航天仿真技术的现状与展望

龙源期刊网航天仿真技术的现状与展望作者：张弘博来源：《神州·下旬刊》2019年第01期摘要：航天仿真技术是基于系统仿真技术与航天工程相结合的技术性产物，被广泛引用于航天工程的多个方面，比如运载火箭的研发与设计、人造卫星的研制、载人飞船与空间站的制造与运行，以及飞行器的性能检测与改进、人造飞船的维修与对接等，无不用到航天仿真技术。在国际上，航天科技的发展水平体现着一国科学技术竞争力水平、象征着军事国防能力，因而，航天科技的发展是国家投入最大的科技板块之一，关系着国家安全与国家竞争力。而航天科技的发展离不开又航天仿真技术，鉴于其重要性，本文将对航天仿真技术的现状与未来发展进行分析。关键词：系统仿真技术;航天工程;航天仿真;系统工程仿真技术是一门综合性学科，包含了控制论、系统论与信息技术等多个学科的知识与应用，利用计算机系统、通过建模的方式，对某一个系统或者过程进行模拟，是支撑产品研发与应用的重要手段。航天工程也是一门综合性学科，包含了系统工程、环控生保技术、自动控制技术、通信、遥感技术、测试技术、力学、天文学与空间科学等众多学科的知识和内容。由于航天工程是一个高风险与高投入的行业，对于其研发成果或者制成产品，一般不能直接发射或运行，而必须要经过数次的模拟实验来证明该航天产品或者系统是可靠的，通过仿真来降低风险与潜在损失。航天放着技术得以重视与发展。航天仿真技术的关键在于对航空发动机进行改革与升级，提升航空发动机的性能与效率，缩短研发与试验周期，从而降低航空事业发展的成本、提升发展效率。可以说，航空工程技术是一个国家经济实力、军事实力、科技实力的综合竞争力体现，而航天仿真技术将对航空科学技术带来质的变革与提升：可以实现对航空发动机零件、整机和系统进行高精度、高保真的数字化模拟，可提前暴露或预测航空设备的设计缺陷与可能出现的故障，通过事前预测、事中检测及事故维修等大幅提升航空设备与航空系统的研发制造效率和质量，降低风险和成本。一、航空仿真技术的现状（一）研制大量的仿真软件根据航天事业的发展需求与大量的资金人才投入，我国航天仿真技术的发展取得了长足的进步，比如针对航空设备的结构与强度的数值仿真软件，测试结构的合理性与受承载和撞击的强度;燃料燃烧的仿真软件，测试燃料是否能够充分燃烧及燃烧改进方法;设备材料检测仿真软件，检测设备材料的导热性能是否能够满足运行需求、重量是否适合、抗压耐力是否足够强大;控制中心仿真数值软件，检测控制中心的控制力度、灵活度与操作便利性等，根据检测结果对龙源期刊网控制系统进行改进。这些仿真数值软件涉及到航空设备的整机、零部件与系统，并且都通了试验的验证，可以成熟运用。（二）虚拟仿真技术得到大力发展航天仿真技术的发展需要不断地在一定环境中进行仿真与测试，也成为虚拟仿真技术。一方面，通过不断地仿真与试验，构建了使新技术、新仿真软件、新材料、新控制系统等进行顺利试验的仿真设计环境，为以后航天仿真技术的发展奠定了基础;另一方面，航空发动机作为航空产业发展的核心，在仿真技术的推动下，在性能、效率与质量等方面也得到了提升，不仅仅是航空发动机的结构改造，还包括航空发动机的零部件、整机与系统的整个生命周期所涉及到的所有业务领域的仿真技术，比如，航空发动机的研制、运营、修为、改良等。（三）仿真精度与置信度需要进一步提升流体仿真属于新兴学科，对于数字仿真的精确度要求非常高，同时由于发展时间较短，其理论基础研究还比较薄弱，这就导致仿真精度不够，不利于航空设备的安全与准确运作，也不利于工程的应用;全业务链的仿真技术不够。目前，主要的仿真技术主要集中于航空产业链的关键环节，比如航空发动机的研制、运营与维修，航空设备材料的种类与强度等，而对于航空零部件的生产、组装与运行的仿真技术较少、较薄弱;还有工艺、传热等仿真技术，由于模型不够完善、缺乏经验数据及其积累与分析，导致仿真精度与置信度不够高，对于某些问题不能精确定位并得出解决方法。（四）缺乏从全产业链角度的全局规划航空科学最重要的核心部件-航空发动机，其仿真技术软件的来源多且分散，比如商用、军用与民用，进口与自主生产，这就导致航空发动机仿真软件的标准、规范与协议均无法达到统一，这也导致了航空发动机上下游环节所涉及的仿真软件无法统一标准。即使在材料、工艺、燃料与燃烧、强度与导热等搜集与积累的大量的模型与数据，也无法进行统一仿真与分析，从而形成数据的孤岛，数据间的交互也显得无能为力。数据的无法高效利用也会导致航空计算机及其他零部件仿真软件的发展有所滞后，难以掌握核心发展软件技术。二、航空仿真技术的发展趋势展望（一）提高仿真可信度龙源期刊网置信度不够的问题之所以存在，没有建立起客观的评价体系是一种原因，因此，未来有可能会建立第三方仿真评估的工作模式，将仿真试验与实际设备试验结合起来进行性能鉴定与体系评估，就可以在很大程度上避免由于仿真数据、模型、工具与方法等不正确而造成的误差，提高航空仿真技术的准确度与置信度。同时，将航空仿真试验应用于航空设备整体、零部件与系统的整个业务链条，提升整体仿真的置信度。（二）自主研发得以强化以上分析均说明了航空仿真技术对于国防建设、国家安全、高新技术与航空事业发展的重要性，但无可否认的是，在专业技术方面，我国还落后于发达的工业国家（尤其是美国，其发达的航天技术是其航空设备价格全球首家高昂、国防建设与军事能力强大的原因之一），而通过技术交流与指导、对购买的专业高端设备进行研究消化等方式是无法获取核心技术的，只有实现核心技术研发自主化，才能掌握最先进、最核心的技术，成为工业强国与技术强国，才能在国际竞争中占据主动地位，获取更大的经济利益。三、总结本文对航空仿真技术的现状与展望进行了研究。航空仿真技术是一门综合性学科，主要应用于航空领域尤其时航空发动机的改良发展，关系到国防建设与军事能力提升。目前，我国航空发展技术发展取得长足结果，如研制大量的仿真软件、虚拟仿真技术得到大力发展，同时也存在不足之处，如仿真精度与置信度不够、缺乏从全产业链角度的全局规划等。并认为提升提高仿真可信度与自主研发得以强化是未来航空仿真技術的发展方向。参考文献：[1]胡峰，孙国基.航天仿真技术的现状与展望[J].系统仿真学报，2016（11）.[2]曹建国.航天仿真综述[J].计算机仿真，2015（23）.