技术成果

智能汽车的车载相机环境感知系统

本成果属于车辆智能驾驶的环境感知技术，是智能车辆的核 心和基础，采用单目摄像头采集图像，开发图像检测、处理和识 别算法，可检测车辆、行人、车道、标识和信号灯等要素。本成 果采用人工智能深度学习和传统视频检测算法的深度融合，在识 别精度、小目标识别和侧边车辆等方面效果较好，相对国际知名 Mobileye 产品具有优势。本项目已经申请多项国家发明专利，已 经突破核心算法，是智能车辆必备的感知设备，在智能汽车方面 具有广阔的市场前景。 — 40 —

自适应异型管抛光打磨机器人系统

该机器人系统可完成多种异型管抛光打磨。面向大尺寸复杂 异型管抛光，工件截面形状方面，可为圆形、三角形、椭圆形、 U 形、方形等；工件外形方面，可为平面直管或者弯管，也可以 是三维形状。能自动完成各种大尺寸形状复杂工件的抛光，极大 减轻工人劳动强度、提高生产效率、提高工件表面抛光质量及其 一致性、基本消除扬尘问题。抛光效果可达到镜面效果。根据各 种异型管抛光工艺要求，在工序设计的基础上，可将多个机器人 有机组合，形成抛光生产线，从而提高产能。已申请国家发明专 利 11 项。 — 39 — 性能特点：突破现有局限，拓宽适用范围（异型管）；避免 使用进口器件，降低成本；在线示教，降低使用难度；关键控制 器模块化，拓展智能生产线；高可靠性。 应用领域:可应用到汽车零部件、厨具、卫浴产品、木制品 等的抛光作业中，替代人力。

先进面齿轮传动技术

面齿轮传动是由特殊的锥齿轮和圆柱齿轮组成的一种新型 的先进齿轮传动技术。北航研制出具有自主知识产权的面齿轮专 用刀具、面齿轮专用加工机床和面齿轮检测方法等多项国家发明 专利和软件著作权。该技术与传统的锥齿轮传动技术相比，具有 传动体积小、结构重量轻、承载能力高等优势；适用于直升机、 无人机、汽车和减速机等领域，己与航空、兵器、车辆等行业多 家企业展开合作，并成功应用于某型号航空发动机传动系统，技 术成熟。获 2011 年北京航空航天大学科技进步二等奖。 面齿轮传动原理面齿轮数控加工

七轴柔性焊锡机器人

七轴柔性焊锡机器人采用先进机器视觉、智能传感、云计算、 物联网等技术，采用 7 轴联动控制，具有烙铁头姿态记忆功能， 烙铁可自动变换姿态，特别适合用于多品种生产, 具有工艺库支 持，使示教更加简单、快速，广泛应用于 3C、汽车电子、军工、 电力、消防、仪表、医疗电子、SMT 代工等行业。并以此为基础 形成柔性焊接生产线、电子装联自动化设备等行业综合应用解决 方案。已获得国家授权发明专利 2 项，实用新型专利 1 项，软件 著作权 6 项。 — 38 —

高效节能永磁电机

在结构设计上，采用了复合绕组、场路结合优化设计及预老 化工艺，使得电机的性能得到了明显的提升，具有异步电动机的 自启动特性，但不需要专门的启动控制器。与异步电机（感应电 动机）相比，可显著提高功率因数，减少定子电流和定子电阻损 耗，而且在稳定运行时没有转子电阻损耗，是电机节能的重要方 向之一。 技术指标： 效率比同容量感应电动机提高 2～8 百分点;功率密度比同容 量异步电动机提高 15%左右;在 25%～120%额定负载范围内均可以 保持较高的效率与功率因数，使轻载运行时节能效果显著；以纺 织行业加弹机为例，原设备采用三相异步 5.5KW/4 极电机 6 台， 15KW/4 极电机 1 台，采用高效节能永磁电机技术，节能 30%以上。 广泛应用于纺织行业中的橡筋机、加弹机、细纱机及剑杆织 — 37 — 机；电动汽车；轨道交通；采暖通风、石油、钻井、船舶推进等 领域。

纯电动车用两档自动电驱动总成

两档自动电驱动总成是专为纯电动汽车研制的电驱动动力 传动系统，可以实现两个档位的自动换挡。该总成的技术优势在 — 36 — 于，可以降低对电机的高性能要求、提高续航里程，是纯电动汽 车动力传动系统的新发展及应用方向。北航拥有具有自主知识产 权的多款两档自动电驱动总成。 两档自动电驱动总成外形图

