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2021年 第32卷 第23期    刊出日期：2021-12-10
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2021, 32(23):  0. 
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航空航天先进制造技术与装备专辑（电子版）
2021, 32(23):  1. 
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序言
2021, 32(23):  2773. 
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综述
复合材料预制体成形制造工艺与装备研究
单忠德, 刘阳, 范聪泽, 汪俊
2021, 32(23):  2774-2784，2931.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.001
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从制造工艺和装备研制的角度总结了复合材料预制体成形技术发展历程，分析了复合材料预制体成形制造工艺的技术特点，列举了国内外复合材料预制体成形制造典型的工艺与装备现状以及存在的问题及差距，并分析展望了复合材料预制体成形技术的未来发展方向及趋势。发展高性能复合材料构件数字化精确成形制造技术及装备，能更好推动我国复合材料技术进步，并实现更加广泛的推广应用。

涡轮盘榫槽加工技术现状与展望
丁文锋, 李本凯, 傅玉灿, 徐九华
2021, 32(23):  2785-2798.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.002
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针对航空发动机和燃气轮机高端动力装备涡轮盘榫槽，从机械加工（包括拉削、铣削、磨削）和特种加工（包括电火花线切割、电解线切割）两方面分析了加工技术的主要特点；从加工工具设计与应用、加工质量评价及控制等方面系统阐述了榫槽加工技术的发展现状，分析了国内外学者在该领域的重要研究成果，最后展望了榫槽加工技术的发展趋势。
航空航天精密与微细制造技术
面向薄膜沸腾传热的仿生拓扑表面毛细传输研究
杨晓龙, 唐煜, 朱荻
2021, 32(23):  2799-2807.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.003
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为提高表面结构毛细极限，强化毛细供液薄膜沸腾传热性能，通过纳秒脉冲激光加工的熔凝和相爆炸效应在金属钛表面加工出具有微颗粒结构的微沟槽阵列，并采用基于敞式微沟槽流阻模型修正的毛细传输特性系数进行毛细传输能力表征。研究结果表明，纳秒脉冲激光加工的微颗粒结构显著提高了微沟槽超亲液性和工质毛细传输能力；毛细传输特性系数随微沟槽宽度减小而增大，且在沟槽底部加工次级微沟槽可获得仿红瓶子草绒毛的跨尺度超亲液分层微沟槽阵列，形成独特分层毛细传输模式，进一步提高毛细极限。
钛铝金属间化合物电解线切割精整加工试验研究
韩钊, 房晓龙, 朱荻
2021, 32(23):  2808-2816.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.004
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提出了电火花线切割与电解线切割组合加工钛铝金属间化合物TiAl 45XD材料的方法，其中电解线切割精整加工一次“走刀”去除重铸层，二次“走刀”消除可能出现的晶间腐蚀。分别研究了铸造TiAl 45XD机械抛光表面和电火花线切割表面的电化学特性，发现两种表面在水基溶液中均有钝化现象，在乙二醇基溶液中几乎无明显的钝化现象，与在水基溶液中相比，两种表面在乙二醇基溶液中均更易被腐蚀，且电火花线切割表面较机械抛光表面的腐蚀程度更高。分析了进给速度和切深对表面完整性的影响，试验结果表明：一次“走刀”进给速度为25 μm/s、切深为20 μm，二次“走刀”进给速度为60 μm/s、切深为0时，重铸层被去除，无晶间腐蚀，表面粗糙度值减小至1.6 μm，平均进给速度为17.65 μm/s。该试验结果验证了使用电火花线切割粗成形、乙二醇基溶液电解线切割精整加工钛铝金属间化合物是可行的高表面完整性直纹构件加工方法。
激光改性后氮化铝基板的可加工性研究
陈妮, 韦佳伟, 张鑫磊, 李亮, 何宁
2021, 32(23):  2817-2882.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.005
