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航空学报
 
2017年 38卷 8期
刊出日期:2017-08-15

第二期电子期刊
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材料工程与机械制造
流体力学与飞行力学
固体力学与飞行器总体设计
固体力学与飞行器总体设计
流体力学与飞行力学
材料工程与机械制造
电子电气工程与控制
材料工程与机械制造
   
 第八期电子期刊
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2017年第38卷第8期电子期刊
2017 Vol. 38 (8): 0-0 [摘要] ( 5 ) [PDF 0KB] ( 9 ) [HTML] ( )
 流体力学与飞行力学
120764 朱呈祥, 陈荣钱, 尤延铖
低韦伯数非牛顿射流撞击破碎直接数值模拟 Hot!

非牛顿射流的撞击破碎在液体火箭推进系统中被广泛用于燃料的喷注雾化,然而人们对其破碎物理机制却知之甚少。本文将采用基于液体体积法的直接数值模拟(DNS)工具,研究夹角为90° 的2个等直径低韦伯数射流撞击现象,并分析二者形成的单一对角射流特征及其破碎机理。研究结果表明,撞击形成的单一对角射流直径较原射流直径大1.66倍,并在头部形成液滴诱导破碎的发生。除了头部破碎,在对角射流的发展过程中还观察到一类液柱破碎,表现为射流表面不稳定波不断发展形成新的弯曲波破碎,并产生卫星液滴及液滴的融合。伴随两股射流撞击的发生,气液两相交界面的面积也不断减小,同时,射流内部的黏性也不断变化,在本文的低雷诺数和低韦伯数条件下,流体内部黏性系数变化超过10%。

2017 Vol. 38 (8): 120764-120764 [摘要] ( 30 ) [PDF 2952KB] ( 119 ) [HTML] ( )
120876 洪树立, 黄国平
引入DMD方法研究有/无控气流分离的动态结构

为分析非定常流动控制技术抑制分离流的机理,对弯曲扩压通道的试验模型进行了数值模拟,针对扩压通道在无控和采用最佳射流频率状态下的计算结果引入了动力模态分解(DMD)技术进行分析。通过DMD技术能够将包含时空信息的扩压通道复杂流场进行分解,捕获流场包含的动力信息和对应的拟序流动结构。将无控和有控流场分解的结果进行对比分析后表明:采用有效激励措施时,和脱落涡频率一致的涡系对流场的影响更加突显,流场整体上表现得更加有序;非定常控制抑制了一部分涡的增长,使得各模态整体上更加稳定;而有控流场占主导地位的涡系结构相比无控流场较为有序,且对主流区未形成明显的直接影响。

2017 Vol. 38 (8): 120876-120876 [摘要] ( 65 ) [PDF 2711KB] ( 113 ) [HTML] ( )
120989 张征宇, 王显圣, 黄叙辉, 周润, 茆骥
高速复杂流动结构的视频测量

为了定量显示空腔高速复杂流动结构,采用均布的小圆点作为背景纹影(BOS)的背景点,利用视频测量(VM)成熟的小圆点图像定位与匹配技术,克服了现有图像互相关技术对BOS的限制;推导非平行光穿过流场的偏折位移/角计算公式,基于VM的共线方程,准确计算从背景点到相机摄影中心的光束穿过流场产生的偏折位移场和光程差场(OPD)。FL-21风洞的某空腔高速(马赫数为0.6~2.0)复杂流动结构的视频测量结果表明:本方法可清楚分辨出亚微米量级的光程差差异与微弧度量级的偏折角差异,定量显示空腔高速流动产生的波/涡/剪切层的位置、强弱及其相互关系,为复杂流动结构与气动光学效应的测量与显示提供新的途径,其光路简单、无需价格昂贵的相干光源,具有应用前景。

2017 Vol. 38 (8): 120989-120989 [摘要] ( 46 ) [PDF 3421KB] ( 67 ) [HTML] ( )
121030 丁明松, 江涛, 董维中, 高铁锁, 刘庆宗
三维等离子体MHD气动热环境数值模拟