非接触式激光超声检测设备

非接触式激光超声检测设备主要包括激光超声激发仪器、激 光超声接收仪器、超声信号处理系统、机械运动单元、工控机等。 非接触式激光超声检测设备可以应用于复合材料、金属材料内部 和表面缺陷的检测，在原理样机的基础上进行再开发可以实现大 型复杂构件的自动化快速检测、在线/现场检测、远程遥控监测 等。 非接触式激光超声检测设备是北航无损检测技术研究中心 自主研制的无损检测设备，具有自主知识产权。 复合材料构件钻孔分层基准试样及其激光超声C扫描检测图像

超轻镁锂合金及其复合材料产业化

设计开发具有自主知识产权的，具有超轻（密度约为

民用炉灶排放大气污染物采样系统

我国农村生活用能仍然以秸秆和薪材等生物质燃料为主；近 年来，我国农村家庭炊事和取暖每年直接烧掉 3 亿吨秸秆和 1.5 亿吨薪材，折合 2.04 亿吨标准煤；生物质燃料主要在传统的生 物质炉灶内燃烧。此外，燃用原煤是我国中小城镇、农村和非集 中采暖区家庭炊事和采暖的主要方式；近些年民用燃煤量约为九 千万吨，民用燃煤主要在简易的燃煤炉具内进行。以上燃用生物 质或煤的民用炉灶结构简单，燃烧时燃料和空气的混合基本为自 然混合，混合效果不佳；同时由于燃烧温度低，炉灶燃烧空间较 小，大量析出的挥发分往往来不及完全燃烧即被排出。以上几种 因素导致燃料燃烧不充分，燃烧效率低，排烟中含有大量的含碳 颗粒物、CO、挥发性有机物等污染物。以上民用炉灶几乎没有采 取任何的污染控制措施，都是直接排放到大气中，造成大气污染， 是我国大气污染的重要来源。如何合理采集民用炉灶污染源排放 的大气污染物，对于准确得到其排放量，对污染排放进行管理与 控制，分析大气污染的来源，制定民用炉灶排放大气污染控制措 施和排放标准都具有十分重要的意义。 民用炉灶属于小型燃烧源，这类燃烧源烟气排放速率不稳定 且极小，有些小型燃烧源没有烟道或烟囱，难以采用固定燃烧源 常用的测试方法定量测定其污染物的排放，主要表现在以下几个 方面：1.对于无烟囱的炉灶，烟气四处逃逸，烟气难以捕集；2. 对于有烟囱的炉灶，工况波动大，烟气排放速率不稳定且烟气排 放速率低，甚至低于流速测量仪表的检测限，烟气速度难以准确 测定，进而难以确定烟气排放量与污染物排放量。 为了解决上述问题，该项目研发出一种民用炉灶排放大气污 — 33 — 染物采样系统，具体来说，是一种能够针对民用炉灶烟气排放速 率小且不稳定，烟气温度和污染物浓度高且变化大等特点，通过 烟罩捕集全部烟气，并用洁净空气稀释，降低烟气温度与污染物 浓度，保持稀释后的气体流量稳定，气体速率处于可测量的范围， 采用大气环境的采样方法采集大气污染物的采样系统。 该项技术的优点：

高精度无人旋翼机自主控制系统

小型无人旋翼机具有垂直起降、悬停等特性，通过自身携带 的各类传感器可以在危险区域或市区街道等狭窄空间执行观测、 信息收集等任务，具有广泛的应用前景。随着应用领域的拓展， 小型无人旋翼机的工作环境也复杂多变，抗扰性强、稳定性高的 小型无人旋翼机高精度控制成为研究的热点。 作为复杂的多输入多输出控制系统，小型无人旋翼机具有非 线性、强耦合、控制难度高等特性。并且小型无人旋翼机在飞行 过程中存在多类干扰，如风扰、大气湍流、地面干扰、系统电磁 干扰等，因此，小型无人旋翼机在扰动下的高精度控制是飞控系 统的关键技术之一。 — 31 — 针对小型无人旋翼机在执行任务时控制性能容易受到外界 干扰影响的问题，该项目开发出一种基于自适应神经网络和极点 配置方法相结合的复合控制方法，对小型无人旋翼机在飞行中所 受的多源干扰进行估计并抑制，实现大包络范围的高精度控制。 该技术针对小型无人旋翼机动力学模型，通过极点配置方法 构建反馈控制系数矩阵来保证系统的初步稳定性；设计具有自主 更新权值特性的自适应神经网络，基于误差信息构建自适应网络 权值更新矩阵来在线更新神经网络的权值矩阵，实现对扰动的估 计和抑制；并设计自适应阈值优化策略，基于时间窗口内的实际 位置与期望位置的误差均方差，对自适应神经网络的控制残差上 限阈值进行在线更新，降低控制残差上界不精确对神经网络扰动 控制量的影响，进而优化自适应神经网络扰动控制量，实现复杂 环境下的小型无人旋翼机高精度姿态控制。 该技术具有实时性好、动态参数响应快、对多源干扰适应性 强等优点，可用于小型无人旋翼机复杂多源干扰环境下的高精度 控制。 — 32 —

