针对传统迭代最近点（Iterative closest point，ICP）算法容易在低重叠场景和噪声干扰下失效的问题，本文提出了一种基于误差引导阈值调整机制的改进ICP 点云配准方法，旨在提升点云配准的精度与鲁棒性。在粗配准阶段，结合快速点特征直方图与随机采样一致性算法，通过随机采样并引入三角形相似性约束，选择特征显著的对应点对，初步估计点云间的位姿变换。在精配准阶段，提出的误差引导阈值调节机制根据每次迭代中的匹配误差动态调整距离阈值，确保源点云中每一个点仅与目标点云中阈值范围内的最近点进行匹配，有效剔除无效对应关系。该方法在多个公开点云数据集上进行了验证，包括复杂几何结构模型及大规模场景，试验结果表明本文提出的方法显著提高了点云配准精度，即使在低重叠率和具有噪声的场景中仍然表现良好。

可重复使用运载器是实现天地往返运输的重要载具，热防护系统作为关键子系统，其主要功能是在再入大气过程中保护飞行器在气动加热环境中免遭烧毁和过热，其健康状态直接关系到飞行任务的可靠性和经济性。针对热防护系统在飞行过程中易发生的故障问题，本文首先以航天飞机、星舰等典型可重复使用运载器为例，分析了其热防护系统主要损伤模式，包括螺栓松动、结构脱黏和碎片冲击导致的损伤等；然后，对国内外相关热防护系统结构健康监测技术进行了详细综述，包括热防护系统温度监测、连接螺栓松动监测、结构脱黏监测、结构冲击监测等关键技术的实现方法及其实用性等；最后，对可重复使用运载器热防护系统结构健康监测技术未来发展趋势和前景进行了展望。

航空航天、石油化工及轨道交通等重大装备领域，螺栓连接结构常处于高温、大压强及多源载荷耦合的复杂工况，螺栓松动监测对于保障结构安全与服役稳定性具有重要意义。压阻传感器因其制备工艺成熟、成本低和响应灵敏，在工程实践中具有良好应用前景。本文研制了一种具备耐高温、高集成度与宽响应范围特性的压阻传感器。通过将炭黑（CB）、氧化铝（Al₂O₃）与聚酰胺酸（PAA）溶液机械搅拌并超声分散，制得导电溶液，结合刮涂与热亚胺化工艺，制备出厚度为100 μm的传感器，并实现与柔性电路板（FPC）的集成。试验结果表明，该传感器可在300 ℃下稳定工作，在M20 大尺寸螺栓松动监测中实现了100 N·m扭矩与34.30 MPa压力响应。测试结果验证了它在高温与大载荷工况下的稳定监测能力，为重大装备大尺寸螺栓连接结构的松动状态监测提供了可靠的技术手段，具备良好的工程应用前景。

针对在质量和功耗的限制下，飞行器结构形状感知难题，提出了一种基于有效独立法的形状感知传感器布局优化方法。该方法通过Fisher 信息矩阵衡量所有候选传感器位置的信息量，通过迭代逐步剔除对保持目标模态振型独立性作用最弱的测点，最终实现以较少数量的测点保留最大模态信息量的布局优化目标。通过服役环境下的机翼盒段数值仿真模型，验证了所提方法在复杂载荷和噪声下的有效性。最后，针对某翼形点阵夹芯板结构搭建试验平台，在优化后应变传感器布局下，位移重构误差不超过10%，结果表明了此方法实际工况条件下的有效性。

树脂基复合材料在航空航天等领域的众多典型承力结构、非承力结构中广泛应用，在结构功能一体化背景下，传统离线监测手段已无法满足复合材料智能化的需求。随着复合材料的结构健康监测（Structural health monitoring，SHM）不断发展，以碳纳米管、石墨烯和MXene 等导电粒子为传感单元的柔性传感器为复合材料的损伤 早期识别、服役状态预警和智能诊断开辟了新思路。本文主要针对柔性传感器的结构健康监测技术进行系统综述，重点介绍柔性传感器的设计思路、关键技术、机理机制和应用进展，并对其未来在航空航天领域的应用进行了展望。

针对可重复使用飞行器热防护结构在复杂多场耦合环境下易产生层间脱粘损伤的关键问题，提出基于超声导波与域自适应迁移学习的无损检测方法。通过设计4 类典型粘接缺陷的隔热瓦试件，结合双向正交扫描策略与超声激励– 接收机制，实现粘接区域的高效覆盖检测。针对试件个体差异引起的信号漂移问题，采用基于峰值比例阈值的相位对齐方法，通过优化窗口长度同步保留损伤敏感特征并抑制噪声干扰。进一步构建域自适应迁移学习网络（Domain-adaptive transfer learning，DATL），实现跨试件损伤特征的分布对齐。试验表明，在跨试件测试场景下，DATL 模型准确率仅下降3.9%，域间分布差异指数从0.31 降至0.10 ；在目标域数据量不足40% 时，其准确率仍达85%，较卷积神经网络（Convolutional neural network，CNN）提升19.4%。该方法缓解了对损伤类型和试件一致性的依赖，可降低在役热防护结构脱粘检测的误报率与漏检率，为可重复使用飞行器的快速无损检测与健康评估提供了一种可行的解决参考方案。

