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航天装备体系化仿真发展的思考

系统仿真学报 2024年第6期36卷 1257-1272页

作者：包为民祁振强中国航天科技集团有限公司科技委北京100048 北京宇航系统工程研究所北京100074

新时代航天领域蓬勃发展,航天装备呈现出体系化、新质化、高效能、智能化等新特点,仿真技术作为覆盖论证、研发、试验、制造、训练、维护等全生命周期各阶段的增效赋能手段,在数字航天时代更显重要作用。介绍了航天装备体系化仿真的内涵... 详细信息

新时代航天领域蓬勃发展,航天装备呈现出体系化、新质化、高效能、智能化等新特点,仿真技术作为覆盖论证、研发、试验、制造、训练、维护等全生命周期各阶段的增效赋能手段,在数字航天时代更显重要作用。介绍了航天装备体系化仿真的内涵,阐述了国内外发展现状和实践,研判了未来发展的趋势和挑战,围绕航天装备体系化仿真技术成体系发展、抓重点突破、演进式推升,从技术体系、支撑应用、效用演进等维度提出了设想。结合人工智能、大数据、虚拟现实、数字技术等新兴前沿热点,对其助力航天装备体系化仿真发展进行了思考。

关键词：航天装备仿真技术人工智能数字技术

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异构平台要素协同理论方法研究

电子学报 2024年第4期52卷 1219-1229页

作者：张修社胡小全易凯王小军中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安710068

要素协同是协同作战发展的必经之路,杀伤链的动态重构是其典型特征.本文针对平台协同难以满足复杂作战任务需求的问题,提出了异构平台要素协同的解决思路和理论方法.首先分析了要素协同关系复杂性、协同能力不确定性两个难点问题;其次... 详细信息

要素协同是协同作战发展的必经之路,杀伤链的动态重构是其典型特征.本文针对平台协同难以满足复杂作战任务需求的问题,提出了异构平台要素协同的解决思路和理论方法.首先分析了要素协同关系复杂性、协同能力不确定性两个难点问题;其次基于反馈机制的可重构架构对复杂作战网络进行建模,提出了杀伤链算子的要素动态重构、协同序参量的效能定量评估方法;最后基于仿真场景实现杀伤链的动态构建与重构,可指导要素协同的算法设计与工程实践.

关键词：要素协同跨域作战动态重构体系建模杀伤链算子序参量

一种厚度无关的复合材料I型分层扩展桥接律构建方法

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复合材料学报 2024年

作者：高佳乐荣俊杰席近远校金友文立华侯晓中国航天科技集团有限公司西北工业大学航天学院

大范围纤维桥接是复合材料分层扩展中的一种重要的增韧机制，通常用R曲线和桥接牵引-分离定律表征。然而R曲线和桥接牵引-分离定律都与结构厚度有关，需用不同厚度试件分别进行实验测量。近期的研究指出：桥接现象的厚度相关性实质上是... 详细信息

大范围纤维桥接是复合材料分层扩展中的一种重要的增韧机制，通常用R曲线和桥接牵引-分离定律表征。然而R曲线和桥接牵引-分离定律都与结构厚度有关，需用不同厚度试件分别进行实验测量。近期的研究指出：桥接现象的厚度相关性实质上是由于不同厚度结构弯曲刚度不同所造成的；将裂纹张开的转角引入，构建的桥接牵引-分离转角关系与厚度无关。但是，现有的构造方法需要试件预埋光纤测量应变，试验过程复杂。本文通过弹性约束梁模型解析推导双悬臂梁预制裂纹尖端张开位移和转角，并结合J-积分法构建桥接牵引-分离转角关系，通过实验验证该关系是厚度无关的。进一步基于这种厚度无关的桥接律，提出了一种根据单一厚度试验数据逆推其他任意厚度R曲线与桥接牵引-分离定律的方法。通过不同厚度的碳纤维/环氧树脂、芳纶纤维/环氧树脂复合材料层合板双悬臂梁试验，证明逆推出来的R曲线和桥接牵引-分离关系曲线与用试验直接测量的曲线吻合很好。本文方法基于解析模型，仅需测量载荷-位移曲线即可，避免了裂纹长度的测量以及不同厚度的多次试验，简化了试验流程，为复合材料结构性能表征提供了有力工具。