复合材料缠绕机多功能导丝头设计技术

纤维缠绕成型是复合材料成型的一种重要方法，纤维缠绕成 型中纤维张力控制，纤维表面温度的控制与复合材料制品机械性 能，制品的强度和抗疲劳性能与缠绕张力有密切关系。 现有通用缠绕机导丝头部分只具备移动和转动功能，将纤维 缠绕至成型产品上，不具备张力控制和温度控制的设备。但这种 通用纤维缠绕机导丝头对张力和温度控制效果不够满足要求，不 能实现在一定空间的精确张力控制和温度控制。 为了克服现有纤维缠绕机不能精确控制纤维张力和温度，缠 绕制品质量不佳的缺点，该项目研发出一种缠绕机多功能导丝头, 可使缠绕制品达到较高工艺参数指标，且对纤维进行精确的温度、 张力控制。该项目研发出的导丝头具有：集成功能空间占用小、 测量张力准确、通过速度测量辅助完成张力控制、具有温度控制 和丝束汇聚功能等优点。 — 30 —

大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形技术

随着航空技术的发展，新一代飞机对气动性能和外观要求越 来高，飞机钣金零件朝着高强度，高精度、高表面质量和表面特 征复杂的方向发展。高强铝合金材料由于质量轻，强度高、耐腐 蚀性强、疲劳性能好等诸多优点，在飞机结构件上大量应用，但 是铝合金塑性差，延伸率低，厚向异性指数小，硬化指数低，对 于型面复杂变形较大的钣金零件在成形过程中容易出现起皱和 开裂缺等陷。传统的铝合金类大型薄壁带有复杂特征的零件加工 采用爆炸成形的方法，爆炸成形是压力加工专业中的一门特殊工 艺，它受到场地,工作条件，工作环境等因素的限制。在实际生 产过程中,对于形状复杂的零件欲通过计算给出准确的药量是十 — 28 — 分困难的,因此往往是先对零件形状进行简化,然后通过计算估 算药量,在爆炸过程中再适当加以调整，增加加工道次；复杂零 件需要多炮爆炸成形，其能源利用率较低。在爆炸成形中真空度 要求较高，否则零件会出现烧伤反鼓现象，表面质量很差，需要 人工进行二次修复。 板式充液成形方法是一种利用柔性的液体介质替代部分传 统刚性模具，使坯料在高压液体的作用下按照预先设计的轮廓发 生塑性变形从而成形出所需零件的先进成形方法，具有节省工序、 简化模具结构、降低成本等优点。成形出的零件具有成形精度高， 表面质量好，壁厚分布均匀，回弹小、成形极限高等优点。特别 适合结构复杂的零件的成形。但是要成形带有小圆角特征的大型 板材零件，需要较高的成形压力，设备的吨位需求也相应的提高， 因此设备的吨位成为制约此类零件成形的主要因素。 该项目研发出一种在不增加设备合模吨位情况下，高效、高 精度的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方法。该技术将 薄壁板料单面涂抹润滑油进行润滑处理；将润滑后的板料在预成 形模具中进行预胀形，成形出零件的大致形状；然后将预成形出 的板料在整形模具中进行反向整形，成形出小的圆角特征；将零 件的工艺补充面切除后制成最终零件等步骤。 该技术提供的大型薄壁复杂特征板材双向加压充液成形方 法能够充分发挥材料的塑性，有效的控制零件的壁厚减薄率，而 且能够成形出带有任意复杂浅特征的板材零件。与传统的此类零 件制造方法

130 公斤级共轴反桨无人直升机 F-120

F-120 无人直升机是北航技术团队自主研发的多用途无人直 升机。该机型最大起飞重量 130kg，最大航时 2 小时，在可靠性 连续测试中，其 MTBF（连续无故障时间）可达到 7 小时。该机于 2010 年完成设计，拥有独创的水冷散热系统、气动与冷却的融合 设计、采用体积小，重量轻，振动小的转子发动机等多项先进领 先技术。该无人机可以执行海面、湖面、高海拔地区等复杂环境 的超视距飞行任务，应用领域广泛，包括对地侦查/观测、电力/ — 26 — 管道巡检、数据/中继通信、农业/林业测绘、航空测绘/摄影、 警用反恐/防暴等多个领域。 该无人机经试验改进，以其优异的气动效率、重量效率、续 航能力及操稳特性受到农业部和航空植保企业的高度重视，在农 用无人机领域是目前国内载荷最大、性价比最高的无人直升机。 该机喷药 40 亩农田只需 15 分钟，是传统小型无人直升机作业效 率的 3 倍以上，符合我国精准农业、规模化经营的发展趋势。 — 27 — 技术描述： 技术状态： 产品已经完成开发定型，多次执行舰载机起降模拟应答飞行 测试、内蒙古公安反恐抓捕演习、江西核工业测绘院探矿任务、 火箭军某师通信中继任务等多项高难度、高风险的飞行任务，获 得了合作方一致认可。目前已交付用户 10 余架。已获发明专利 18 项，实用新型专利 6 项。