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利用激光改性方法研究了被广泛应用在微电子组件封装中的氮化铝（AlN）陶瓷基板在不同气体环境、激光功率、扫描间隔下的可加工性，通过试验测量了AlN试件表面硬度值和元素含量。试验结果表明：在N2、Ar、O2三种气体环境下，试件表面成分主要为AlN、Al和Al2O3，且显微硬度计测得Ar环境下的熔覆层硬度最低，最有利于后续切削加工。在Ar环境下，随着激光功率的增大和扫描间隔的减小，AlN表面改性后的硬度减小，最小值可达到174.83HV，更易进行切削加工。
高性能轻质材料成形制造技术
铺丝成形复合材料格栅筋条的纤维形态与弯曲性能评价
赵聪, 肖军, 周来水, 安鲁陵
2021, 32(23):  2823-2831.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.006
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为进一步提高复合材料格栅筋条结构承载效率，提出了基于“剪断-续铺”的格栅节点纤维形态调控方法，采用显微观察、有限元仿真、试验验证的手段，研究了不同剪断续铺层含量和分布位置对复合材料格栅节点处纤维形态和格栅筋条弯曲性能的影响。结果表明，复合材料格栅筋条铺丝成形过程中，合理的非连续铺层在提高筋条极限弯曲载荷的同时，还会在其内部引入伪韧性弯曲行为。仿真结果与试验结果误差小于8%，具有良好的一致性。利用建立的有限元模型分析了含非连续铺层的格栅结构失效机理。综合分析非连续铺层对格栅节点纤维形态、格栅结构弯曲载荷承载能力和力学行为的影响，对于常见格栅筋条，其最优的格栅筋条节点非连续层含量为25%且在节点顶部集中分布。
Ti45Nb铆钉脉冲电流辅助压铆成形性能分析
齐振超, 肖叶鑫, 王星星, 陈文亮
2021, 32(23):  2832-2839，2849.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.007
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为改善Ti45Nb铆钉紧固飞机碳纤维增强复合材料（CFRP）结构时的连接性能，拓宽普通铆钉的适用紧固范围，降低铆接成本，提高连接强度，引入了脉冲电流来辅助压铆。设计了电流前处理辅助铆接试验和同步电流处理辅助铆接试验，围绕两种新工艺及其与常规铆接工艺之间的紧固质量与特性展开了对比研究。测试了不同工艺下铆钉截面的典型硬度，对比观测了铆钉不同区域的微观金相与组织成分，分析了电流导致微观组织差异及元素成分区别的原因，最后评估了不同接头的拉伸强度与破坏行为，测试结果验证了电流辅助铆接工艺的有效性与可行性。
高端装备智能制造技术
考虑任务行程时间的多载量自动导引车系统防死锁任务调度
武星, 翟晶晶, 楼佩煌, 胡亚, 肖海宁
2021, 32(23):  2840-2849.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.008
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针对多载量自动导引车（AGV）系统的任务调度和缓冲区死锁问题，提出了考虑任务行程时间的防死锁任务调度方案。以最小化延迟率和交通负荷不均衡度为目标，建立了任务调度模型；分析了任务调度中的实际约束，并在任务行程时间约束下构建了预测模型；针对任务调度模型，提出了一种基于人工免疫-灰狼优化（AI-GWO）算法的多目标防死锁任务调度方法，利用死锁避免规则禁止即将引发工位缓冲区死锁的任务运行，并融合AI-GWO算法对任务执行顺序进行多目标优化；最后，根据AGV负载均衡度进行AGV任务分配。仿真结果表明，上述任务行程时间预测模型具有较高的准确率，任务调度模型及防死锁调度方法具有较好的优化性能和计算效率，从而显著提高了物流系统的任务准时率和路径网络的交通负荷均衡度。
航空发动机外形点云的保特征去噪方法
闫杰琼, 周来水, 胡少乾, 文思扬
2021, 32(23):  2850-2860，2889.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.009
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三维激光扫描设备可以提供航空发动机外形实测点云，但其中包含的噪声会直接影响后期外形几何模型的重建精度。为保证在去除噪声的同时不模糊或破坏掉发动机复杂的外形几何特征，提出了一种基于深度学习的点云保特征去噪方法。将航空发动机外形噪声点云分割成特征数据和非特征数据之后，分别设计了特征去噪网络和非特征去噪网络，用于预测特征噪声点和非特征噪声点的位置修正向量，噪声点沿预测向量移动后被投影回模型真实的底层表面上，实现去噪。构建了用于特征去噪学习和非特征去噪学习的数据集。验证结果表明，在将该方法应用于各种噪声尺度的发动机外形点云时，相比现有的学习基方法，去噪效果得到提高，且有更好的几何特征保护能力，可以为后续重建提供高质量点云。
