各级叶尖间隙的影响更小。

为了探究总压进气畸变对对转风扇性能及稳定性的影响，针对均匀来流以及插板后总压畸变来流条件下的两级对转升力风扇的气动性能和流场特征进行了数值仿真，采用了定常与非定常计算结合的方式，对比分析并探究了总压畸变来流下该对转风扇的失稳机制。结果表明：畸变来流条件下风扇内部流动具备更强的非定常性，导致定常和非定常计算得到的特性线存在流量上的偏移和变化，因此畸变来流条件下的风扇失稳工况应当以非定常计算得到的结果为准。相较于均匀来流条件，畸变来流使得风扇的失速边界流量由175.82 kg/s下降至162.69 kg/s，降低7.47%，失速裕度下降9.07%。对转风扇能够稳定工作的工况范围大幅减小，同时对失速扰动的抑制能力有所下降。在失稳发生前，插板后总压畸变在向下游传播过程中，畸变区在周向的影响范围基本不发生变化。与均匀来流条件一致，插板后总压畸变来流下的风扇失稳将首先发生在第2级转子R2的叶尖区域，并在堵塞R2通道后向上游传播并影响第1级转子R1的叶尖区域，形成全局失稳。

为了量化定容燃烧弹（CVCC）内三维（3D）湍流场特性与二维（2D）观测结果之间的差异，采用基于滑移网格的大涡模拟（LES）方法，对不同初始压强与风扇转速组合条件下的三维瞬态流场进行数值模拟，分析火焰发展区域的速度分布、湍流强度、湍流积分尺度、流场均匀性及各向同性等关键参数，并与实验数据对比验证。研究目的在于通过定量比较二维与三维湍流流场的特征差异，揭示其差异的形成机理，为提升定容燃烧弹内湍流场调控及燃烧稳定性优化提供理论支撑。研究结果表明：与实验监测面相比，与其正交的两个监测面的湍流强度拟合公式系数的最大相对误差达到17%，湍流尺度拟合公式系数的最大相对误差达到5%，经线尺度与纬线尺度比值与其理论各向同性湍流中的2倍相差较远，表明其各向同性相比实验监测面更差。这一显著差异证实了传统基于二维投影的火焰面观测方法会引入不可忽略的测量误差，凸显了三维流场分析在燃烧诊断中的重要性。

借鉴蜻蜓翅翼褶皱结构调控气流的仿生设计理念，提出一种沿流向阵列布置的非光滑表面结构，并将其应用于高负荷扩压叶栅。采用经实验验证的数值模拟方法，系统研究了沟槽位置参数与结构参数对叶栅气动性能的影响规律，并从宏观流场特征与近壁流动机理角度揭示其作用机制。结果表明：当沟槽布置于叶片吸力面75% ～100%轴向弦长范围内并采用合理的结构参数组合时，沟槽腔体内可形成稳定的驻留涡结构。该驻留涡通过与主流之间的周期性交换，在近壁区引入受限幅值的小尺度扰动，提高湍流间歇因子而未诱发高能量的大尺度湍动结构；同时，其对回流动量的局部滞留与重新分配作用，使分离区由高能不稳定状态向较为温和的受控湍化状态转变。由此，近尾缘吸力面分离涡结构得到显著削弱，通道堵塞程度降低，吸力面边界层发展状态得到有效改善。基于2倍设计点损失准则，在可用进气角范围内叶栅总压损失最大减小8.66%，且可用进气角右边界向高攻角方向拓展约 0.7°。