直书写（Direct ink writing，DIW）3D 打印传感器凭借其设计灵活、制造精度高等优势，在航空航天的结构健康监测方面有着极高的应用潜力。本文综述了DIW 传感器在设计、制造与应用方面的最新研究进展。首先，系统性地梳理了DIW 传感器的设计突破，包括传感器多层复合结构的理论设计、DIW 传感器阵列的优化设计、嵌入式传感器的集成设计以及多功能传感器的解耦设计；在制造工艺方面，重点介绍了通过工艺参数优化实现传感器的可控高精度制造，以及开发多轴联动装备实现复杂曲面的高精度共形打印；在应用层面，展示了DIW 传感器在航空航天结构健康监测、建筑振动监测、人体运动捕捉、软体机器人闭环控制等领域的成功案例。最后，探讨了DIW 传感器目前面临的问题和挑战，并给出了未来可能的发展方向。DIW 技术的优异材料兼容性和曲面共形能力，使其有望在未来成为保障飞行安全和延长装备寿命的关键技术之一。

金属多钉连接结构的准确裂纹诊断对于指导飞机结构地面试验和保障在役安全具有重大意义，然而其裂纹长度– 导波损伤因子的异方差不确定性将严重影响结构裂纹诊断以及诊断结果的可靠性评估。针对该问题，本文提出了基于分位数回归神经网络（Quantile regression neural network，QRNN）的多钉结构裂纹诊断方法，采用QRNN构建损伤因子和裂纹长度的映射模型，通过中位数实现结构裂纹长度的诊断。进一步结合分位数输出，得到不同裂纹长度下的诊断可靠性。以复杂多层长桁多钉连接结构为研究对象，开展了诊断与可靠性评估验证。结果表明，所提出方法能够实现典型长桁多钉连接区域裂纹的准确诊断，其中蒙皮上损伤诊断均方根误差为1.2 mm，长桁上损伤诊断均方根误差为2.2 mm，并且实现了诊断结果的可靠性评估。

采用仿真模拟与试验验证相结合的方法，探讨了网格化处理对碳纳米管薄膜（CNT–film）电热性能的影响。首先，通过有限元分析，研究不同网格形状、取向方向、网格间距和圆角半径对电热元件温度分布及均匀性的影响；结果表明，CNT–film 电热元件采用正方形网格、电流方向垂直取向方向、网格间距d=5 mm、圆角半径r=1 mm 的参数进行设计时，温度分布均匀性效果最好。在仿真优化的基础上，开展试验以验证仿真结果的可靠性，试验结果与仿真结果一致，表明网格化设计方案可以显著提高CNT–film 电热元件的温度均匀性和电阻值，避免传统CNT–film 电热元件因表面电性能不均匀而导致的温度分布不均、局部温度过高等问题。优化方案不仅扩展了CNT–film 在面状电热领域的潜在应用，还为局部开孔电热元件的设计提供了新思路和方法。

针对薄板类构件扩散连接工艺中连接强度难以快速、准确测试的现状，提出了适用于薄板扩散连接界面法向连接强度的测试方案。通过TC4 材料的扩散连接单因素试验，获得了不同扩散连接质量的试件。测试结果表明，该试件的界面连接强度与焊合率呈正相关关系。断口分析显示，随着焊合率的提高，断口由平整向锥状转化，等轴型韧窝转化为剪切型韧窝，证明了本文方法与金相法评价的等效性。本文所提方法补充了扩散连接质量的评价体系，而且能直接表征大范围扩散连接界面的力学性能。

为探究表面强化对增材制造构件表面或近表面气孔缺陷的影响，基于选区激光熔化制备增材制造TC4 试样，对其表面进行喷丸强化处理，利用计算机断层扫描技术表征强化前后试样的内部缺陷，进行气孔缺陷三维可视化重构与分析，并对强化前后试样的微观组织、显微硬度和拉伸性能进行了测试分析。结果表明，强化后试样的孔隙率比强化前降低了0.32%，并有效改变了大气孔的体积及空间几何位置。强化后试样截面硬度提升23.38%，抗拉强度提高60.15%，表明喷丸强化细化了晶粒结构，改善了试样的表面完整性与整体力学性能。

