双碳目标下的氨燃料航空动力研究进展及展望

为了获得氨燃料航空动力应用潜力评价,本文综述了氨燃料的绿色制取方法、氨燃料燃烧特性的研究成果以及氨航空发动机设计过程中可能存在的技术问题和相应的解决方案。综合已有研究成果,本文认为氨燃料航空发动机具有非常广阔的应用前景,采用氨氢混合燃烧在未来有望成为氨燃料航空动力系统的优选方案。

一种靶弹多功能控制器设计与实现

靶弹是模拟敌方来袭导弹技战术特性的实体空中靶标;针对退役导弹改装靶弹中面临的改装线路复杂、对动目标供靶精度不足等实际问题,对靶弹飞行控制规律和改装设计方法进行了研究探索,创新了靶弹制导控制方法,综合采用靶弹飞行控制回路状态转换、动目标供靶航路精确控制、靶弹功能扩展等关键技术,设计研制了集电气改装、接口转换、目标导引、安全控制等功能于一体的靶弹多功能控制器,实现了退役飞航导弹到多用途靶弹的通用化、标准化改装,探索了一种经济而有效的靶弹开发方法;试验结果表明,该多功能控制器具备简便可靠、工作量小、通用性好、弹道控制灵活等突出特点,较好地解决了靶弹改装难题,满足了防空武器系统试验训练的需要。

一种轻小型遥感相机多通道高速图像传输方案

遥感相机图像传输接口性能是影响相机整体性能的重要指标,为解决多通道相机图像数据传输速率高且同时满足轻小型化需求的问题,文章提出一种高吞吐率、低误码率的轻小型相机多通道高速图像数据传输方案,该方案基于CoaXPress接口采用Aurora 8B/10B通信协议,通过FPGA吉比特发送器(Gigabit Transceiver,GTX)实现4套焦面组件下行的高速图像传输,测试数据率达到13 Gbit/s,同时实现上行21 Mbit/s的相机控制数据率。仿真及测试结果表明:该方案极大地提高了相机的图像数据传输速率,接口电缆数量较传统减少近50%,可满足轻小型遥感相机多通道高速图像传输需求,为各类遥感相机高速小型化提供新的解决方案。

变形翼舵技术在导弹领域的应用需求及技术发展路线

采用变形翼舵技术可解决导弹对发射平台尺寸强约束问题,改善导弹升阻比及弹道末段机动性能,实现飞行全程气动外形最优,适应多任务作战需求。对国内外变形翼舵技术发展进行了概述,介绍了变形翼舵方案组成,分析了导弹对变形翼舵技术的需求,提出了单次阶跃变形、往复伸缩变形、柔性连续变形三阶段技术发展路线以及各阶段的关键技术,为变形翼舵技术在导弹武器领域的深入研究及应用提供了参考。

亚轨道载人飞行发展研究

二十一世纪,商业航天是世界航天产业经济发展的重要引擎。亚轨道载人飞行作为载人航天的商业外延,体现出低成本、高可靠和便捷性好的特点,是商业航天追逐的热门赛道。文章对国际上亚轨道载人飞行的发展现状进行了调研,从可行性、用户需求和经济效益等方面,对三种亚轨道载人飞行形式进行了对比分析。结果表明,载人飞船方案是亚轨道载人飞行最合适的发展方向;载人飞船后续发展需重点突破可重复使用火箭技术、逃逸救生技术及无损回收技术。

多高超声速滑翔飞行器协同避障轨迹规划研究

建立高超声速滑翔飞行器动力学模型和考虑复杂多约束条件的协同轨迹规划模型,着重考虑对雷达探测区、火力场覆盖区等禁飞区的避障和弹群内避碰问题,构造安全距离函数对禁飞区避障和弹群内避碰约束进行描述,采用自适应hp-Radau伪谱法将上述多约束条件下的复杂最优控制问题转化为非线性规划问题求解。提出协同避障轨迹规划流程,针对某通用大气飞行器(common aero vehicle,CAV)开展“异地出发,同时到达”的协同避障轨迹规划仿真,并进一步探究禁飞区位置和协同飞行时间对最优性能指标的影响。研究结果表明:本文提出的多高超声速滑翔飞行器协同避障轨迹规划方法有效处理了各种复杂约束条件,得到了满足各类约束条件和性能指标要求的多飞行器协同飞行轨迹。

