红外成像导引头对隐身飞机探测性能提升途径分析

隐身飞机的出现对现有雷达和红外制导空空导弹的目标探测能力都提出了挑战。由于隐身飞机对雷达隐身的效果优于红外,相对而言,红外制导空空导弹具有反隐身的优势。但红外导引头仍需采取一定的措施以提高其对隐身目标的探测识别能力。本文针对红外成像导引头探测隐身目标能力提升需求,首先梳理了隐身飞机的红外辐射特征,之后根据红外成像导引头探测性能的影响因素,提出了采用双色/多波段成像探测、优化系统工作参数设计、提高成像质量和场景自适应性、采用低信杂比目标检测截获等技术以提高系统对隐身飞机的探测识别能力。

路遥而不坠其志 行远而不改初心——写在《航空兵器》创刊60周年

六十年风雨兼程,一甲子硕果累累。在充满变化与生机的季节,《航空兵器》迎来了她60岁的生日。60年初心坚守,《航空兵器》记录中国航空武器探索创新的发展轨迹。60年薪火相传,《航空兵器》持续打造武器工业领域高质量期刊。60年来,《航空兵器》始终与时代同行,坚守办刊初心,聚焦前沿科技,服务技术发展。

“机载武器新型动力技术”专题征稿启事

随着科技的不断发展和作战需求的持续提升,新型动力技术将在机载武器领域发挥越来越重要的作用。我们期待更高效、更智能、更经济可承受的动力系统出现,为机载武器提供更强的打击能力和更好的战场适应性。同时,这些技术的发展也将推动军事科技的进步和国防实力的提升。为深入探讨机载武器新型动力技术的最新进展、挑战与机遇,《航空兵器》特开设“机载武器新型动力技术”专题(正刊),旨在征集相关领域的高质量学术论文,促进学术交流与合作,共同推动该领域的技术创新与发展。

梯度风场滑翔仿生飞行器设计与仿真

将信天翁从梯度风场中获取能量滑翔数千英里的飞行策略应用在飞行器上是突破飞行器续航瓶颈的重要方法之一。本文结合信天翁身体特性和飞行策略,设计了一种具有信天翁仿生外形、气动布局和控制方式的仿信天翁飞行器,巡航时升阻比为梯形翼飞行器的1.13倍,最大可达梯形翼飞行器升阻比的1.31倍,通过翼尖变形阻力最高可减小12%,翼根载荷减小35%。根据信天翁在滑翔时不时扑动翅膀的行为提出了间歇动力梯度风滑翔方法,对仿信天翁飞行器进行了风梯度滑翔操控性能仿真。结果表明实际飞行路径与风梯度滑翔路径的误差小于5%,能量消耗为匀速飞行的51.5%,验证了间歇动力梯度风滑翔策略的合理性。

2023年国外空空导弹发展动态研究

全面介绍了2023年国外空空导弹最新发展情况,重点论述了美国的AIM-9X、AIM-120、AIM-260、“远射”项目、模块化先进导弹、“突变”项目,欧洲的ASRAAM、IRIS-T、“流星”导弹和创新导弹技术,以及俄罗斯的RVV-MD2,日本的JNAAM,以色列的“天空之矛”,印度的“阿斯特拉”等空空导弹最新研制进展和试验情况,最后总结空空导弹的最新发展特点。

一种多段机翼水面起降地效无人机气动特性

为改善水面起降性能和气动性能,基于船身式机身、多段机翼和T尾融合设计思路,提出并设计了一种新型仿生式多段机翼地效无人机方案,采用N-S方程和K-Ω-SST湍流模型,详细研究了该型无人机在不同状态下的压力云图、压力系数及升阻特性。仿真结果表明,地效作用随离水高度的增加而减小,离水高度与平均几何弦长之比(高度弦长比H/c)接近1时,地效作用较为显著,无人机在离水高度0.2 m时,升力系数、升阻比分别提升21.91%和40.37%,阻力系数降低15.22%;对提出的多段机翼布局,地效飞行主要影响下表面压力系数和压力云图,下表面压力系数展向上由内向外正压增幅逐渐减小,弦向上前后缘附近压力系数较小,结合压力云图分析,地效对升力增幅的影响主要集中在中段和内段机翼下方区域;地效飞行可明显提高升力线斜率(H/c为1时提高了8.89%),迎角增加时升力系数增幅和阻力系数降幅均逐渐变大,升阻比增幅(H/c为1)在迎角2°后均达到26%以上;通过验证机的多轮水面起降和有、无地效飞行试验,证明设计方案具有优秀的气动性能和飞行性能,可为水质检测、水面地效运输、搜救侦察等提供应用平台。

