激光增材制造作为推进制造业迅猛发展的关键技术之一,极高的成形自由度使其在航空航天等重大装备领域发挥着重要的作用。随着碳中和、碳达峰理念的普及,绿色制造技术的发展程度决定着该行业在未来的国际竞争力,激光增材制造技术作为典型的绿色制造技术,可以极大程度上提高材料的利用率。提出面向增材制造材料许用值及设计值开发的适航分析思路,阐述基于轻量化设计的激光增材技术的发展及应用现状,分析激光增材制造技术在民航领域发展存在的挑战,为基于激光增材制造的轻量化设计技术在民航领域的发展提供一点思路。
激光增材制造 轻量化设计 适航 民用航空 laser additive manufacturing lightweight design airworthiness civil aviation
1 海军航空大学信息融合研究所, 山东烟台 264001
2 中国人民解放军 31401部队, 山东烟台 264001
3 北京理工大学前沿技术研究院, 北京 100000
4 哈尔滨工程大学信息与通信工程学院, 黑龙江哈尔滨 150000
5 南京邮电大学信息与通信工程学院, 江苏南京 210000
6 天津市测绘院有限公司, 天津 300000
针对辐射源个体识别高精确度、轻量化、实时性的现实应用需求, 提出了面向广播式自动相关监测(ADS-B)信号辐射源个体识别的轻量化模型设计方法。根据信号数据特点进行解码处理, 并对不均衡样本进行权重调节, 改善样本质量; 通过分组卷积获取不同维度的细微特征, 与初始特征拼接, 实现多维互补特征融合, 并联同步进行提高识别效率。利用 Ghost bottleneck结构实现网络模型压缩与跨层连接, 在融合多维特征的同时节省计算资源。实验结果表明, 本文算法结构精简, 计算量低, 识别率达到 95.2%, 并在不同容量的样本识别中效果稳定。本文算法较好地平衡了辐射源个体识别精确度、轻量化与高时效的需求。
辐射源个体识别 Conv2D层 Ghost bottleneck结构 轻量化设计 Specific Emitter Identification Conv2D Ghost bottleneck design of lightweight model 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1100
1 航空工业金城南京机电液压工程研究中心,江苏 南京 210016
2 航空机电系统综合航空科技重点实验室,江苏 南京 210016
下一代**装备对先进飞行器航空机电系统提出了智能化、综合化、多电化、轻量化、高可靠等要求。传统产品设计、制造到验证的串联式方法已逐渐不能满足航空机电产品更轻重量、更低成本、更短研制周期的需求。因此,需迫切发展具备材料-结构-性能-功能一体化并联式设计与制造能力的金属增材制造技术。综述了激光粉末床熔融增材制造技术在液压、燃油和环控三类典型航空机电产品中的应用,总结了该技术在航空机电产品设计与制造中的应用优势及未来发展方向,为未来航空机电产品的轻量化设计与快速成形提供了技术指导。
激光技术 航空机电产品 激光粉末床熔融 轻量化设计 快速成形 中国激光
2023, 50(16): 1602304
1 吉林东光精密机械厂, 吉林长春 130033
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林长春 130022
在航空遥感领域中, 双波段光学系统是最具代表性的光学系统。与单一波段光学系统相比, 双波段系统可以同时探测到背景信号和目标信号, 从而获得更准确的信息。采用离轴反射系统这一方案与折射系统相比, 在满足更长焦距的同时, 又能实现光学系统小型化的目标。本文提出一种基于自由曲面的反射系统作为设计蓝本, 能够获得如下优点: 视场角更大, 光路容易折叠, 系统成像质量高, 能够达到高分辨率成像以及系统的轻量化设计。本文采用动态光学理论对系统初始结构进行求解并通过对系统元件的倾斜与偏移计算获得离轴系统, 系统引入自由曲面获得更加优质的成像质量。系统参数如下: 焦距为 2000 mm, 相对孔径为 1/2, 视场角为 6.×1., 工作波段为 3~5 .m与 8~12 .m, 选用法国 Sofradir公司生产的红外双色焦平面阵列非制冷型探测器; 设计结果表明, 加入自由曲面后系统的成像质量得到了明显改善, 系统在整个工作波段内 MTF值在 14 lp≥0.3。