红外热像（热波）无损检测技术

采用主动热激励技术对物体进行热激励，如果物体内部存在 缺陷或其它物理结构变化，热波的传播就会发生相应的变化，利 用红外热像仪记录物体表面温度场的变化过程，并进行红外热像 序列处理，就能提取出与内部缺陷或结构对应的特征信号，从而 可对内部缺陷或物理特性进行定量的检测和诊断。红外热像(热 波)检测是以瞬态传热、弹性振动、红外光学、信号处理和图像 处理等为基础的可视化定量无损检测技术，其应用场合贯穿于航 空航天结构产品全过程全寿命周期的各个阶段和工序过程，从产 品的设计、材料研究与制备、工艺研究与优化、结构件制造装配、 整机服役和结构修理都离不开无损检测技术的支持和核心配套。 本项目研发的红外无损检测设备通过超声波、脉冲光源、连 — 24 — 续光源等方式对被检测物体进行热激励，以红外热成像方式检测 物体的内部缺陷，具有单次检测面积大、速度快、可单面检测、 无需拆卸被检测部件、可在外场使用等优点，适合于多种形状固 体材料结构内部裂纹、分层或脱粘缺陷检测。其主要检测对象有： 材料内部微裂纹，复合材料的分层、脱粘和撞击损伤，热障涂层 和陶瓷部件上的微裂纹，管道内壁的裂纹和腐蚀坑，C/C复合材 料上的裂纹，固体发动机绝热层脱粘，航天胶接结构脱粘，焊缝 内部裂纹等多种材料内部缺陷。 脉冲热像检测设备(左)，飞机雷达罩试件(右) 热激励控制器和热像仪(左)，软件及雷达罩试件检测结果(右) — 25 — 技术描述： 本项目根据实际检测场景的特点，采取脉冲热像检测、调制 热像检测（Lock-in）、阶跃热像检测、超声热像检测、脉冲相 位热像检测、频率调制热像检测等多种不同的热激励形式，在被 检测物体内形成热波，配合红外热成像设备及相应计算机数据处 理算法，对零部件内部缺陷进行检测。 技术状态： 已经开发出台式、移动式和便携式三个系列，用于各类材料、 结构内部缺陷的无损检测，如航空、航天碳纤维、玻璃纤维复合 材料板壳结构的内部分层、脱粘、异物和撞击损伤，飞机装配时 复合材料的钻孔分层，固体发动机绝热层和包覆层的脱粘，蜂窝 结构和泡沫夹层结构的内部分层、脱粘、积水，飞机、无人机复 合材料蒙皮与

硅微机械石墨烯梁谐振式陀螺仪

陀螺作为一种测量被测物角速度的传感器，可以用来辨别物 体在单位时间内旋转的角度，在姿态控制和导航定位领域有着非 常重要的作用。由于传统机械陀螺具有体积大、成本高、不适合 批量生产等不良因素，使得硅微机械陀螺以其体积小、质量轻、 成本低、功耗小、可靠性高和测量范围大等优点从众多陀螺制造 中脱颖而出，在民用和军工领域得到了广泛的应用。对于硅微谐 振式陀螺，敏感材料对温度、振动等环境因素产生的差异引起谐 振频率的变化对传感器的测量精度和工作稳定性有重要的影响。 故石墨烯谐振梁在硅微机械陀螺中作为敏感材料可以充分发挥 出体积小、结构灵活、断裂强度大以及机械品质因数高的特点。 而石墨烯梁谐振式陀螺的基础理论研究、关键技术突破还多以实 验理论为主，具体以石墨烯作为敏感结构进行谐振特性研究，具 有差动复合敏感输出的谐振式陀螺仪仍处于研究空白。 该项目团队克服现有硅微谐振式陀螺技术上的不足，充分利 用石墨烯材料的优质特点，提供一种尺寸小、结构灵活、抗干扰 能力强、测量范围大的一种硅微机械石墨烯梁谐振式陀螺仪，实 现石墨烯谐振梁与硅微机械陀螺的紧耦合。通过将石墨烯谐振梁 作为硅微机械陀螺关键技术中的敏感结构，满足了石墨烯谐振梁 敏感结构的高精度、低成本、体积小、反应快、动态范围大、适 应恶劣环境的严格要求，使陀螺仪具有线性度好、零位稳定性高、 漂移率低、抗冲击力强的性能，实现了谐振式传感器中高可靠、 — 23 — 高机械品质因数、对称测量的特点。可在生物、医疗、工业机械、 航空航天、安全防护领域有较大的应用。