太阳电池阵弧形基板结构振动分析及优化设计

针对弧面型太阳电池阵新型基板结构,在满足结构安全的前提下以多参数轻量化设计为目标。本文基于等效板理论获得弧形太阳电池阵基板的各向异性等效性能参数,建立新构型太阳电池阵基板的三维有限元数值模型,并通过正弦扫频振动试验验证了模型的可靠性,进而初步实现了结构薄弱区域定位。最后结合工程实际,基于参数化建模结合多目标迭代优化的方法,分析结构在典型随机振动载荷作用下的最大应力随各特征参数的变化规律,从而获得满足结构安全条件下的补强优化方案,相比于原始结构,可使面板最大应力下降21%,若加强结构为单向无纬布,结构最大应力可进一步下降15.6%,为新构型太阳电池阵基板的轻量化设计提供支撑。

局部外形参数对高速飞行器的RCS影响

为了降低高速飞行器的雷达散射截面(radar cross section,RCS),采用多层快速多极子算法和物理光学法研究局部外形参数对飞行器雷达散射特性的影响。在此基础上,提出一种变半径弧形的边缘钝化形式,以提高飞行器仰视对抗能力。所提出的变半径弧形钝化外形具有良好的RCS减缩能力,与传统圆弧钝化外形相比,在前向重点角域内,RCS对数均值降低了22.88%;随着仰角的增大,变半径弧形钝化形式还具备全向RCS减缩能力,在全向角域内RCS对数均值降低了13.37%。最后,研究所提出的变半径弧形钝化方式在不同雷达波频段下的RCS特性,结果表明这种钝化方式对于频率较高时仰视对抗能力更好。

面向智能运维的装备数字孪生体构建与应用研究

面向未来战争的高动态变化、复杂不确定性及严酷作战环境,亟需提高装备运维保障的智能化水平,全面提升任务行动的精准执行、保障资源的高效协同及装备状态的快速恢复能力。通过开展面向智能运维的装备数字孪生体构建与应用研究,提出装备数字孪生体“形-性-行”一体化建模技术,将数字孪生体作为装备对象同步映射、异步成长的“生命体”,并从装备“形-性-行”三个维度表征物理对象的几何外形、机理特性与任务行为,构建面向智能运维的装备数字孪生体。其次,结合数字孪生体在装备运维任务过程中的实际应用,开发装备数字孪生智能保障系统,并以武器装备为应用对象,探究数字孪生体在装备状态监控、故障诊断及维修保障等典型任务过程中的应用模式,以验证数字孪生技术在装备智能运维领域的有效性与可行性。

考虑弹头滚转姿态变化影响的防热层厚度优化

基于气动热/结构温度响应耦合计算方法,研究了弹头固定攻角再入条件下锥身典型子午面结构温度响应特性,以及滚转姿态变化时刻对各子午面结构温度响应的影响,建立了考虑弹头滚转姿态变化影响的防热层厚度优化方法,并基于该方法开展了弹头防热层厚度优化。最后,研究了滚转姿态变化次数对优化效果的影响。结果表明:在再入弹道前段进行滚转姿态变化可使外壁面气动加热量更为合理,有效降低弹体锥身壳体内壁面温升。当迎、背风面壳体内壁面最大温升约束为25 K时,与无滚转姿态变化状态下相比,滚转姿态变化设计可使防热层厚度减小0.725 mm,减小幅度为5.4%。通过与滚转姿态变化时刻的联合设计可有效降低锥身防热层厚度。与单次滚转姿态变化时相比,两次滚转姿态变化时防热层厚度减小量仅增大1.9%,增加滚转姿态变化次数对优化效果影响较小。