电磁流动控制技术是一个多学科交叉融合的重要研究方向,在高超声速飞行器气动特性优化、气动热环境减缓、边界层转捩和等离子体分布等流动控制方面显示出广阔的应用前景。考虑高超声速飞行器绕流流场中发生的离解、复合、电离和置换等化学反应,气体分子振动能激发以及化学非平衡效应,耦合电磁场作用并基于低磁雷诺数假设,通过数值模拟求解三维非平衡Navier-Stokes流场控制方程和Maxwell电磁场控制方程,建立磁场与三维等离子体流场耦合数值模拟方法及程序,采用典型算例进行考核。在此基础上,开展不同条件下磁场对再入三维等离子体流场以及气动热环境影响分析。研究表明:建立的高超声速飞行器的等离子体流场与磁场耦合计算方法及程序,其数值模拟结果与文献符合,外加磁场使飞行器头部弓形激波外推,磁场强度越强,激波面外推距离越大;不同磁场强度环境下,流场中温度峰值大小略有变化,变化幅度较小;磁场对绝大部分区域的热流有减缓作用,作用的大小与飞行高度、马赫数以及磁场的配置紧密相关;当前的计算条件下,飞行的高度越高,磁场的作用越明显。

2017 Vol. 38 (8): 121030-121030 [摘要] ( 54 ) [PDF 3302KB] ( 112 ) [HTML] ( )
121055 彭俊, 张子健, 周凯, 胡宗民, 姜宗林
振动激发对激波反射的影响

定常激波反射分为规则反射和马赫反射,在不同条件下2种反射结构之间会相互转变。高超声速流动中的激波反射问题常面临高温气体效应,随着温度逐渐升高,最先出现的是空气分子振动激发。通过理论分析和定量计算,研究了振动激发对激波反射及其转变规律的影响。首先给出考虑振动激发的空气热力学模型,并分析其与量热完全气体的差异以及对激波关系的影响;接着分析在规则反射和马赫反射中,振动激发对激波反射流场的影响规律;最后讨论振动激发对激波反射转变2个准则点的影响。研究结果表明,振动激发使激波极线的整体轮廓变大,且这种差异在经过一次激波反射之后被明显放大,会对激波反射的流场产生重大影响;对于激波反射的转变,振动激发使转变的2个准则点都变大,且对规则反射向马赫反射转变的脱体准则影响更大。

2017 Vol. 38 (8): 121055-121055 [摘要] ( 42 ) [PDF 3551KB] ( 60 ) [HTML] ( )
121066 雷桂林, 郑梅, 董威, 周志翔, 董奇
航空发动机进气支板电热防冰试验

为了研究电加热防冰的效果,开展了小型航空发动机进气支板的电加热防冰试验。结合该型号发动机进气支板的结构特点,设计了3种电热防冰加热布置方式,分别在支板沿轴向的不同位置采用1~3个电加热棒作为防冰热源。通过模拟不同的发动机进气结冰环境参数和电加热功率,在冰风洞中对3种电加热方式进行了防冰试验研究。通过布置在支板外表面的温度测点记录了防冰过程中支板表面的瞬态温度变化,分析了支板防冰过程中表面温度的变化特点。防冰试验研究了热源总功率、热源布置方式、液态水含量以及来流温度对支板防冰性能的影响。试验结果表明,合理的电加热方式可以取得较好的防冰效果,同时避免支板后部的溢流水结冰。

2017 Vol. 38 (8): 121066-121066 [摘要] ( 62 ) [PDF 3920KB] ( 106 ) [HTML] ( )
121077 陈俊平, 王立新
低能量状态对飞行安全的危害及改出方法

对民机在进近着陆阶段可能诱发飞行事故的低能量状态和驾驶员的改出操纵方法进行了研究。根据近年的民机事故分析报告,结合运输类飞机适航标准CCAR-25-R4、飞行试验指南AC25-7C、军用规范及相关行业标准,较系统地提出了涉及着陆拉平、侧风着陆和可控撞地的低能量状态的定量判定准则。以某型支线客机为例,采用数字仿真计算的方法,分别研究了在进近着陆过程中低动能和低势能状态可能导致的飞行安全问题及其特点。针对低动能改出提出了增加速度并抑制爬升的方法,针对低势能改出提出了增大俯仰姿态并保持速度的方法,最后通过仿真计算验证了两种改出方法的有效性。研究结果可为低能量告警系统的设计和驾驶员的改出操纵培训等提供理论参考。