美军试验鉴定即连续体概念研究

试验鉴定改革是美国国防采办体系改革和美军数字化转型的重要组成。面对人工智能、自主等新兴技术发展,以及多域战、全域战等体系化作战要求给武器装备能力交付带来的试验鉴定挑战,美国国防部积极推动试验鉴定领域的数字化转型,其中一项重要举措便是提出试验鉴定即连续体概念,以期借助数字工程理念,持续开展试验策略与鉴定流程优化,进一步提升武器装备采办效率与质量。本文简述了试验鉴定即连续体的发展情况,分析研究了其框架内容、概念内涵,以及具体实施所需的能力要素,给出了有关武器装备试验鉴定数字化转型发展的启示。

基于混合策略博弈的无人机辅助移动边缘计算任务卸载

在单无人机辅助的移动边缘计算系统中,为使无人机能服务于大区域中的所有用户设备,可将大区域分成多个子区域,并设定无人机以固定路线在各个子区域间飞行来为用户设备提供计算服务。考虑到用户设备计算资源较匮乏且无人机覆盖区域外的用户可选择移动至覆盖区域内进行任务卸载以最大化自身效用,可将用户设备的部分卸载问题转化为每个用户设备的效用最大化问题,并利用混合策略博弈和子模博弈来分别确定用户设备的移动概率和卸载数据量,从而得出最优卸载策略,且分别证明了混合策略纳什均衡和纯策略纳什均衡的存在性。仿真结果表明,所提方案与MBO(Binary Offloading Based on Mixed Strategy Game)等经典方案相比可有效提高用户设备的效用,并验证了其收敛性和稳定性。

2023年国外空地导弹发展动态研究

2023年,世界军事强国大力投资并积极推动空地导弹的研发和实战化应用。本文对国外典型空地导弹的最新发展动态进行了总结,如美国的AGM-158联合空面防区外导弹(JASSM)、防区内攻击武器(SiAW)、AGM-183A高超声速导弹、AGM-182A高超声速攻击巡航导弹(HACM),英国的“矛”(SPEAR)导弹,俄罗斯的Kh-38多用途导弹、“匕首”高超声速导弹,以色列的“破冰者”(Ice Breaker)导弹等。同时对国外空地导弹的体系化协同作战、低成本系列化发展、电磁作战能力、高超声速领域激烈的竞争态势、打造数字工程生态系统等发展特点进行了总结和分析。

阵元失效下稀疏阵列的二维DOA估计算法

本文针对二维稀疏阵列在阵元失效条件下,因数据缺失导致虚拟阵列连续性被破坏及自由度下降的问题,提出了一种二维DOA估计算法。首先基于二维差分共阵构建虚拟阵列,然后利用解耦原子范数最小化理论,以矩阵填充的形式恢复协方差矩阵数据,实现对虚拟阵列中丢失虚拟阵元的内插,最后采用SS-MUSIC算法进行多信源的二维DOA估计。所提方法弥补了物理阵元失效所造成的影响,恢复了原始虚拟阵列的完整孔径特性,保持了虚拟阵列的自由度,从而确保了较高精度的二维DOA估计性能。仿真实验结果表明,在相同阵元数量及阵元失效情况下,本文提出的算法相比已有方法能有效地估计更多信源,并在小快拍数和低信噪比条件下表现出更高的稳健性,最大限度地保留并利用了稀疏阵列在二维DOA估计中的自由度优势。