高效个体冷却技术及系统

在高温环境下工作人员由于热应激效应导致体能消耗过快 而使得作业能力下降甚至出现生命危险，为此近年来国内外在个 体冷却方面做了大量的研究工作。我国在这方面的研究工作起步 较晚，但也取得了一定的进展并研制出多种形式的冷却装置，多 用于航空航天、军用等领域，而医用和民用相对较少。目前主要 存在设备笨重，制冷效率不高，无法持续制冷等问题。 本项目攻克了制冷机微型且高效的关键技术难题，开发出可 穿戴式个体冷却装置系统，具有重量轻、体积小、效率高等优势 （仅重2.75kg，制冷量240W）。在单位重量制冷量（W/kg）、单 位体积制冷量（W/L）等关键综合技术指标上，均超过国内外已 报道的最好水平。该装置系统在军机、坦克、装甲车等高温作业 环境下人员个体冷却以及军用电子设备高效冷却等领域具有广 阔的应用前景，同时在在可穿戴设备、医用便携式冰箱和降温装 置、太阳能制冷等民用领域也有巨大应用潜力。 — 21 — 技术描述： 微型高效紧凑式换热器是微型制冷机的核心技术之一，本项 目研发出的型微通道板翅式换热器，与传统散热器相比，大大提 高了传热面积密度，解决了微型制冷机高效散热的难题，从而实 现了制冷机的微型化、轻量化。此外，本项目研发出的微型蒸气 压缩式制冷装置等技术也都处于国际领先和先进水平。 技术状态: 该项目研发的个体冷却装置已列装我军陆航、海军、空军等 部队，累计交付 500 多套，并出口近百套。成功解决了我军直升 机、舰艇等重要大型军事装备长期悬而未决的高温实战环境下作 战人员的个体热防护难题，并获得国防技术发明二等奖。 — 22 — 知识产权： 已获国家发明专利 1 项。

高性能深失速机翼结构及飞行器

在航空领域，提高飞行器的气动性能一直是人们关注的重点。 其中，机翼本体在大攻角下的分离和失速会影响飞行器的气动性 能，从而危及乘客的安全。 目前，为了解决机翼本体在大攻角下的分离和失速问题，一 种概念设计方案是将原有机翼本体平滑的前缘改造为凹凸不平 的前缘，使得当气流流过机翼本体前缘时，会从凹陷向凸起卷起 一个漩涡，该漩涡被流动方向上的气流拉长并向下游延伸，同时 以流动方向为轴线旋转，逐渐形成流动掺混程度更高的湍流，从 而将远离机翼本体表面的高速流动卷入靠近机翼本体表面的低 速流动中，使得靠近机翼本体表面的气流的动能增加，从而提高 了边界层抵抗流动分离的能力，以消除机翼本体分离和失速的现 象。但是，现有技术中通过机翼本体凹凸不平的前缘虽然消除机 翼本体在大攻角下分离和失速的现象，提高了飞行器在大攻角下 的气动性能，但是采用该方式会使得机翼本体的最大升力和中小 攻角下升力减小，从而导致飞行器在中小攻角下的气动性能较差。 — 19 — 本项目研发出一种高性能深失速机翼结构及飞行器，该高性 能深失速机翼结构包括：机翼本体及等离子体激励器，等离子体 激励器附着在机翼本体后缘处，机翼本体前缘的形状为预设波形。 由此可见，在本发明实施例中，通过在机翼本体后缘处附着等离 子体激励器，使得在高压高频交流电源的驱动下，等离子体激励 器表面会周期性地产生从裸露电极到覆盖电极方向，以及从覆盖 电极到裸露电极方向的壁面射流向下冲刷回流区，能够提升机翼 本体的升力，从而提高了飞行器在中小攻角下的气动性能，此外， 通过将机翼本体前缘的形状为预设波形，可以使得靠近机翼本体 表面的气流的动能增加，从而提高了边界层抵抗流动分离的能力， 进而提高了飞行器在大攻角下的气动性能，即通过本发明实施例 提供的高性能深失速机翼结构，提高了飞行器在全攻角范围内的 气动性能。 — 20 —