关键词：复合材料结构I型分层 DCB试验纤维桥接 R曲线

多工艺参数对预浸料摩擦系数的影响及机器学习预示方法

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复合材料学报 2024年

作者：宋锋张佳晨吕柄熠王时玉校金友文立华侯晓西北工业大学航天学院中国航天科技集团有限公司

在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精... 详细信息

在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精度低，无法满足高质量成型要求。本文设计了面向多工艺参数的碳纤维预浸料摩擦试验方法，研究了速率、法向力、粘度、表面粗糙度、接触材料、纤维方向等工艺参数对摩擦系数的影响规律，以典型纤维方向[0°/45°/90°]为例，揭示了不同纤维方向的界面摩擦机理。为实现多工艺参数下摩擦系数的快速、准确预示，建立了基于支持向量回归(SVR)的预浸料摩擦系数预示模型。开展相对纤维方向为[30°/0°]和[60°/0°]的预浸料/预浸料界面摩擦系数的试验和预测，两者偏差小于7%。

关键词：碳纤维预浸料多工艺参数摩擦机器学习

基于人工神经网络的固体推进剂细观损伤与宏观刚度映射关系

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复合材料学报 2024年

作者：张滔韬杨玉新张二晗校金友吕海宝文立华雷鸣侯晓西北工业大学航天学院西安航天动力技术研究所哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所中国航天科技集团公司

作为一种高夹杂比颗粒增强聚合物基复合材料，固体推进剂的宏观力学性能主要由其细观结构决定。外加载荷下，初始缺陷或细观颗粒团聚均可诱发局部应力集中，导致颗粒-基体细观界面脱粘，材料宏观力学性能劣化。如何构建细观损伤与宏观... 详细信息

作为一种高夹杂比颗粒增强聚合物基复合材料，固体推进剂的宏观力学性能主要由其细观结构决定。外加载荷下，初始缺陷或细观颗粒团聚均可诱发局部应力集中，导致颗粒-基体细观界面脱粘，材料宏观力学性能劣化。如何构建细观损伤与宏观性能间的映射关系，已成为推进剂细观实验结果合理运用、固体火箭发动机结构灾变准确预报的关键。为此，本文发展了基于连续介质力学框架的人工神经网络，以变形梯度的不变量为输入、自由能为输出，遴选现有自由能函数和损伤增长函数形式为神经网络设计激活函数，使神经网络先验地满足变形连续性、坐标不变性、热力学一致性等要求。基于上述物理相容性，神经网络能在稀疏训练数据条件下快速收敛，还能够自下而上地实现损伤状态的遗传映射。最后，采用有限元分析获取的数据集，验证了该网络模型对不同预损伤下的推进剂在单轴拉伸、等双轴拉伸、纯剪切三种加载条件下的宏观刚度预报能力。

关键词：固体推进剂力学本构关系人工神经网络细观损伤细-宏观映射

充气式减速结构壁面变形对热化学非平衡流场的影响

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航空学报 2024年

作者：刘宇赵淼何青松贾贺北京空间机电研究所中国航天科技集团有限公司航天进入减速与着陆技术实验室

在高超音速来流压力的作用下，充气式减速结构壁面在迎风面会发生变形，进而对流场产生影响。本文基于热化学非平衡反应模型，对充气式减速结构在壁面变形前后的流场进行了仿真计算，分析了在不同来流攻角下，壁面变形对流场特征、壁面... 详细信息

在高超音速来流压力的作用下，充气式减速结构壁面在迎风面会发生变形，进而对流场产生影响。本文基于热化学非平衡反应模型，对充气式减速结构在壁面变形前后的流场进行了仿真计算，分析了在不同来流攻角下，壁面变形对流场特征、壁面热流及壁面压力的影响。充气式减速结构外形为球锥组合体，由刚性端面和6个充气环组成，半径为2.4m，半锥角为60°。计算采用5组分双温度热化学反应模型，壁面催化条件包括非催化壁面和完全催化壁面。结果表明：壁面变形会导致充气式减速结构激波层内出现周期性的温度和压力波动，以及离解组分的非均匀分布；壁面变形对流场各参数的影响随着来流攻角增大而减弱；壁面变形后，流速的变化导致壁面在充气环处热流升高、压力降低，在充气环之间凹陷处热流降低、压力升高，壁面变形对压力造成的影响要弱于对热流的影响;壁面变形后充气减速结构前端面气动力系数无明显变化。

