A review of topology optimization for additive manufacturing: Status and challenges

Topology optimization was developed as an advanced structural design methodology to generate innovative lightweight and high-performance configurations that are difficult to obtain with conventional ideas. Additive manufacturing is an advanced manufacturing technique building as-designed structures via layer-by-layer joining material, providing an alternative pattern for complex components. The integration of topology optimization and additive manufacturing can make the most of their advantages and potentials, and has wide application prospects in modern manufacturing. This article reviews the main content and applications of the research on the integration of topology optimization and additive manufacturing in recent years, including multi-scale or hierarchical structural optimization design and topology optimization considering additive manufacturing constraints. Meanwhile, some challenges of structural design approaches for additive manufacturing are discussed, such as the performance characterization and scale effects of additively manufactured lattice structures, the anisotropy and fatigue performance of additively manufactured material, and additively manufactured functionally graded material issues, etc. It is shown that in the research of topology optimization for additive manufacturing, the integration of material, structure, process and performance is important to pursue high-performance, multi-functional and lightweight production. This article provides a reference for further related research and aerospace applications.     

谐振式光纤陀螺系统建模及其应用研究

谐振式光纤陀螺作为高精度角速度传感器,以其集成化高、成本低以及抗干扰性强等独有优势,逐渐成为下一代光学陀螺研究发展的热点。通过对谐振式光纤陀螺工作原理的分析,建立了陀螺数字信号处理系统可视化模型,并对系统谐振曲线和同步解调曲线等开环输出以及锁频反馈下闭环输出进行了模拟仿真。利用仿真模型分析了正弦波调制下谐振谱分裂现象,并搭建实验装置对其进行了验证。结果表明,实验中正弦信号调制频率高于系统谐振输出半高全宽一半,即对应2 MHz时,谐振谱分裂会导致同步解调输出线性区域出现明显失真,严重恶化了标度因数线性度。因此,搭建的谐振式光纤陀螺仿真模型能够准确而有效地模拟系统的工作状态,在系统噪声抑制和精度提升方面具有指导性意义。     

双星预警系统弹道参数估计及一些问题分析

主要讨论由2颗地球同步轨道卫星组成的卫星预警系统(简称双星预警系统)中弹道导弹参数的估计问题。阐述了主动段运动的建模问题和弹道数据处理方法,考虑到微分求速的重要性,采用了带光滑约束的样条拟合方法。结合预警系统对弹道导弹预警的具体情况,分别讨论了预警系统下的发射原点估计、射向估计、关机时刻估计、关机点弹道参数估计、落点估计等问题。还讨论了系统中存在的两个问题的分析与解决。模型及分析方法均经过理论和仿真的验证,可应用于双星预警系统下的实际预警的研究。     

悬挂发射装置的总体设计方法研究

以高压气体作为弹射能源为思路，研究了悬挂发射装置的动作过程和运动规律，提出了一套新型悬挂发射装置的设计方法。对近年来逐步发展的现代设计方法如何在悬挂发射装置设计中推广应用，指导新型悬挂发射装置研制的全过程作了阐述。本文考虑多种因素的影响，应用变质量系统的能量方程和牛顿第二定律建立气压传动装置的数学模型；将拉氏方法和机构动力学引入弹射机构装置的数学建模中，在求解考虑管壁摩擦和截面积变化的准一维非定常流守恒型方程组时采用算子分裂技巧来构造差分格式，本文将小波分析中奇异性检测理论应用到结构优化，对基于系统仿真技术的动力学参数，结构尺寸，气源参数和导弹重量等进行多目标全面优化，将小波分析中非线笥浮动阈值去噪理论应用到含噪试验的数据处理中，取得比传统降噪滤波及一般的小波和小波包逆变换重建信号更好的效果；将模糊数学理论应用到系统的可靠性分析和综合评判中，可以更好地完善系统的设计方案，运用弹射投放性能测试技术对悬挂发射装置的设计方案进行了试验验证。     

带马尔科夫参数的容错控制系统中系统噪声与故障诊断检测延迟时间的关系

讨论了带马尔科夫参数的容错控制系统 (FTCSMP)中 ,在保持系统随机稳定性的前提下 ,系统噪声与故障诊断检测延迟时间的关系 ,并进一步给出了确定故障诊断检测延迟时间范围的方法 ,为故障诊断方法的选择提供了依据     

一种新的动基座快速传递对准方案及其仿真研究

针对捷联惯导系统的动基座初始对准问题,提出了一种新的动基座快速传递对准方案。该方案采用速度 姿态变化量匹配,直接对主、子惯导导航坐标系之间的失准角进行估计,可以使航向失准角快速收敛。通过仿真,研究了注入噪声和测量噪声水平、机动运动强度和幅度、复合机动运动、载机运动方向等六个因素对对准性能的影响。结果表明:其对准性能取决于水平失准角的估计精度和速度;失准角的估计精度和速度与注入噪声水平和测量噪声水平、机动运动的强度和幅度有关;复合机动运动对对准性能有正反两方面的影响。     

基于MDO方法的月球探测卫星总体设计

根据月球探测卫星任务及环境的特点,在将多学科设计优化(MDO)方法用于卫星总体概念阶段的设计。分析了卫星总体设计中轨道设计、卫星设计和发射选择间的耦合关系与协同效应,建立了MDO的简化模型。用单级整体优化策略(AAO)和多岛遗传算法(MIGA)进行优化。算例结果表明,MDO简化模型可有效解决卫星概念设计阶段中的多学科耦合。     

“爱国者”雷达组网对TBM目标的拦截性能分析

研究了"爱国者"导弹系统对TBM目标的拦截性能,建立了PAC-2的拦截概率模型,依据"爱国者"导弹系统的相关参数进行了仿真分析,并给出了典型弹道下的拦截性能仿真结果.     

串联系统耗用资源最小的一种直接寻优算法

本文提出了串联系统在满足系统目标可靠性要求y之下,使非线性约束(资源)达到极小的一种直接寻优算法。     

运载火箭姿控系统三通道数学仿真

运载火箭姿控系统开展三通道数学仿真的必要性和可能性，以及三通道数学仿真软件设计的原则和方法，在本文中作了阐述。系统单通道、双通道和三通道数学仿真实例表明：三通道数学仿真能全面、真实地反映系统的全貌和性能指标，能准确地验证理论设计的正确性，能为系统的半实物仿真提供更加可信的参考曲线，同时也为提高姿控系统设计质量提供了重要的手段和方法。