2017 Vol. 38 (8): 121077-121077 [摘要] ( 53 ) [PDF 3623KB] ( 30 ) [HTML] ( )
121089 林家泉, 李弯弯
基于PMV-PPD的地面空调最佳送风速度

针对目前飞机地面空调恒速送风所造成的客舱热舒适性和节能效果不佳的问题,运用CFD技术建立了Boeing737 飞机客舱的仿真模型,并通过实验室1:1尺寸的Boeing737实验舱进行验证,证明所建立的CFD模型合理有效。在此模型基础上,模拟了飞机客舱内的风速场、温度场,根据采样点的风速和温度,分别得到不同送风速度下的客舱内热舒适性评价指标PMV和PPD,通过高斯拟合得到地面空调送风速度与PPD平均值之间的曲线关系,求解得到了满足热舒适性要求的地面空调最佳送风速度,从而实现地面空调的节能控制。

2017 Vol. 38 (8): 121089-121089 [摘要] ( 36 ) [PDF 2718KB] ( 43 ) [HTML] ( )
 固体力学与飞行器总体设计
220868 张永进, 孙有朝, 张燕军
基于聚类状态主控边界点的单调多态关联系统可靠性分析

鉴于组成系统单元的多状态单调关联性特征,将多元离散函数理论引入描述系统状态结构函数,发展了控制状态等价类主导状态向量的状态等价类主控边界点的逻辑方法,推导了多态单调关联系统的状态结构函数、可靠性和期望状态表达式;面向顾客的需求偏好,将负效用函数嵌入系统平均性能效用模型;鉴于元件状态引起的计算复杂性,提出了集合运算的德摩根律法和新型的框图式算法,简化了系统可靠度的表达式。结合某型航空发动机的简化演算,验证了主导等价类向量方法和框图算法的合理性与有效性,为工程系统的可靠性设计和可靠性管理提供理论依据。

2017 Vol. 38 (8): 220868-220868 [摘要] ( 42 ) [PDF 3600KB] ( 31 ) [HTML] ( )
220885 刘振国, 黄祥, 亚纪轩, 雷冰, 李小康, 程新
三维全五向编织复合材料的切边效应

对切割与未切割的三维全五向(3DF5D)编织复合材料进行了纵向拉伸力学性能研究。首先分别对2种编织角下3种不同情况(未切割、沿厚度方向切边和沿宽度方向切边)的试件进行了力学性能实验,实验结果表明,沿着厚度方向切边使材料的刚度和强度分别下降了约10%和25%;沿着宽度方向切边使材料刚度和强度分别下降了约3%和18%;进一步通过有限元数值模拟对上述实验过程进行了仿真计算,得到了单胞的损伤演化过程、破坏机理以及应力-应变曲线。最后对实验结果和计算结果进行了对比,结果显示二者吻合良好。研究结果表明,三维全五向编织复合材料的编织角越大,拉伸刚度和强度会越小;试件尺寸越大,厚度方向和宽度方向切边的影响越小,并趋于定值。

2017 Vol. 38 (8): 220885-220885 [摘要] ( 25 ) [PDF 4179KB] ( 40 ) [HTML] ( )
220918 许琦, 吴振
考虑横法向热应变的Reddy型功能梯度梁理论

Reddy型高阶理论已被广泛用于功能梯度材料(FGM)结构分析,然而此理论忽略了横法向应变,难于准确分析功能梯度梁的热力行为。为提高Reddy理论分析热力响应的精度,提出了一种考虑横法向热应变的三参数Reddy型高阶功能梯度梁理论。此模型考虑了横法向热应变,但不增加额外位移变量。应用构建的模型分析了功能梯度梁的热力响应,并研究了不同体积分数对面内应力和位移的影响。数值结果表明,所提出的模型能准确分析功能梯度梁的热力响应,而忽略横法向应变的模型计算结果精度较低。