面向航空发动机压气机/风扇内部狭小空间的内窥粒子图像测速（PIV）测量挑战，提出了柔性内窥PIV方法。基于测试环境约束条件，自主研制了适用于狭小空间探测的内窥成像镜头，并将其与光纤传像束及跨帧相机集成，构建了流场内窥采集系统。通过标定实验量化了引入光纤束导致的光学损耗与非均匀性，并提出了逐像素补偿方法以显著提升柔性内窥系统的图像质量。实验验证表明：该柔性内窥PIV系统成功获取了预期的湍流射流速度分布。与传统PIV测量结果对比，其平均相对误差控制在3%以内，验证了系统的准确性。方法有效克服了传统刚性内窥镜在振动环境中视野受限、易产生运动模糊及安装可靠性不足的局限性，为航空发动机内部复杂流场的精细化测量提供了一种技术途径。

实现低含氧量进气条件下旋转爆震的稳定自持是旋转爆震加力燃烧室设计的关键。通过乙烯/空气非预混旋转爆震流场二维数值模拟，研究贫燃条件下进气温度对旋转爆震起爆临界进气含氧量下限的影响。结果表明，随着加力燃烧室进气温度从875 K增至1025 K，旋转爆震稳定传播进气氧气质量分数下限从15%变为14%。在进气含氧量降至接近起爆临界下限时，进气温度升高对燃烧室流场平均释热率影响较小，但高温进气可通过增强流场中的缓燃，实现爆震波在速度亏损超过8%下的自持传播，从而拓宽稳定起爆的边界。此外，进气温度升高还会诱导流场出现复杂多波模态，而进气含氧量降低则促使旋转爆震趋于单波模态传播。进一步分析表明，旋转爆震多波模态显著影响加力燃烧室总压损失和比推力，混合模态则主导燃烧室温升比和燃烧效率变化。进气温度升高会使旋转爆震加力燃烧室各项性能参数降低，但在适当的进气温度和含氧量下，旋转爆震加力燃烧可使燃烧室总压损失减小。

建立高准确性燃气轮机总体性能仿真模型，是获得高保真数据的重要方法之一，因此采用试车数据对总体性能仿真模型参数进行修正以提高仿真精度。以某燃气轮机为研究对象，利用基于部件法的燃气轮机总体性能仿真模型，通过敏感性分析选取合适的部件特性修正系数，然后耦合试车数据设计共同工作方程组，并利用多点优化对部件特性进行修正，最终获得高精度的燃气轮机总体性能仿真模型。基于修正后总体性能仿真模型获得的数据，使用多层感知机（MLP）建立燃气轮机性能预测模型。研究结果表明：与试车数据相比，基于修正后燃气轮机总体性能仿真数据建立的预测模型，对各稳态工况点性能评估的误差均在1%以内，满足工程精度需求，并且比修正后的总体性能仿真模型快74.7%，计算耗时远小于总体性能仿真模型，能够为燃气轮机总体性能实时预测提供技术支撑。

针对涡轮叶片缘板阻尼结构设计中存在的多目标优化机理缺失及迭代建模计算成本高昂的问题，提出了一种基于参数化等效模型的阻尼器质量-几何解耦优化设计方法。建立了叶片-缘板阻尼的等效梁模型，在准确复现其1阶弯曲模态动力学特性与非线性强迫响应的基础上，显著降低了模型自由度与计算成本。在阐明缘板阻尼关键设计参数对减振效果影响规律的基础上，提出了减振幅度、适用激振域宽度与重合度3个无量纲指标，多维度定量表征阻尼器的减振性能。研究揭示了接触倾角主要决定减振性能的“深度”与“适用宽度”，而阻尼器质量则调控其工作域与发动机流场激励的重合度。基于此，提出了先利用帕累托多目标遗传算法优化几何参数，再根据激励信息优化阻尼质量的解耦优化策略。以非对称缘板阻尼器为算例验证表明，优化后阻尼器的相对减振幅度、适用激振域宽度及重合度分别提升了13%、38%和114.6%；在目标工况激励下，叶片的一弯共振响应幅值降低了43.8%。