双波段系统 动态光学 离轴反射系统 自由曲面 轻量化设计 dual-bandsystem dynamic optical theory off-axis reflection free-form surface light weight design
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所天基动态快速光学成像技术重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
为达到高度轻量化的目的,以口径为1000 mm光电经纬仪的扇型SiC轻量化主镜为研究对象。通过对主镜背部加强筋的厚度、背部半封闭型面板的厚度和主镜的总厚度进行优化,使主镜的体积和质量均减小。建立三维模型后,利用有限元软件Abaqus建立有限元模型,得到有限元仿真结果后对主镜进行变形分析。利用Zernike多项式对主镜变形数据进行拟合,得到主镜的面形误差方均根(RMS)值。仿真结果表明,在满足主镜面形精度设计要求的情况下,优化后主镜的质量为62.78 kg,相比初始质量(89.36 kg)下降30%,主镜的径厚比由8.58提高至11.44。当光轴水平时,利用四维干涉仪对扇型轻量化主镜进行面形检测,主镜面形误差RMS值的检测结果为18.22 nm。
光学设计 光电经纬仪 主反射镜 轻量化设计 有限元 Zernike多项式 光学学报
2021, 41(11): 1122002
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200175
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042
3 中国科学院大学, 北京 100049
混合使用响应面近似模型和直接优化方法对主镜进行轻量化和支撑点布局集成设计,并以2.5 m地基光学望远镜的超低膨胀主镜为例,对该方法的参数敏感性分析、基于Kriging响应面多目标遗传算法的全局优化、基于混合整数序列二次规划梯度算法的局部优化过程进行研究,并采用折衷规划理论制定评价函数。集成优化结果表明,与相同尺寸的实心镜相比,主镜采用背部局部开放式六边形孔夹芯三明治结构时,轻量化率为72.13%。主镜轴向采用54点whiffletree被动支撑,在光轴竖直及重力载荷下镜面变形的均方根值为6.08 nm,各项指标均满足设计要求。
地基光学望远镜 轻量化设计 主镜支撑 集成优化设计 混合优化方法 光学学报
2020, 40(22): 2212001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
本文对激光空间合束主镜进行优化设计与分析,以抑制强激光空间合束系统主镜热畸变,提高主镜面形精度。首先,对比分析了选择不同材料作为主镜基底的优缺点,从理论上初步确定了主镜材料、镜体厚度、支撑方式和轻量化结构形式;然后,利用有限元方法对空间合束主镜进行了热畸变分析,并结合热畸变结果对镜体结构形式进行拓扑优化设计;最后,对主镜进行重力、环境适应性和基频分析,验证设计的合理性。分析结果表明:6光合束主镜在单束10 kW激光辐照下,随着辐照时间的增加,镜面温升值和P-V值逐渐增大;辐照3 min后初设计主镜表面温度达83.4 ℃,P-V值为155 nm,受镜体结构影响,辐照区内热畸变值不一致,差值约占镜面P-V值的1/6;为改善热畸变的不一致性,提高镜体强度,对主镜进行拓扑优化设计,优化后主镜轻量化达54.5%,辐照区热畸变一致性好,镜面热畸变量减小了近1/3;不同俯仰姿态下,主镜重力变形值基本相同,不足10 nm;环境温度的改变会引起主镜的镜面畸变和平移,稳态温差值越大,主镜面形P-V值和镜面平移量越大;模态分析显示主镜基频满足系统要求。本文研究结果将对激光空间合束系统的设计提供依据。
大功率激光 空间合束 主镜 激光热畸变 轻量化设计 high power laser incoherent combining primary mirror laser thermal deformation light weight