2017 Vol. 38 (8): 220918-220918 [摘要] ( 29 ) [PDF 2741KB] ( 34 ) [HTML] ( )
220936 骆燕燕, 蔡明, 于长潮, 王彪
振动对电连接器接触性能退化的影响

长期振动作用下,电连接器插孔易出现应力松弛现象,引起接触性能的退化。针对接触件的结构特点,提出了一种接触压力监测方法和接触性能退化试验方案,设计了试验电路并进行了试验。试验结果表明:① 接触压力波动程度受振动频率与加速度共同影响,高频振动下,接触压力值波动程度约为低频振动下的3~7倍;但随着振动加速度的增大,低频振动下接触压力波动程度的增幅更为明显;② 随着振动次数的增加,接触压力逐渐减小;振幅越大,接触压力的降幅越明显;试验后插孔槽宽的变化规律与之吻合,且振幅越大,振动累积效应的差异性越明显;但接触电阻无明显的变化趋势。因此,振动引发的插孔应力松弛现象和电连接器接触性能退化的演变极其缓慢,但振动影响的差异性可能会导致突发性偶然失效现象。

2017 Vol. 38 (8): 220936-220936 [摘要] ( 26 ) [PDF 3779KB] ( 35 ) [HTML] ( )
221024 范刚, 吴邵庆, 李彦斌, 费庆国, 韩晓林
基于频响函数的复合材料空间分布模量场识别

针对纤维编织复合材料宏观力学性能的非均匀特性,提出了基于频响函数(FRF)的复合材料梁空间分布弹性模量场的识别方法。采用基于灵敏度分析的方法构造优化问题,以实测和计算加速度频响残差范数最小为目标函数,进而通过迭代求解识别出复合材料梁弹性模量的空间分布。首先,以悬臂梁模型为研究对象进行数值仿真分析,验证识别方法的正确性。进一步开展复合材料梁模态试验研究,将复合材料三点弯曲试验获取的近似均质化弹性模量作为优化问题的初值;利用非接触测量方法获取模态试验中梁上各测点处的动位移响应,并计算得到各测点的加速度频响函数作为优化问题的输入值。结果表明:采用所提出的识别方法获取的模量场计算得到的梁上各处频响函数与试验获取值吻合,且所提方法在实测动响应存在噪声污染工况下是可行的。该方法能够为复合材料等效建模提供更加准确的弹性模量场。

2017 Vol. 38 (8): 221024-221024 [摘要] ( 48 ) [PDF 3034KB] ( 70 ) [HTML] ( )
221032 张帆, 郑津洋, 马利
内压作用下的航空轮胎爆破碎片动力响应

航空轮胎爆破时受内压释放的影响,爆破碎片的速度会有明显增加,而非与适航标准规定的与轮胎降落时的胎速相同。利用Fluent中用户自定义函数编写动力响应程序,采用动网格和用户自定义函数相结合的方法,展开内压释放作用下的轮胎爆破碎片速度动力响应特性的数值模拟研究。假设轮胎爆破失效是存在先前缺陷造成的,将碎片受冲击后的动态过程分解为内压释放冲击加速阶段和以一定初速度在空气阻力下减速运动两个阶段,提出仅考虑碎片两侧实时压力差作为动力源的简化物理爆破模型,来分析碎片的速度受内压作用的响应和整个流场压力以及速度变化情况,弥补了数学模型未考虑内外压平衡过程的不足,为预测轮胎爆破后碎片获得能量和爆破气流能量等提供数值参考,以便提出相应的安全防范措施。

2017 Vol. 38 (8): 221032-221032 [摘要] ( 32 ) [PDF 3266KB] ( 68 ) [HTML] ( )
 电子电气工程与控制
320833 孟骞, 刘建业, 曾庆化, 冯绍军, 李荣冰
一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法