穿戴式下肢外骨骼康复机器人装备系统

目前我国肢体残疾患者有 2400 多万人，而每年仅对不到 40 万肢体残疾患者实施康复训练，康复装备供应与临床需求存在巨 大缺口。目前以色列、日本、美国、瑞士均有此类康复产品，但 多为个人定制型产品，仅适用于单人助行使用，无姿态重塑效果， 康复效果差、恢复时间长。 该项目开发出一种带有智能助力、可穿戴在行走障碍患者下 肢进行康复训练或行走助力的机器人设备，主要应用于下肢康复 领域，可以实现全支撑真实行走训练方式和在线姿态反馈实时智 能引导的全闭环人机交互训练模式，能为各种状态（不同损伤及 恢复体况）的患者进行准确合理助力、提供正确步态引导的真实 行走式康复训练，使患者运动机能得到更快更好恢复，高效提升 行走能力。作为国内首个治疗改善下肢运动障碍的特效智能机器 人系统，该产品改变了传统一对一人工或半机械康复训练治疗模 式，为患者提供一种广泛适用的下肢康复训练科学手段，极大提 升了我国康复学科的技术水平和先进性。 — 17 — 技术描述： 该产品通过步态检测分析系统及足底压力检测分析系统对 患者进行下肢运动能力评估分析，结合智能病案收集及康复患者 管理系统为患者定制康复训练计划。根据患者训练计划，通过相 应类型外骨骼机器人进行康复训练，训练中通过检测分析系统对 患者不断进行再评估分析，逐步优化康复训练方案，直至患者恢 复直立行走。 该项目所研发的外骨骼机器人，可以根据患者体型和康复计 划进行相应调整，其髋关节到膝关节距离可调节范围为 385mm—475mm，膝关节高踝关节距离可调范围为 415mm—495mm， 步速可调范围为 2.45s/步—5.25s/步，步态周期调整范围为 2s-5.25s，步态跟踪误差小于等于 1°。 技术状态: 目前研发团队已经开发出适合不同应用场景的多款产品，目 前为止已经完成了 600 多例临床试验和治疗。此项目在 2016 年 9 月份，获得“最佳创新数字医疗器械奖”，获批成为首例北京市 — 18 — 创新医疗器械产品；2016 年 10 月份，获得“2016 年度中国‘双 创’25 强”；2017 年 5 月份，获得由中国政府和英国皇室联合

直升机应急救援虚拟现实训练系统

随着我国应急救援体系的发展，航空应急救援机组人员的协 同任务训练需求越来越广泛，然而直升机应急救援任务训练具有 实际飞行训练成本高昂、危险性大，以及灾害及救援环境难以复 现，无法实飞训练的难题，采用智能虚拟现实技术的直升机应急 救援虚拟现实训练系统具有多任务、协同化、低成本的特点，在 机组资源管理、程序训练、教学评估等方面有着广阔的应用前景。 本项目研制了面向森林灭火、医疗救援、地震搜救、山区救 援、海上搜救等协同训练的智能虚拟现实仿真系统，系统由多台 支持协同任务的多功能应用端组成，支持救援任务场景的快速构 建，并支持飞行员、救援人员等多个角色共同模拟直升机应急救 援任务过程，支持教员实时对任务过程进行评估。 — 13 — 技术描述： 1．系统组成 1）任务想定子系统 任务想定子系统实现了应急救援任务初始化编辑的组件化 技术，通过调用基础资源库中的场景、角色、装备、建筑、触发、 环境 5 大类，共计百余个组件，能快速实现任务脚本的编辑。 2）导教控制子系统 导教控制子系统能够对仿真环境中的环境变量、直升机能力 数据、任务信息等进行实时的全局调整，可以对训练系统做出需 — 14 — 要的改变，用以模拟实际情况中的随机因素，实现对机组人员进 行实时的考核与训练，提高被训练者应对突发情况的反应能力与 思考能力。 3）任务程序评估子系统 任务程序评估子系统用以对任务流程中的关键节点进行自 动或手动的打分，实时监控任务的进行情况，并对任务角色和任 务目标进行相应的观察判断。 4）协同任务训练器子系统 协同任务训练器子系统包含直升机应急救援任务中的机长、 副驾驶、操作员等多种任务角色应用端，支持多机型、多人员利 用任务训练器进行协同训练完成救援任务，基于最新的虚拟现实 技术，实现沉浸式的高逼真度救援任务训练。 2．典型应用场景 1）直升机森林灭火任务程序训练 针对直升机森林灭火的任务特点及训练点，基于系统各类组 件及子系统快速构建，能够进行森林灭火任务中的机长、副驾驶、 操作员协同任务训练及评估。 2）直升机医疗救援任务程序训练 针对直升机医疗救援的任务特点及训练点，基于系统各类