关键词：充气式减速高超音速气动热非平衡反应双温度模型数值仿真

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共光路红外双波段小型化光学镜头分析与设计

红外与激光工程 2024年第4期53卷 149-156页

作者：亓晨靳阳明谢晓喻侯辉辉李永生中国电子科技集团公司第二十七研究所河南郑州450047

针对中长波共光路小型化光学系统设计需求,建立了基于高斯光学与初级像差理论且尺寸受限下的二次成像结构光学指标分配模型。主镜因其边缘光线高度高和承担的光焦度小,其球差、色差和二级光谱是该系统像差的主要来源,为矫正二级光谱,可... 详细信息

针对中长波共光路小型化光学系统设计需求,建立了基于高斯光学与初级像差理论且尺寸受限下的二次成像结构光学指标分配模型。主镜因其边缘光线高度高和承担的光焦度小,其球差、色差和二级光谱是该系统像差的主要来源,为矫正二级光谱,可使用“-、+、-”结构形式的高、中、低相对色散材料的透镜组合作为主镜结构,此时主镜的残余像差较小,采用场镜降低中继镜组光线高度以及非球面矫正球差等方法平衡主镜残余像差。最后开展实例设计,对提出的小型化设计思想进行验证,设计了中波波长3.7~4.8μm、长波波长7.7~9.5μm的共光路双波红外小型光学系统,总长不大于135 mm,结构小巧紧凑,光学传函接近衍射极限,工作温度范围-40~60℃,且对温度不敏感。实现了基于二次成像结构光学指标分配模型的中长波共光路小型化光学系统分析及设计,满足中长波共光路小型化光学系统需求。

关键词：光学设计红外双波段共光路像差矫正杂散光分析

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以科技创新开辟发展新领域新赛道

科技导报 2024年第1期42卷 1-2页

作者：包为民中国航天科技集团有限公司北京100048

2023年,以人工智能、超级计算和自动化为基础的数字时代和基于生物技术、纳米技术的深度科学这两股创新浪潮引领科技研发进入新的阶段,全球创新格局正悄然变化。在全面贯彻党的二十大精神的开局之年,我国科研工作者太空逐梦、极地探索,... 详细信息

2023年,以人工智能、超级计算和自动化为基础的数字时代和基于生物技术、纳米技术的深度科学这两股创新浪潮引领科技研发进入新的阶段,全球创新格局正悄然变化。在全面贯彻党的二十大精神的开局之年,我国科研工作者太空逐梦、极地探索,在空天技术、农业科技、基础研究、生物医药等方面取得一系列令人振奋的突破性进展和标志性成果,创新实力不断提升。

关键词：创新浪潮科技研发创新实力超级计算人工智能纳米技术生物医药标志性成果

基于灰色关联协同效应权重配置的费用预测模型

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系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1309-1319页

作者：赵潞方志耕于亮张亚东邱玺睿华晨晨南京航空航天大学经济与管理学院江苏南京211106 中国航天科技集团有限公司北京100048

费用预测是复杂装备成本管理的核心内容。在同类型复杂装备仅有少量样本信息的情况下,为提高估算预测精度,解决贫信息下费用影响要素筛选困难、要素间由于协同效应导致的权重分配不合理、费用预测误差较大等问题,提出了一种基于灰色关... 详细信息

费用预测是复杂装备成本管理的核心内容。在同类型复杂装备仅有少量样本信息的情况下,为提高估算预测精度,解决贫信息下费用影响要素筛选困难、要素间由于协同效应导致的权重分配不合理、费用预测误差较大等问题,提出了一种基于灰色关联协同效应贡献度分配的要素权重配置方法。首先通过灰色关联度分析筛选相似样本及费用关键影响要素;然后,依据各要素在协同效应下对灰色关联度提高的贡献程度大小,参考Shapley值思想计算各要素的灰色比较关联重要性,以此确定权重;最后,构建相应的异阶参数灰色分数阶预测模型,对目标装备进行费用预测。通过与已有文献中的方法进行对比,结果表明所提方法有较高的预测精度且具有一定的适用性,能够挖掘小样本下费用影响要素间的潜在信息,更可以合理地分配要素权重,提高费用预测精度。

关键词：复杂装备费用协同效应 Shapley值灰色关联分析灰色分数阶GM(0,N)模型