一种基于深度学习图像超分的环形靶标稳定检测方法
崔海华, 徐振龙, 杨亚鹏, 孟亚云, 王宝俊
2021, 32(23):  2861-2867.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.010
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为提高远距离、大倾角条件下环形靶标的识别率与定位精度，提出了一种基于深度学习图像超分的环形靶标稳定检测方法。通过真实图像与合成图像的混合数据集来构建多角度、多距离的图像空间集合，采用像素损失与感知损失来改进图像超分辨率模型的损失函数，从而实现图像的高分辨率重建，丰富靶标轮廓的图像细节，利用已训练好的图像超分模型重建图像，最后使用传统的检测算法识别与定位环形靶标。实验结果表明，环形靶标识别率可提高40%，靶标定位精度可提高8.47%。
医工结合与仿生设计技术
软质肘关节外骨骼的肌力矩估计与神经网络补偿协调控制
吴青聪, 陈柏, 张祖国, 梁聪慧, 黎雄, 吴洪涛
2021, 32(23):  2868-2875.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.011
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为辅助偏瘫患者进行多模式肘关节康复训练，研制了一种软质肘关节康复外骨骼机器人，并提出了一种基于人体肌力矩估计与自适应神经网络补偿的协调控制策略。利用表面肌电信号来识别人体的运动意图并调整康复训练轨迹，采用Lyapunov方法证明了控制算法的闭环控制稳定性。搭建了实时控制实验平台，并开展了基于运动意图的轨迹跟踪实验与自由主动训练实验。实验结果表明，所提控制策略能保证被动训练过程的轨迹跟踪精度，并且可以根据患者的运动意图调整主动训练过程的运动轨迹，实现不同强度的主动康复训练。
仿生多层级柔性轻质结构的设计、制备及力学性能分析
郑宇, 郭策, 马耀鹏, 管吉钢
2021, 32(23):  2876-2882.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.012
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以中华鲟背部骨鳞和鲟鱼皮结构为生物模板，通过结构仿生原理设计出一种新型仿生多层级柔性防护轻质结构。采用尼龙、液态硅橡胶和凯夫拉纤维，通过高温固化成形技术进行制备，有效解决了以往仿生鳞片与基底层连接不牢的问题。利用冲击力学试验对仿生复合结构进行了防护性能分析，并研究了仿生骨鳞结构的夹角γ、嵌入角度θ以及结构之间重叠率Kd的变化对仿生复合结构吸能特性的影响。测试结果表明，具有覆瓦状形态特征的仿生骨鳞结构以及具有纤维铺层的柔性基底结构可显著提高仿生复合结构的抗冲击力学特性。
多关节连续体机器人的运动分析与遥操作技术
吉爱红, 刘荣兴, 陈辉, 孙克
2021, 32(23):  2883-2889.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.013
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设计了一种多关节线驱动连续体机器人，该机器人共有4个弯曲自由度和1个进给自由度。建立了该连续体机器人的运动学模型，利用MATLAB对其工作空间进行了分析。针对Geomagic Touch设计了三种主从映射算法，实现了连续体机器人的主从异构遥操作控制。通过实验验证了主从控制算法的正确性，展示了连续体机器人良好的弯曲能力，表明该连续体机器人具有一定的控制精度和良好的跟随能力。
基于视觉感知的灰色设计决策方法
陆蔚华, 孙天琪
2021, 32(23):  2890-2897.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.23.014
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针对人的隐性知识在设计决策过程中难以外显，导致决策结果不确定的问题，提出了一种融合视觉感知数据的灰色设计决策方法。基于视觉感知、注意与偏好的映射关系，建立视觉感知认知模型。综合决策者显性维度的主观选择和隐性维度的眼动追踪数据，构建偏好设计决策的评判机制，利用余弦距离来分配决策者权重，利用灰色决策综合排序求得方案的优劣顺序。以电饭煲为对象进行实例研究，结果表明该方法能得到客观、准确的决策结论，可有效应用于信息有限条件下的群体决策，为设计创新提供方法参考。
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2021, 32(23):  2898. 
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