从作战体系形成过程中的相互映衬关系及内涵、主要环节研究现状和体系智能化、体系韧性、体系涌现性等前沿领域3个方面评述了武器装备体系工程的理论发展,并总结分析了在体系工程理论指导下,航天领域以体系项目为主要载体开展的技术和管理两个方面的应用探索,在此基础上展望了未来武器装备体系工程理论发展的重点方向。

高压的水中环境下大扩张比发动机喷流易处于过膨胀状态,对发动机喷流流场及推力特性产生影响,因此基于循环水洞开展了不同共流速度下过膨胀水下超声速气体喷流试验研究,分析不同形式的尾空泡形态以及对应的推力时频特征。研究表明,低速状态下过膨胀气体喷流难以形成附着于尾部的空泡和脉动泡沫型尾空泡,这种流动状态下推力振动幅值较大,并且振荡具有丰富的频率特征(36~743 Hz),随着共流速度的弗劳德数${Fr}$增大到8.57,喷流最终将形成完整的尾空泡,此时推力振荡幅值显著下降,并且推力平均值明显提高。试验中还观察到喷流诱导尾空泡内部气体回流区域的流动现象,在${Fr}= {8.57}$时观察到回流速度约为${1.13}\mathrm{\;m}/\mathrm{s}$。

飞行器在飞行过程中,流体气动力和结构弹性体之间会形成耦合作用,这种相互作用可能会使弹性体发散抖动产生不同程度的破坏,造成安全隐患。针对以上问题,提出基于时-空守恒元解元和浸入式边界的流固耦合数值模拟方法,利用时-空守恒元解元方法进行流体域计算,利用浸入式贴体网格边界法进行流固耦合边界面识别。以NACA0018为例,通过仿真数据得出不同攻角下机翼外流场压力与速度云图;同时研究机翼在不同来流速度下的抖振幅度的变化及其规律。研究表明,该流固耦合求解方法,在求解具有复杂流型的高速可压缩流包括激波或爆轰与大变形问题上具有较高的精度及稳定性,可为相关研究提供借鉴。

为实现水下航行体的姿态稳定控制与定深控制,采用线性控制方法设计了过载控制回路与深度跟踪回路。根据初始状态响应结果,分析了航行体的尾舵与所受滑行力对其动力学特性产生的影响。针对角速率回路的弱阻尼特性,采用极点配置法得到理想的等效阻尼,并利用频域分析法对过载回路进行滞后校正,通过调节双回路反馈增益实现了深度跟踪。仿真试验验证了所设计的控制律能够实现对水下航行体的姿态稳定控制以及定深控制,并且具有一定的抗扰能力。控制器设计过程中采用的均为工程实践中常见的线性控制方法,控制器参数的计算均基于系统时域与频域性能指标,物理意义明确,对于水下航行体姿态控制相关的工程实践具有一定的参考意义。

针对飞行器质心调整流程复杂、耗时长的问题,运用k-means聚类方法,对飞行器配重历史数据进行聚类,基于样本聚类结果,计算出不同样本下飞行器标准配重,再通过模拟装配计算增加标准配重后的飞行器质心偏移,并得出一系列统计数据,最后采用基于熵权的综合评价方法对比质心调整效果,选出最优的飞行器标准配重,进而简化飞行器质心调整流程,大幅提升飞行器生产效率。

基于AMSAA模型以研发阶段收集的同类或相似产品故障数据为核心,创新性地引入离散系数最小化原则作为优化标准,用于指导拟合优度检验统计量的选取。在整合平均值与方差等多元信息后,构建了一种全新的时间环境折合系数求解算法,旨在对原始故障数据进行有效折算,进而精准估算模型各项参数。对所得折合系数进行求解,并在10种不同置信度设定下,逐一计算产品设计成型时平均无故障工作时间(Mean Time Between Failure, MTBF)的单侧置信下限。实例研究表明,当置信区间位于0.9~0.99之间时,无论同一置信水平如何,该方法始终能得出优于现有文献的结果,即采用该方法对航天产品可靠性增长进行预测,其准确度显著提升。此外,在不同置信水平下,由改进方法求解的时间环境折合系数值并没有改变,即每个试验项目的环境应力和真实环境应力之间的数量关系并没有因为置信度的增加而变化,也从另一个角度证明了该改进方法更接近于工程实践。

振动环境试验是固体发动机结构性能验证的重要手段之一,使用工装夹具将试验件紧固在振动台上,保证振动载荷能够准确传递,避免共振或甩尾现象的发生,是固体发动机振动试验期望达到的理想目标。针对某型号固体发动机壳体振动试验工装夹持方式,提出一种基于比例系数的振动试验夹持优化方法,建立固体发动机壳体和工装夹具的仿真模型,在不同比例系数的夹持方式下,对结构进行模态分析和谐响应分析,并在${90}\mathrm{{kN}}$电磁振动台上完成壳体的振动试验测试。试验结果表明,在进行该长细比为2.6的固体发动机壳体振动试验时,比例系数为0.9时为最优夹持方式,与仿真分析结果基本一致,本央持优化方法对固体发动机壳体振动试验具有一定参考价值。