铆接是碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）的一种重要连接方法，但是传统铆接极易导致CFRP 接头出现过大的干涉量和严重的损伤，造成质量隐患。本文通过试验方式对CFRP 试件开展了纯铆接、垫圈铆接、衬套铆接和垫圈+ 衬套铆接的损伤行为研究。结果表明，纯铆接接头的平均干涉量最大（远大于2%），且接头截面损伤最严重；垫圈铆接接头的平均干涉量为0.757%，接头截面几乎没有损伤；衬套铆接接头的平均干涉量为0.956%，但是镦头歪斜对孔周造成了挤压变形等损伤；垫圈+衬套铆接接头的平均干涉量为–0.915%，没有形成有效干涉，接头截面未见明显损伤。

TC4 钛合金是飞行器着陆架等结构件的主要材料，其超低周疲劳性能研究对承受大载荷的飞行器结构的可重复使用性评估至关重要。本文开展了TC4 钛合金材料室温下的超低周疲劳试验研究，并分析了疲劳断裂机理。该合金在大载荷疲劳加载条件下表现出持续的循环软化特性，分别基于Coffin–Manson 公式、应变能密度模型与幂指函数模型对TC4 钛合金的超低周疲劳性能进行了描述，结果表明，在不同应变比下幂指函数模型对超低周疲劳数据的描述能力更强，疲劳寿命分散带更小；在不同应变幅下，材料均出现二次裂纹与孔洞，且随着应变幅增加，断裂模式由正断型向切断型转变。

针对飞机翼盒装配机器人在使用传统概率路线图（PRM）算法时存在的各种问题（如采样点分布不均、冗余采样点、路径图构建复杂及路径折点过多等），提出了一种基于改进PRM 算法的路径规划方法。首先，采用Halton 序列优化采样策略，确保采样点在构型空间中的均匀分布，从而提高采样质量；其次，设计了基于控制点的椭圆区域冗余点优化策略，并引入局部敏感哈希（LSH）函数，以减少构型空间内的冗余采样点，优化概率路线图的构建和搜索效率；最后，采用B 样条曲线对规划路径进行平滑处理，以满足翼盒装配机器人的实际运动约束。二维和三维空间的仿真试验结果表明，相比传统PRM 算法，在二维空间中，改进PRM 算法的规划时间平均减少了41.1% ；在机械臂高维构型空间中，改进PRM 算法的规划时间平均减少了68.43%，生成的路径更加优化，显著提升了翼盒装配机器人的工作效率。

微铣削加工中的刀具磨损状态对微小型零件关键部位的几何形状和表面质量有着重要影响，是关乎产品质量和性能稳定性的关键因素。然而，由于刀具尺寸过小，在实际加工中难以对刀具磨损状态进行实时监测，且严重影响加工效率。本文提出一种基于加工表面图像分形特征的刀具磨损预测方法，首先，主要利用多重分形分析法提取加工表面图像的多种纹理特征，并与图像采集系统获取的实际刀具磨损值构建数据集；其次，利用特征选择算法和支持向量回归结合的刀具磨损评估技术（ReliefF–SVR）预测刀具磨损。结果表明，所提出方法在多种切削条件下均具有较强的鲁棒性，可以准确预测微铣削过程中的刀具侧面磨损程度，平均预测准确率达93.6% 以上。本研究为微小精密零件的实际质量控制提出一种可行可靠的方案。

耳片螺栓连接结构在航空工业中被广泛应用，该结构在频繁承载下极易发生断裂破坏，因此分析其拉伸性能和抗疲劳性能至关重要。本文通过理论公式计算结果设计了耳片连接结构的拉伸试验参数，并利用拉伸位移– 载荷曲线设计了低周疲劳试验。结合试验和有限元仿真的方法研究了7050–T7451 铝合金耳片结构的静载失效及低周疲劳失效。结果表明，双耳结构在7686 次循环周期后彻底断裂，裂纹疲劳扩展a–N 曲线与疲劳寿命的仿真结果较为接近。研究结果对评估耳片连接结构的安全及耳片连接件的选用提供了可靠的理论基础。

为了真实反映整体穿刺碳纤维毡的压缩特性，构建了穿刺碳纤维毡压实模型，采用有限元方法预测压缩载荷与压实高度的非线性映射关系。首先，考虑碳纤维毡内部纤维分布的随机性，提出了碳纤维毡微观结构参数化建模方法，并定义了纤维取向、方位角和长度等几何参数，在ABAQUS 平台上利用Python 程序设计语言构建了碳纤维毡细观几何模型。其次，采用Abaqus/Explicit 算法对穿刺碳纤维毡压实过程进行有限元仿真，分析了预制体在压实过程中不同阶段的结构变化。最后，通过压实试验获得了预制体压实高度与压缩载荷之间的曲线关系。试验结果表明，数值仿真的预制体结构形态变化和压缩载荷– 位移曲线关系均与试验结果吻合较好，两者之间最大误差小于5.5%，验证了穿刺碳纤维毡压实模型的正确性。