提出了一种基于宏纤维复合材料（MFC）结合桨根作动器的混合式电控旋翼。为探索这种混合式电控旋翼基于MFC进行周期变距的可行性，首先基于中等变形梁理论，结合MFC压电本构方程，建立了混合式电控旋翼气弹动力学分析模型。并通过与试验结果和CFD计算结果进行对比，初步验证了该模型的正确性。之后基于该分析模型，以MFC模型旋翼为对象，仿真研究了混合式电控旋翼主要控制参数与设计参数对旋翼操纵响应的影响规律。并以±12°的旋翼周期变距范围为设计目标，分析了利用MFC实现混合式电控旋翼周期变距的可行性。仿真结果表明：通过提高MFC驱动电压、增加MFC铺设量、降低桨叶扭转刚度等措施，可有效提高该混合式电控旋翼的弹性扭转操纵量；同时模型桨叶最大可产生约±12°的1 Ω扭转角，达到了周期变距设计目标。

为研究一型高速地效飞行器机体对短舱周围流场的干扰及安装对发动机净推力的影响，对独立短舱构型和安装短舱构型的三维流场进行数值计算，采用推阻分解方法对相关推力、阻力分量进行提取，分析巡航状态下发动机安装造成的推力变化；此外对安装短舱构型，在机体轴线方向取多个发动机安装位置进行数值计算，采用推阻分解方法研究安装位置对推力的影响规律。结果表明：机翼对发动机喷流的吸附、加速使得发动机内推力及内阻分别增加0.4%及1.5%，而机体对短舱外罩表面压力分布的影响导致短舱外阻增加18.24%，是造成安装后净推力减小的主要原因；而安装位置在机体轴向的变化影响发动机的净推力，短舱越接近机翼，喷流受到的吸附、加速越强，内推力增益越明显，同时短舱外罩表面压力分布受机体干扰的影响减弱，短舱外阻降低，短舱与机翼的近耦合有利于净推力的提升，最接近机翼位置较最远离机翼位置净推力增加1.46%。

针对航空齿轮泵流固耦合模拟中，径向缩放齿轮以连通无间隙齿顶及啮合区流场引起的流固域几何失配问题，以及经典径向基函数（RBF）映射算法忽略物理守恒性导致载荷传递失准风险，在源域与目标域间引入力与力矩守恒约束，采用最小范数法修正目标场网格压力，提出一种守恒性增强的先进RBF数据重构算法，并结合网格分析与试验验证开展某型航空齿轮泵流固耦合仿真。测试算例结果表明先进RBF算法消除了总力和力矩偏差，映射平均误差为0.0015%。应用先进守恒RBF加载齿轮泵流场载荷于固体网格节点，静态最大等效应力为31.61 MPa，动态啮合应力峰值为192.18 MPa，流场压力对固体应力和应变的贡献率达到34.38%与29.84%，证明了流固耦合模拟对评估航空齿轮泵实际服役状态的必要性。

为提高航空发动机花键连接转子动力学建模的准确性，研究齿面粗糙度对结构动力学特性的影响机制。建立含粗糙表面的花键单对齿啮合仿真模型，揭示法向与切向啮合刚度随位移载荷的变化规律；提出基于虚拟材料法的花键连接结构动力学建模方法，构建考虑表面形貌的整体有限元模型。结果表明：齿面粗糙度降低可提升接触应力分布的均匀性与接触刚度，高粗糙度则导致接触面积损失并引发齿根滑移损伤；粗糙度通过刚度软化效应降低系统固有频率并增大振动响应，其中一阶固有频率对表面状态最为敏感，具体影响程度分别约为7%与11.8%；扭矩载荷通过改善接触状态可部分抵消粗糙度的负面效应。构建的跨尺度分析框架阐明了微观形貌对局部接触行为与整体动力学响应的影响规律，为花键连接转子性能预测与制造工艺优化提供理论依据。