针对多高超声速飞行器协同作战的特点,提出一种基于深度策略性梯度和线性二次型调节器(Deep Deterministic Policy Gradient-Linear Quadratic Regulator, DDPG-LQR)的时间协同再入制导方案。首先,采用序列凸优化方法生成满足多个约束的时间协同再入轨迹及其相应的稳态控制量,并且采用Radau伪谱法离散运动学方程,以提高轨迹优化离散精度。其次,采用线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)跟踪时间协同再入轨迹。为了提高协同制导精度和制导效果,采用深度策略性梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)在线优化LQR的权重矩阵系数。在DDPG算法中,通过引入合适的奖励函数来提高算法的优化性能。仿真结果表明,在初始状态误差和不确定性的情况下,通过与传统的LQR控制器相比,本文所提出的协同制导方案具有更好的协同制导精度和制导效果。

针对飞行器与伴飞防御飞行器协同躲避拦截器攻击的主动反拦截博弈对抗问题,基于深度强化学习算法提出一种飞行器主动防御智能制导方法,该方法具有在目标飞行器机动能力不足情况下博弈成功率较高的特点。针对强化学习训练过程中的稀疏奖励问题,提出了一种奖励函数塑造方法,提高了强化学习算法收敛效率和训练稳定度。最后,通过数值仿真对所提出方法的有效性进行验证,仿真结果表明,所提出的方法能够实现飞行器博弈对抗成功,且相比于传统博弈制导方法具有更高的博弈成功率。

为在方案论证初期设计输入数据有限的条件下,快速有效地进行控制能力分析,基于常规大气层内飞行器控制能力分析方法,针对返回式火箭对该方法的适应性进行了分析。通过动力学建模和对原分析方法拓展改进,探索出一套适合返回式运载火箭的控制能力分析方法,并在有限控制能力的前提下,对允许飞行工况的约束条件进行初步明确,为返回式火箭飞行控制系统的详细设计奠定基础。

针对航天器大攻角敏捷机动控制问题,基于直接力/气动力复合控制策略,提出攻角约束下航天器自适应滑模姿态控制方法。首先,建立纵向直接力/气动力复合控制模型和侧向喷流干扰模型,通过设计考虑攻角约束的预设性能非线性映射函数,将攻角约束的俯仰通道姿态控制问题转换为无约束的攻角误差调节控制问题;其次,设计攻角误差启发的非线性积分型滑模面,在反演控制框架下,提出侧向喷流干扰自适应估计的积分反演滑模控制方法,保证对侧向喷流干扰上界的在线估计,实现大攻角敏捷精准控制。最后,基于Lyapunov稳定性理论,证明了所设计的闭环控制系统的渐近稳定性。数值仿真表明:所提方法相比经典滑模控制方法,稳态时间缩短了79.16%,超调量减小了24.68%,舵偏能量消耗减小了34.54%。

以5B71合金焊丝为填充材料,采用钨极惰性气体(Tungsten Inert Gas,TIG)保护焊接工艺对1.5 mm厚5B70铝合金板材进行焊接,对焊接接头进行显微组织演变及细化特征的研究。结果表明:采用合理的焊接参数,可得到成形优良的焊接接头,焊缝内部组织显示,焊缝区主要是由等轴晶组成的铸造组织,晶粒组织大小不均匀,广泛存在着${40}\sim {50\mu }\mathrm{m}$大小的晶粒,也存在着以细条状和小块状分布、直径大小约20μm的超细晶区,超细晶区域面积明显小于其他区域,主要沿着平行于熔合线的方向分布,少量分布在焊缝表面。熔池凝固过程中,钪(Sc)和锆(Zr)元素对晶粒细化作用明显,Sc元素富集的区域,晶粒细化程度愈高。在熔合线及焊缝表面,Sc和Zr作为生成变质剂元素,可析出第二相粒子,起到非均匀形核质点的作用,降低形核功,增加晶粒数量,Sc元素富集的区域,晶粒细化程度愈高。固液界面前沿形成“过冷区”,促进等轴晶形成,晶粒进一步细化,晶粒尺寸减小约一半。

针对卫星等飞行通信平台的低可探测性需求问题,提出了一种混合式极化-频率选择吸波体(Polarization-Frequency Selective Rasorber,PFSR)解决方案。首先,基于传输线理论的等效电路分析方法,探究了吸透波兼容实现机理；然后,通过损耗层双边不对称加载的方式,实现了透波窗口的极化选择功能；最后,采用损耗层混合式设计,解决了宽频带吸透波兼容难的问题。仿真结果表明,该结构在$\mathrm{{TE}}$波入射时具有${6.8}\sim {7.8}\mathrm{{GHz}}$频段透波、${2.2}\sim {18.0}\mathrm{{GHz}}$频段低散射的吸透一体化功能,在TM波入射时具有3.2~18.0 GHz频段低散射的吸波功能。该结构可为卫星等飞行通信平台的宽频带低可探测性设计提供解决方案。

双站雷达凭借其良好的抗干扰能力和准确的探测识别能力在军事领域中被广泛应用,如何对这种收发分置的雷达系统实施有效干扰已成为当前的研究热点。典型干扰物的双站雷达截面(Radar Cross Section, RCS)随角度变化的波动幅度大,双站散射强度较弱,在对抗双站雷达方面不具优势。针对以上问题,通过分析4类典型干扰物的双站散射特性,提出一种对抗双站雷达的新型组合式干扰物,然后对不同波段、不同尺寸、不同间距的新型组合式干扰物单体/阵列进行电磁仿真计算,研究在不同参数下的双站散射特性,并与典型干扰物进行对比分析。研究结果表明,提出的新型组合式干扰物单体/阵列具有较强的双站散射强度,并且在双站角变化时,其RCS的波动幅度较小,具有良好的双站散射特性,为实现对双站雷达的有效干扰提供了技术支撑。