基于HTN的巡视器动态规划方法

为提升深空探测任务中巡视器动态规划处理效率,从航天工程实践经验出发,结合分层任务网络(hierarchical task network,HTN)理论研究成果,提出巡视器领域知识建模方法以及动态规划流程。针对经典动作规划系统不能处理时态约束关系的问题,在建模中引入受限状态事件的表示方法。针对动态规划中的时态约束关系,拓展Allen区间代数的定义,提出事件、全局时间点和虚拟事件的时序逻辑判断方法。针对动态规划中存在的状态空间一致性问题,提出虚拟指令继承原有状态空间的方法。研究结果完善了HTN在航天领域的知识建模方法,解决了经典动作规划缺少时间信息约束的缺陷。所提出的虚拟事件、虚拟指令解决动态规划状态判定方法,可有效提高深空探测任务中巡视器遥操作的工作效能和地面中心进行事件处理的灵活性。

超高参数火箭煤油在小通道圆管内的流动换热特性

火箭煤油再生冷却过程具有高压、高温、高热流密度和高质量流速等特点。在超高参数条件下,采用低电压大电流电加热方法模拟火箭发动机推力室壁面热环境,在高温合金钢∅2 mm×0.5 mm圆管内研究了火箭煤油的流动换热特性。参数范围为压力25~65 MPa,质量流速8500~51000 kg/(m^(2)·s),流体温度常温为~500℃,热流密度最高为35 MW/m^(2)。研究表明:在所测试条件下,火箭煤油在小通道圆管内处于单相液态强制对流换热机制;换热性能主要受到流体温度和质量流速的影响;流体温度增加,换热系数增加;质量流速增加,换热系数增加;压力在25~65 MPa范围内对换热性能无显著影响;热流密度增加,内壁温显著增加,但热流密度变化对换热系数无显著影响;受入口强化换热效应的影响,换热系数增加,热流密度越高,入口效应越明显。超高参数尤其是超高压力条件下的火箭煤油换热特性,为火箭煤油再生冷却技术应用提供参考。

固体运载火箭铁路运输侧翻吸能系统技术研究

对固体运载火箭在铁路运输过程中出现侧翻异常工况下的安全性进行研究,在调研、分析多种减振吸能方案的基础上,提出了缓冲气囊和蜂窝金属组合的侧翻吸能系统技术方案。采用Hypermesh和LS-DYNA软件进行侧翻仿真计算,结果表明:该方案可将火箭侧翻跌落的加速度由27g降为8.91g,发射筒与车厢的接触碰撞力由382.59kN降为无接触,可明显提高固体运载火箭在铁路运输侧翻等异常工况下的生存能力,为后续固体运载火箭专用铁路车的设计提供重要指导。

一种广角相机视频小卫星姿态跟踪方法

针对传统目标跟踪方法需要目标的先验位置信息、不适用于非合作目标跟踪的问题,提出了一种基于广角相机图像误差的视频小卫星目标跟踪方法。该方法首先建立了广角相机成像模型,然后计算目标在相机图像平面中的投影位置和期望位置之差,通过图像误差确定目标与视频小卫星的相对误差角速度和姿态误差,将其作为反馈项设计非线性控制器,最后利用Barbalat引理证明了系统的稳定性。仿真结果表明,在广角相机大范围视场下,该方法可以有效地将目标控制到图像平面中期望的位置,并且利用天拓二号卫星在轨验证了该方法的有效性。

典型海上热发射动力学效应及影响因素分析

考虑海上发射环境特殊性,分析了发射船承受的典型海浪以及风环境,针对陆基发射时运载火箭直接坐落在发射台上的裸箭热发射方式,分析了该支撑形式在海上动态环境下的射前稳定性,获得海上裸箭热发射方式的承受晃动极限。为解决陆基热发射支撑方式不满足三级海况发射稳定性的问题,提出运载火箭的框架式扶稳措施,通过框架内的柔性支撑保证运载火箭的射前稳定性。构建由火箭、等效甲板、导向框架、导轨、柔性支撑、发射台等组成的发射系统动力学仿真模型,开展复杂海况条件下的发射动力学分析,获得了框架式热发射方式在典型海况条件下,不同因素对火箭出框过程飞行姿态、安全间隙等影响规律,可为运载火箭框架式热发射的海上动基座发射动力学安全性评估提供技术支撑,并用于框架式热发射方式的海上动基座环境适应性的综合评价。