利用卫星导航系统对高轨航天器进行自主导航与高精度定轨,对接收机的捕获灵敏度要求极高,双块补零(DBZP)算法是无辅助下卫星导航弱信号捕获的理想方案,然而受限于数据处理量大,DBZP实际应用难度大。在深入分析双块补零机理的基础上,结合矩阵重构的思想,提出了一种改进双块补零北斗导航接收机弱信号捕获方法。该方法对参与块内相关运算的基带信号和本地测距码分别进行重构,解决了块内点数与快速傅里叶变换输入点数之间的矛盾,提高了北斗导航接收机弱信号捕获性能。仿真实验结果分析表明,改进双块补零算法对信噪比没有损失,可以保证对低至15 dB·Hz的弱信号进行有效捕获,能够满足高轨航天器定轨、室内外无缝导航等对接收机高灵敏度的需求。本方法是在块内运算层面对DBZP进行优化,具备良好的通用性和可移植性,与优化相干积分策略的各种改进DBZP算法可以无缝对接,进一步提高北斗导航接收机信号处理的效能。同时,重构的思想也适用于其他采用码分多址信号的卫星导航系统的弱信号检测和捕获,对提升多星座卫星导航系统的基带信号处理性能具有参考意义。

2017 Vol. 38 (8): 320833-320833 [摘要] ( 35 ) [PDF 3456KB] ( 94 ) [HTML] ( )
320929 庄圣伦, 黄文新, 卜飞飞, 苏宁
变频交流发电系统双定子绕组异步发电机短路瞬态分析

航空变频交流电源发电机突然短路是一种常见的故障情况,其瞬变过程值得展开深入研究。针对用于航空变频交流发电系统的双定子绕组异步发电机(DWIG),分析了两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG在短路时定子绕组中将产生两个直流衰减分量和一个旋转衰减分量,分别对应两套定子绕组和转子的影响,其瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与瞬态电流的峰值成反比关系,分析表明DWIG短路电流的峰值小于同步发电机。所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,辅助发电机电磁设计,可以为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。

2017 Vol. 38 (8): 320929-320929 [摘要] ( 23 ) [PDF 3733KB] ( 24 ) [HTML] ( )
320930 孟迪, 张群, 罗迎, 陈怡君
基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度算法

针对数字阵列雷达搜索、跟踪和成像任务的资源调度问题,提出一种数字阵列雷达(DAR)任务的优化调度算法。该算法以脉冲交错技术为基础,在对目标搜索与跟踪的同时,利用基于压缩感知的稀疏孔径认知逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法对部分精密跟踪目标成像,并采用观测时间动态调整策略以提高雷达系统的自适应能力。仿真结果表明,与传统雷达资源调度算法相比,该算法可以将成像任务考虑到优化调度模型中并合理分配资源,实现雷达多任务并行的调度,获得更高的资源利用率与期望的成像质量。

2017 Vol. 38 (8): 320930-320930 [摘要] ( 54 ) [PDF 3302KB] ( 59 ) [HTML] ( )
320977 孙见忠, 刘信超, 刘若晨, 康远荣, 殷逸冰, 左洪福
基于IDMS的航空发动机砂尘吸入物定量监测

针对航空发动机砂尘吸入物定量监测的问题,提出了基于进气监测系统(IDMS)的砂尘吸入物质量浓度监测及总量估算方法。借助ANSYS电磁场仿真软件建立了IDMS系统有限元模型,实现对发动机实际工况下的砂尘吸入物的静电场模拟,研究确定砂尘吸入物质量浓度、荷质比等宏观参数与IDMS监测信号的关系。研究发现所建立的IDMS有限元模型获得的传感器特性与前期试验获得的结论一致,静电信号随吸入颗粒物浓度的变化与试验中实测信号的变化趋势一致,为基于IDMS信号的砂尘吸入物定量监测和评估提供理论依据。仿真试验表明,荷质比一定的情况下IDMS感应电荷量与砂尘浓度呈线性增长关系,通过IDMS感应电荷信号可实时监测发动机砂尘吸入物质量浓度,并可进一步累积估算一段时间内砂尘吸入物总量,最终总量估计误差不超过4%。

2017 Vol. 38 (8): 320977-320977 [摘要] ( 50 ) [PDF 3731KB] ( 102 ) [HTML] ( )
321171 曾庆化, 潘鹏举, 刘建业, 王云舒, 刘昇
惯性信息辅助的大视角目标快速精确定位

