对标智能空战,提出智能运载概念,以灵蛟高超声速运载器为载体,具备低成本可复用、高自由度、高可靠性特征。
选择赛道为自由探索赛道,项目内容为航空航天运载系统。
项目主体为一型两级入轨运载器,同科目一赛道跨介质飞行器科目较为接近,但本创意主要突出的点为灵活落点特性,因此选择自由探索赛道参赛。超声速运载器应运而生。
“灵蛟”是一型智能化两级入轨运载器,全机可重复使用,具备轨道级载荷快速投放功能。与其它两级入轨概念方案相比,“灵蛟”搭载由动力学先验知识神经网络(DINN )和面向灵活落点决策的轨迹跟踪技术支撑的智能飞行能力评估系统,该系统能够实现在飞行过程中基于飞行状态实时评估飞行能力。该系统赋予“灵蛟”更强的任务多样性:可以在实施任务过程中基于实际飞行能力对任务进行变更,例如更换新着陆点;更高的可靠性:在出现故障时,实时知晓飞行能力能够指导应急着陆操作。对于高超声速运载系统,信息即时性至关重要,通过DINN ,求解的收敛时间达到20ms 以内,能够即时实现飞行能力信息的获取,指导运载器实施决策。
“灵蛟”飞行能力智能评估系统是本创意的核心创新点:
从体系创新角度:智能飞行能力评估系统的应用能够大幅提升空军作战单元精准打击能力,广泛增强各作战单元任务自由度,更加高效遂行作战使命。
从装备创新角度:灵蛟”飞行能力智能评估系统具备在多类空军作战单元上应用的潜力,底层技术DINN 收敛时间快,训练代价小,工程可实现性优异。
从技术创新角度:灵蛟”飞行能力智能评估系统为运载系统自适应飞行决策提供了解决方案:即时求解可达区域提供了飞行能力的有效信息,为提升运载器的任务自由度提供了关键输入,为保障飞行安全增添了一道防线。利用神经网络解决了算法即时性问题,使之具备低计算量、高计算速度特征,具备在机载计算机上搭载运行的可实现性,收敛时间达到20ms以内,较传统方法提升了1000倍以上;利用动力学先验知识优化神经元组织架构和神经网络训练方式,降低先期训练成本,进一步提升其工程应用价值。DINN模型的训练时间是传统BPNN的十分之一左右,且实现了与BPNN同等的计算精度。
项目负责人:李佳伟,博士,高级工程师,部长助理。从事飞行器气动总体设计和内外流一体化技术研究,负责“高超声速气动力/气动热/ 热防护相容性仿真技术研究”国防科技引领基金项目, 累计承担某创新特区、某工程专项、国家数值风洞等课题10 余项。第一作者获得软件著作权6 项,第一作者获得授权国家发明专利4 项,已在CJA CJA 、航空学报、AIAA AIAA AIAA AIAA 等高质量期刊上发表科技论文14 篇。获得工信部创新创业奖创新奖三等奖、江苏省青年科技创新“U35 U35 U35 攀峰”等奖项,担任《空天技术》青年编委。在本次创意挑战赛中主要负责“灵蛟”运载器方案设计与气动布局优化工作。
项目第二负责人:章吉力,硕士,工程师。从事飞行器总体设计、飞行器动力学与控制相关研究,在Aero ero space pace pace ,航空学报,宇航学报,战术导弹技术等高质量航空航天学术期刊发表论文7 篇,第一作者获得授权国家发明专利1 项,软件著作权1 项。在本次创意挑战赛中主要负责“灵蛟”飞行能力智能评估系统的算法设计与仿真验证工作,相关材料编制工作。
评价单位:“科创中国”航空制造产业科技服务团 (中国航空学会)
评价时间:2023-11-27
综合评价
从赋能航空装备角度:“灵蛟”飞行能力智能评估系统事实上具备在多类空军单元上应用的潜力,底层技术DINN收敛时间快,训练代价小,工程可实现性优异。
从提升能力角度:智能飞行能力评估系统的应用能够大幅提升空军单元精准打击能力,广泛增强各单元任务自由度,更加高效遂行使命。
从深化军民融合角度:“灵蛟”灵活落点空天运载飞行器作为一型低成本可重复轨道级运载系统,其研制是响应市场需求、针对市场痛点以及具有广大远景市场规模的举措。
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