基于ATML标准的SCATS在机载电子系统通用自动测试设备中的应用

SCATS是一款由成都天奥测控技术有限公司开发的,基于最新AMTL标准的面向信号的国产自动测试程序集开发软件;ATML标准的显著特征,便是采用了可扩展标记语言(XML),以实现测试信息描述的标准化和测试信息的可交互,通过生成的基于ATML标准的描述文档,实现对被测对象的特征信息、测试信号、测试路径、测试策略、故障诊断等内容的表述,进而实现通用测试设备的通用化设计,有效克服了传统面向信号的测试设备测试程序集开发软件存在的语言形式复杂、信号模型少、软件架构开放性差等不足;SCATS软件采用纯中文开发界面,测试程序集采用无代码开发,软件界面友好、可读性强,大大降低了测试程序集开发人员的技术门槛,内置信号模型丰富可满足现代机载电子系统测试需求;通过在机载电子系统通用测试设备中的应用表明,使用SCATS软件开发的机载电子系统测试程序集具有开发速度快、故障定位准确、通用性和可移植性好等特点。

应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述

目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求,从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。基于惯性参考单元(Inertial Reference Unit,IRU)的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动,实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求,分析和对比了IRU的各种技术方案,特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动,并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。从此类IRU系统的工作原理出发,阐述了系统的两种工作模式及功能特点,建立了系统数学模型。然后,介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向,指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素,梳理了三项关键技术的研究动态。最后,总结了IRU的空间应用情况,并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。

一种动态锁定式多星协同任务规划的A2C算法

提出了一种基于强化学习算法的多星协同任务规划方法。该方法将多星协同任务规划视为多个双星协同规划,采用相邻双星锁定的方式来共享双星任务规划结果信息,基于A2C(优势动作评价)强化学习算法对双星任务规划的结果进行再调整。针对多星协同任务规划状态空间复杂且变化的问题,设计了两级状态空间和价值评价函数决策的方法,对强化学习所依赖的状态空间进行维度限制,确保智能体对任务进行调整的过程不影响状态空间维度。算法设计过程考虑了多种约束条件,设置了天气、成像质量和成像优先级等可调参数作为强化学习A2C算法的评价参数,这些可调参数有助于用户自定义决策评价体系。最后,通过仿真验证了算法的可行性。仿真结果表明,该算法多星协同任务规划的组合任务抛弃率小于10%。

基于充气薄膜的可展开帆板结构设计

充气薄膜结构具有质量轻、收纳比高的优势。通过理论分析及实验验证的方法,得到了充气薄膜管承载力矩与充气内压、管道内径、展开程度之间的映射关系。进一步通过“厚度包边”法处理二级展开帆板的厚度问题,设计了转动锁定、转动-滑移锁定、搭接锁定连接结构,提出薄膜管驱动的二级可展开矩形帆板、圆形帆板以及百叶窗式矩形帆板三种大尺度可展开帆板结构形式,并进行展开状态的模态仿真,对比其模态振型。本设计可为大尺度充气可展开结构形式提供参考。

大幅宽面阵相机多片探测器影像拼接方法

大幅宽面阵相机通常采用多片探测器拼幅成像的方式来增大幅宽。为了提高数据的使用效率,用户要求提供几何无损和视觉无缝的拼接产品。由于分片探测器间重叠区域小甚至无重叠区,拼接后影像畸变增大等原因,传统像方拼接方法难以适用。针对此问题,文章提出一种基于传感器校正的大幅宽面阵相机多片探测器影像高精度几何拼接方法。该方法首先根据卫星相机分片探测器的物理结构及其成像几何特性,虚拟一个完全理想的无畸变面阵影像,影像覆盖范围与原始分片探测器影像覆盖范围相同;在严格标定分片探测器像元指向的基础上,建立虚拟影像与原始分片影像的像点坐标换算关系,并将原始分片影像的像点灰度值赋给虚拟影像对应像点,进而实现对分片影像的无缝拼接和畸变校正。经对仿真数据和在轨数据的试验验证,结果表明:对于不同探测器拼接方式和搭接区重叠情况,文章中所提方法可获得视觉无缝和几何无损的拼接影像,影像的片间拼接精度和影像内部几何畸变均优于1个像素。