盒式倾转翼飞行器

近年来，随着蓄电池能量密度和主动控制技术的快速发展， 加上电机驱动螺旋桨可快速调转速的特点，开发实用型的电驱动 超轻型旋翼飞行器的条件已成熟。与直升机相比，倾转旋翼或倾 转翼飞行器综合了旋翼和固定翼的优势，其中，倾转翼在垂直起 — 11 — 降和悬停时的气动效率显著高于倾转旋翼，这对电驱动飞行器尤 为重要，因此倾转翼成为首选构型。 然而，目前倾转翼飞行器主要采用上单翼式或四个以上多旋 翼构型，其主要有以下两方面的不足：一是导致静稳定裕度不足 或是稳定裕度有余但动力系统复杂且低效；二是这类飞行器的主 动控制系统在起飞悬停时对各旋翼的升力变化很敏感，因此对机 翼的刚度要求更高，以免升力变化产生的机翼的振动和弹性变形 引起系统对旋翼的过度调节而导致稳定性控制发散。而传统飞机 构型采用的悬臂梁式倾转上单翼的刚度明显不足，采用小展弦比 大厚度的机翼设计又会导致结构偏重以及机翼升力面偏小而低 速前飞时升力不足。 为克服或补偿上述现有技术的不足，项目团队提供了一种构 型科学合理、结构紧凑、气动效率高、控制精准、具备短距起降、 垂直起降和悬停并在前飞时可利用气流能量充电功能的前三点 式动力布局盒式倾转翼飞行器，其包括机身、起落架、固定前翼、 可倾转后翼以及旋翼系统，所述固定前翼的翼尖通过连接构件与 所述可倾转后翼的翼尖连接，所述旋翼系统包括设置于所述机身 的前端的可倾转的前螺旋桨，和设置于所述可倾转后翼上且分别 位于所述机身的两侧的一对后螺旋桨，所述一对后螺旋桨随所述 可倾转后翼同步倾转。前后机翼在翼尖相连形成的盒式双翼构型 使机翼尤其是可倾转后翼结构刚度大幅提高，同时机身前端的发 动机和可倾转后翼两侧的电动机所构成的前三点式动力布局，使 飞行器在垂直起降和悬停状态均具有足够的俯仰和滚转静平衡 余度。 — 12 —

适航技术研究与服务

适航是民用航空安全的重要保障，也是民航产品进入市场的 法定前提。由于我国航空工业长期按军工体制发展，民用航空产 品的研制一直处于小规模、低水平阶段，加上投入不足等原因， 我国民用航空产品尤其是通航产品适航取证能力明显低下。随着 我国民用航空工业的快速发展，越来越多的非航空企业正在进入 这一热点领域，上述问题越来越明显。 北京航空航天大学于 2008 年在国内高校中首先设立适航专 业，技术团队先后开展了大量针对适航技术及管理政策的科研工 作，取得了一批学术和应用成果，在协助局方提升适航审定能力 和帮助申请人建立健全适航取证能力等方面发挥了重要作用，形 成了较强的适航技术研究与服务能力。 适航服务能力 团队充分发挥已经积累的技术优势和经验，逐步构建覆盖通 用航空与无人机系统研制运行全领域、公共运输航空重点专业领 域的适航技术研究与服务体系。未来将继续关注国际、国内最新 — 10 — 民用航空技术与政策的发展动态，不断开展民用航空产品适航性 /安全性相关技术研究，为局方和民用航空产品研制单位提供适 航技术研究、适航取证服务和适航技术培训等业务。 工作业绩: 参与国内部分主流型号产品的适航审定工作。 参与部分适航规章和程序文件的制定/修订工作。 承担工信部、民航局及工业部门大量适航技术研究课题， 包括但不限于适航管理、飞控、环控、人为因素、软硬件及系统 安全性分析等领域。 为各类航空产品适航取证提供技术支持与服务，包括通用 航空器、发动机、中型及大型无人机（试点）、机载设备/零部件 等产品；参与某大型无人机的军适航研究与技术服务工作。 为民用航空产品研制、运行和维修单位提供技术支持与服 务，包括生产许可、运行许可、维修许可的审查等。 合作方式: 合作研究，共同开展适航技术与管理相关的科研课题研究。 技术服务，为申请人的适航取证项目提供适航技术支持与 服务。 引入战略投资，共建专业化适航技术研究与服务平台。

