无人武器站的轻量化设计

刘 浩，徐宏斌，李正宇，刘馨心，王 博，王玉成

(西安现代控制技术研究所，西安 710065)

0 引言

无人武器站是无人战车的火力打击载荷，承担着警戒监视、对敌毁伤的作战任务。随着作战需求的多样化，用户希望根据作战任务的不同快速换装，这对于武器站的模块化程度要求越来越高。但模块化设计会带来物理结构和性能的冗余[1]，直接导致武器站重量的增加，因此有必要对武器站进行轻量化设计。另一方面，轻量化的武器站允许携带更多的弹药和任务载荷，能够提高作战平台的机动性。

传统的减重设计主要依靠模式化的减重结构例如减重孔、肋板、加强筋等，需要丰富的设计经验，并进行反复修改，有可能耽误研制周期。拓扑优化是一种结构设计方法，能够在给定工况下寻找到材料在空间的最优分布，随着增材制造技术的发展，其应用前景变得更加广阔。文献[2]为了探索发动机-导弹连接结构的最优方案，运用拓扑优化技术得出了最佳传力路径和材料分布，并结合形状优化技术进行设计，达到了减重22%的要求。文献[3]为了解决导弹舵面在高速飞行时产生的颤振问题，利用最优准则法对优化模型进行求解，在保证重量不增加的情况下使得舵面一阶弯曲模态和一阶扭转模态提高了17.5%。使用拓扑优化技术对武器站结构进行优化能够减少迭代设计次数，快速获得轻量化的设计方案，与单个零部件优化不同的是，系统级的优化是各部件协同优化的结果，因此需要对设计约束进行合理分配。……