针对某航空发动机锥齿轮在较宽的工作速域内易发生节径型行波共振破坏及设计优化中发现的振型跳变问题，提出一种基于Campbell图的齿轮危险节径振型识别与宽域避振优化方法，将事后的、人工的、基于经验的传统判断，转变为事前的、自动化的、基于数学特征的优化导向，实现齿轮避振优化中对节径振型的分离与控制。首先，基于模态置信准则区分各转速下各模态固有频率数据，拟合Campbell图并提取图中各阶固有频率直线斜率，根据斜率特征识别各阶次是否为节径振型，基于振型识别结果预测节径型行波共振频率并存储节径信息。然后，基于提出的危险节径振型识别方法，以齿轮质量最小为优化目标，以应力及节径型行波共振频率为约束参数，建立基于危险节径振型识别的齿轮宽域避振优化数学模型，并基于赋大值法和Pointer优化策略构建齿轮避振优化流程。优化后，齿轮在75%～107%的工作速域内成功避免了节径型行波共振，且齿轮质量降低了6.566%，证实了提出的齿轮节径振型识别与避振优化方法在工程应用中的有效性，也为某型航空发动机锥齿轮结构优化提供了重要支撑。

针对高马赫数压缩拐角的降热需求，通过数值模拟研究了来流马赫数为11.63条件下气体发汗对15°压缩拐角流动结构和气动热的影响。计算结果表明：气体发汗会显著增大其作用区域及下游区域的边界层厚度，降低边界层内的速度梯度并增大局部压力。当发汗位置位于流动分离区上游或内部时，在发汗作用下压缩拐角的分离区显著扩大，而当发汗位置位于流动分离区下游时，气体发汗对压缩拐角的流动分离特性几乎无影响。压缩拐角流动结构的变化显著影响了其气动热分布，边界层增厚降低了边界层内的温度梯度，从而降低了其作用区域及下游区域的壁面热流。为实现最优降热效果，发汗冷却应覆盖热流峰值附近的高热区域，同时其作用局限于下游区域，以避免分离区扩大，从而稳定热流峰值位置并有效降低峰值热流。

针对金属增材制造构件中各向异性与孔隙损伤协同演化的力学响应行为，建立了一种耦合各向异性与孔隙演化机制的宏观本构模型。模型融合各向异性屈服准则、非线性混合硬化机制与多孔介质损伤演化理论，系统描述了复杂加载路径下的增材制造高温合金的屈服行为、应变硬化与孔隙演化过程。通过数值模拟与试验数据对比，验证所提模型在单调拉伸、循环加载及各构建方向下均具有良好的预测精度，能够准确反映包辛格效应主导的非对称循环响应特征及孔隙缺陷演化的控制作用。研究结果表明：模型对增材制造高温合金V向与H向试样的单调拉伸响应预测误差与循环载荷下的应力幅值预测偏差均小于5%，同时有效量化了孔隙演化对力学性能的影响，预测得出当孔隙率从0.004%增至0.010%时，材料延性下降约15%。具有良好的工程实用性与推广潜力。

轻质热防护材料是当前飞行器大面积热防护系统的重要材料。通过耦合气动传热及热化学过程建立热响应模型，对比研究了纳米孔树脂基低微烧蚀材料和非烧蚀型陶瓷瓦在两种典型热环境下的防隔热性能，揭示了其能量耗散路径及贡献权重。结果表明：相较于陶瓷瓦，低微烧蚀材料通过热阻塞、热沉、热解气体逸散与热解反应的多机制协同作用，实现了10%～15%的综合能量耗散，展现出其多途径散热的优越性。辐射散热是两类材料共有的核心防隔热机制，其贡献随热载荷的加剧而显著增大。此外，低微烧蚀材料凭借其纳米孔结构赋予的低热导率优势，以及更高的热容和密度，在相同条件下能够更有效地将热量阻滞在上层区域，显著抑制热量向内部传递，从而获得比陶瓷瓦更低的背温。研究证实树脂基材料通过动态调节能量耗散机制的配比与厚度方向的热沉分布，实现了宽域热环境下的高效防隔热性能。