串列翼飞行器气动布局

高空长航时飞行器在战场长时侦察和高空大气探测方面有 其特殊的用途，其发展受到了广泛关注。国内外通常采用超大展 弦比、大翼展的常规布局。然而，采用超大展弦比、大展长之后， 由于机翼的展长比机翼的厚度和弦长要大得多，因而可能会存在 结构刚度不足的问题。在飞行过程中，易形成结构变形与气动力 交互作用的气动弹性现象，对飞行器的安全和性能有着相当重要 的影响，会降低操纵效率、机翼升力系数斜率，甚至可能在飞行 包络之内产生爆发性的颤振、发散，甚至致使结构突然毁坏造成 飞行事故。 本项目从气动设计角度出发，对串列翼布局前后机翼之间的 气动干扰进行深入研究，提出了一种采用高后翼支撑尾翼的高空 长航时串列翼飞行器气动布局，提供了一种结构性能和气动性能 俱佳的高空长航时飞行器设计技术方案。该项目飞行器气动布局 采用较大弦长下单前机翼与上置较小弦长后机翼布置；并利用“V” 型尾翼支撑的布置方式，增强上置较小弦长后机翼的结构刚度。 机身尾部安装有涡扇发动机和垂直尾翼。采用高后翼支撑尾翼的 高空长航时串列翼飞行器气动布局，飞行器采用圆柱形截面机身、 大展弦比的前机翼和后机翼、“V”型尾翼、垂尾；其中，前机 翼为下单翼，对称安装在机身前半段；“V”型尾翼为两个，对 称安装在机身后半段，上反角 45°；后机翼利用“V”尾支撑的 方式安装在“V”型尾翼的梢部；垂尾安装在机身尾部下方；发 动机安装在机身尾部上方。 — 8 — 本发明飞行器气动布局的优点在于：

3D 人脸表情识别方法和装置

随着 3D 数据采集技术的不断发展，3D 数据的采集速度迅速 — 6 — 提升，与传统的 2D 数据相比，3D 数据具有更高的分辨率，同时 包含了更多的有用信息，能够很好的克服 2D 数据在人脸表情识 别中遇到的光照和姿态影响的问题，现有的 3D 人脸识别方法大 部分利用面部的整体或单纯的将面部简单划分为若干个矩形块， 通过提取不同的特征向量来达到表情识别的目的。然而，采用现 有技术的方法，没有考虑到面部表情产生的深层原因是由于面部 肌肉的运动，正是由于面部各肌肉的协同运动产生了不同的表情， 因此，现有表情识别方法识别准确率不高。 该项目利用各个肌肉块对不同表情的影响不同的特点，采用 对各表情对应的识别准确率最高的肌肉块组合，对各表情进行识 别，从而提高最终识别结果的准确率。在识别过程中，首先通过 获取待测试人脸各表情对应的特征肌肉块组合的特征向量，由于 各表情的特征肌肉块组合是针对对应表情识别准确率最高的肌 肉块组合，根据各表情对应的特征肌肉块组合的特征向量，获取 待测试人脸各表情的识别概率，在待测试人脸各表情的识别概率 中，将具有最大识别概率的表情，确定为待测试人脸的表情，能 够提高识别的准确率。 — 7 —

3D 导热复合材料及其制备技术

随着电子器件工作功率、集成度、封装密度的不断提高，电 子器件单位面积的产热量迅速增大，研究数据表明，电子器件温 度每上升 10℃，其可靠性和稳定性下降 50％，因此，对于电子 器件的散热性能的要求也越来越高。 在当前研究阶段，石墨膜、石墨烯膜等碳基高导热膜材料由 于其具有质轻、贴覆性好、优良的面内导热性能、耐腐蚀等优点， 被广泛应用于电子工业散热领域。但当石墨膜等碳基高导热膜材 料叠加形成 3D 材料时发现其在厚度方向的热导率较低，面内和 — 5 — 厚度方向的传热性能差异性较大，导致复合材料的散热局部差异 较大，无法实现各个方向快速平衡的散热，而且在采用石墨膜复 合材料层间大都是低导热的树脂作为粘结层，进一步阻隔了在厚 度方向的传热性能，因而现有的 3D 复合材料在厚度方向的散热 性能普遍不佳，不能实现面内和厚度方向散热性能的平衡，同时， 石墨膜等碳基高导热膜材料与树脂的界面粘结强度较低，层间剪 切强度低，极大的限制了其在电子器件中的广泛应用。 针对以上问题，本项目研发了一种厚度方向具有较高热导率 和层间剪切强度的 3D 导热复合材料及其制备技术。 技术描述: 本项目涉及 3D 复合材料技术领域，研发了一种 3D 导热复合 材料，包括平面层和垂直植入平面层的导热增强体。平面层包括 层叠设置的导热膜层，相邻的两层导热膜层由树脂层粘结，导热 增强体为纤维 pin 针或金属针，通过在平面层的厚度方向植入导 热增强体纤维 pin 针或金属针，建立了厚度方向的导热通道，利 用纤维 pin 针或金属针的高导热性实现了厚度方向的快速传热， 而且平面层由单一的导热膜经树脂粘结构成，实现了复合材料面 内温度的快速均一化，同步提高了 3D 复合材料的面内和厚度热 导率。同时，导热增强体纤维 pin 针或金属针起到了层间增强的 作用，提高了层间剪切性能。实验结果表明，3D 导热复合材料的 面内热导率可达到 130～180W/mk，厚度方向热导率可达到 4～ 16W/mk，层间剪切强度从原来的最高 20MPa 提升到了 42MPa。