基于天塞主镜的多尺度长焦成像系统设计

针对提升多尺度成像系统的分辨率以满足对远距离目标精确识别的需求,从提升主镜焦距的角度出发,本文提出一种基于天塞结构主镜的多尺度长焦成像系统设计,分析了为满足次级镜头的线性排布而需要对主镜添加的两个约束条件,针对次级镜头阵列中随离轴角增加使系统在对应视场成像质量下降的问题,对邻近区域次级镜头进行协同优化,同时在离轴位置次级镜头的优化中应用自由曲面面型完成像差校正。所设计系统不同视场区域成像的MTF曲线一致性较好,表明系统在全视场范围内成像质量理想。采用天塞结构主镜设计的多尺度成像系统,其空间分辨率达14μrad,相较于共心球透镜的多尺度系统有显著提高。

电磁目标表征:知识-数据联合驱动新范式

电磁目标表征是电磁空间态势感知中的一项共性基础性问题。早期目标表征基于专家经验知识,需要设计者具有较强的专业背景与先验知识,其在复杂信号环境下的性能不佳。近年来发展起来的深度学习为复杂电磁环境下的目标信号表征提供了新的途径,它通过模拟人脑的深层结构建立机器学习模型,以端到端的方式自动表征和处理目标数据,在电磁目标检测、分类、识别、参数估计、行为认知等感知任务中显示出良好的性能。然而,深度学习严重依赖海量高质量标注数据,在现实电磁环境中存在一定局限。将知识融入智能系统一直是人工智能的研究方向,结合知识与数据进行电磁目标表征,将有望提升目标感知精度与泛化能力,正在成为电磁目标表征中新的方向。本文回顾了电磁目标表征技术的发展过程,对新的知识-数据联合驱动的电磁目标感知范式进行了展望。

面向可打击区域的高超声速飞行器制导控制一体化方法研究

针对高超声速飞行器制导和控制系统分离设计方法的不足,提出通过制导控制一体化设计提升其可打击区域的方法。首先,在建立高超声速制导控制一体化模型的基础上,揭示了其通过控制弹体坐标系与地面坐标系的牵连加速度来跟踪制导指令的工作原理。其次,通过典型弹道的数值仿真,对比分析了制导控制一体化设计相较于分离设计的控制信号差异。最后,通过确定制导控制分离设计及一体化设计的高超声速飞行器可打击区域的方式,从大样本仿真角度体现制导控制一体化的优势。结果表明,制导控制一体化设计可以放宽对可用过载的需求且有助于提升高超声飞行器的可打击区域。

飞行器博弈制导进程与展望

博弈制导可处理复杂系统中涉及多方合作、竞争的动态问题,有利于实现智能化战场上信息价值最大化发挥,推动精确制导武器的智能化发展。本文总结了博弈制导的基本分类和建模方法,从终端角度约束、时间约束、过载约束、末速约束等方面提出了飞行器博弈制导的关键性问题,搭建了矩阵博弈、微分博弈两种典型博弈模型求解框架,从解析解、数值解、智能算法等方面对博弈制导的求解方法进行梳理。最后,从非线性微分博弈求解方法,非完备信息博弈算法,不均衡、非对称信息下多飞行器协同,多类型武器体系博弈等方向出发,对飞行器博弈制导未来的发展趋势进行了展望和总结。

基于复合阵列的矩阵循环重构DOA估计算法

相干源角度估计一直是困扰雷达角度测量的一个重要难题,基于均匀阵列假设提出了模式空间解相干算法,一定程度上解决了相干干扰条件下的目标角度估计问题,但是上述算法对复合阵列的适应性较差。针对复合阵列下相干多源测角问题,本文提出一种基于模式空间循环重构的解相关算法,利用圆阵外其他任意天线赋形空域滤波特性,在信号源数多于阵元数时较好地解决相干源角度估计问题。仿真试验结果表明,该算法能较好地解决复合阵列天线下的相干源测角问题,并且其角分辨性能优于传统算法。