目标定位技术广泛应用于航空领域的侦察机、无人机等各类侦察打击任务中,目标定位精度的高低及效率对作战效果具有重要影响。针对仿射尺度不变的特征变换(ASIFT)算法对远距离大视角目标定位精度较低、速度较慢的问题,提出了一种基于惯性信息辅助的大视角目标快速精确定位方法。该方法首先对目标实测序列图像构造尺度空间,结合FAST特征检测与FREAK特征描述的方式进行匹配,实现对待定位目标的快速提取;然后利用机载惯性信息求解目标实测图与参考图之间的透视变换矩阵,利用该矩阵对实测图进行变换以减小图像间视角差异,克服了ASIFT算法盲目匹配计算的弊端,并通过FAST特征检测与FREAK特征描述相结合的方式提升了大视角图像的匹配速度;最后通过单应性矩阵映射关系实现对目标的精确定位。实验结果表明,大视角目标快速精确定位方法匹配耗时比ASIFT算法的减小了1个数量级,定位精度比目标平均值定位算法精度提高了1个数量级,有效提高了图像匹配定位在航空领域的应用效率。

2017 Vol. 38 (8): 321171-321171 [摘要] ( 27 ) [PDF 4296KB] ( 37 ) [HTML] ( )
 材料工程与机械制造
421145 李铭, 谢里阳, 丁丽君
行星机构的可靠性分析与计算

行星机构的结构设计缺陷、制造与安装误差、支撑构件刚度不足等原因可能会使系统发生一定程度的偏载,从而会影响整个机构的使用寿命与可靠性。利用最小次序统计量的概念建立了行星齿轮系的可靠度计算模型,模型反映了偏载对齿轮系可靠性的影响。首先,对行星机构进行了详细的运动学和力学分析,计算得到了各个齿轮的随机载荷历程。根据Miner线性疲劳累积损伤法则,将随机载荷历程转化为等效恒幅载荷谱,并将其作为可靠性模型的载荷输入变量。然后,将特定齿轮的疲劳寿命数据进行统计处理,将统计结果作为可靠性模型的强度输入变量。最后,根据模型的计算结果定量地说明了偏载对行星齿轮系可靠性的影响程度,同时利用随机截尾数据处理方法对可靠性模型的有效性进行了验证。

2017 Vol. 38 (8): 421145-421145 [摘要] ( 40 ) [PDF 4498KB] ( 27 ) [HTML] ( )
421150 姚俊, 王峰, 聂玉军, 陈志同
薄型中空电极振动电解切割TB6钛合金

TB6钛合金由于具有优越的性能,广泛地用于航空航天领域。然而从大余量的TB6钛合金锻铸件毛坯加工成复杂结构的零件,其加工效率低,刀具和机床成本高,造成了极大的浪费。为解决这一问题,提出了一种利用薄型中空电极进行快速大余量去除的电解加工(ECM)方法,即将零件与多余材料切割分离,有望较大程度提高加工效率,降低加工成本。为改善电解加工流场特性,提高加工精度,对电极施加振动,并对薄型中空电极的振动切割进行了建模分析和试验研究。试验结果表明,合适的振动幅值和频率(A=0.05 mm, f=50 Hz)可以使得各处电解液电导率趋于一致,从而提高加工的精度、稳定性和效率。复杂结构件的成功切割证明了薄型中空电极振动电解切割加工技术具有一定的适用性。

2017 Vol. 38 (8): 421150-421150 [摘要] ( 62 ) [PDF 3869KB] ( 42 ) [HTML] ( )
 第二期电子期刊
721356 张启南
关于热力学空间概念的探讨

在气体力学研究中,不可避免地将引用热力学的基本定律,过去在不少工科著者所用的论述中常将传热量Q和气体所做的功W的微增量写为dQ和dW。但从严格的数学理论而言,这是不正确的表达式。笔者在参与《航空空气动力手册》的编审中曾经提出过此问题,在手册的再版时已经改正为δQ和δW。但此后一些气体力学的著作未能引起注意,仍然习惯地写成dQ和dW。为此,在本文中作一个严格的证明,并提出了热力学空间的概念,以澄清以往的混淆。

2017 Vol. 38 (8): 721356-721356 [摘要] ( 48 ) [PDF 933KB] ( 32 ) [HTML] ( )
       
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·   南京航空航天大学导航研究中心
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·   哈尔滨工业大学非线性动力学研究中心
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·   2013年(首届)中国航空科学技术大会
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