基于对数型障碍Lyapunov函数的俯仰驾驶仪设计

相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动驾驶仪控制律,可将攻角指令的跟踪误差快速收敛于约束范围内。通过降阶扩张状态观测器对系统中存在的气动参数不确定性和系统外部扰动进行在线估计和补偿。稳定性分析和数值仿真表明,攻角可在1 s内达到稳态且攻角响应的稳态误差<10-4°,所提出的自动驾驶仪控制律具有较强的鲁棒性,能够准确稳定地跟踪攻角指令,控制导弹产生所需过载进而精准拦截目标。

一种基于幅度相位信息辅助的多假设跟踪算法

传统多目标跟踪算法在距离拖引(Range Gate Pull Off,RGPO)干扰场景中,由于无法有效区分真实目标和干扰,将出现目标航迹起始错误、跟踪误差增大、跟踪中断等现象,严重影响跟踪性能。针对这一问题,基于雷达量测的幅度和相位特征提出一种信息辅助多假设跟踪(Information Assisted Multiple Hypothesis Tracking,IA-MHT)算法。IA-MHT算法利用了幅度、相位信息区分目标真实量测和虚假量测,并基于判别结果修正了全局联合假设概率和航迹得分的计算步骤,从而提高算法的抗杂波和抗干扰性能。在RGPO干扰场景中的仿真结果表明,IA-MHT算法能够有效区分干扰量测,获得优于传统MHT算法的数据关联性能。

空空导弹上舰制动冲脱安全性评估方法研究

空空导弹的火工及动力部件在制动冲脱条件下的安全性,是制约空空导弹上舰的关键因素之一,而实际应用上还没有能定量评估制动冲脱条件下弹药安全性的方法。本文基于FLL点火判据,依托大样本的标准件试验以及小样本的整机制动冲脱试验,建立了制动冲脱弹药安全性评估方法,解决了无法定量评估制动冲脱弹药安全性的技术难题,并结合制动冲脱试验数据,提供了评估计算实例,评估计算结果与实际试验结果较吻合。

鸭舵转速对双旋弹追随稳定性影响研究

发展了适合双旋弹虚拟飞行仿真的高保真计算流体力学和刚体动力学耦合平台,以此为基础研究了旋转鸭舵对双旋弹弹道追随稳定性的影响。为了准确刻画双旋弹前后体的差动旋转效应,将滑移网格算法引入自研非结构混合网格流场数值模拟程序HUND3D。通过对双旋弹进行定轴转动非定常模拟,考察了不同鸭舵转速下双旋弹的流动特征与气动特性。通过耦合求解非定常雷诺平均NS方程和七自由度刚体动力学方程,实现了双旋弹不同弯度弹道的虚拟飞行仿真,分析了弹道追随过程的动力学机理,并结合气动特性分析结果研究了控制鸭舵转速改善弹道追随稳定性的策略。研究结果表明:鸭舵旋转所产生的气动干扰,能够显著影响弹体的侧向力与偏航力矩。通过控制前体鸭舵转速以产生有利于弹道追随的偏航力矩,能够在一定程度上改善弹道追随稳定性。

旋转爆轰发动机内煤粉-氢气两相爆轰流场数值研究

旋转爆轰发动机因其较高的热循环效率在航空航天领域备受关注。为了研究气固混合燃料在空气氛围中的旋转爆轰特性,在圆柱坐标系中建立了气固混合相燃料爆轰理论模型,并基于三维守恒元与求解元方法,对圆盘形燃烧室内的爆轰过程进行三维数值模拟。计算获得了气固混合相旋转爆轰波稳定传播时的流场结构,分析了爆轰流场的热力学参数分布特征、化学反应区分布以及旋转爆轰波后的波系分布特点。研究结果表明,微米级煤粉在氢气辅助作用下可快速反应并支持旋转爆轰波的稳定传播,但因盘形燃烧室的扁平结构特征和非预混喷注方式,导致爆轰波波阵面呈现为不规则的曲面。煤粉和氢气射流穿透空气层的能力差异导致气固混合燃料的化学反应区发生分离,最终以双反应区的爆轰组织形式支持旋转爆轰波稳定传播。旋转爆轰波不规则的曲面结构使其在扁平的燃烧室中发生多次反射,进而在爆轰波后有规律地出现多道反射激波。