跨介质飞行器倾斜入水弹道拉平特性研究

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作者 任泽宇 王小刚 +2 位作者 孔德才 原凯 程生楠 《宇航总体技术》 2025年第2期52-58,共7页

为了探究预置舵角对跨介质飞行器倾斜入水弹道转平的影响,首先,基于有限体积法,结合SST k-ω湍流模型、VOF模型以及重叠网格技术建立了跨介质飞行器倾斜入水数值仿真模型;其次,分析了预置舵角控制弹道转平的力学作用机理;最后,探究了预... 为了探究预置舵角对跨介质飞行器倾斜入水弹道转平的影响,首先,基于有限体积法,结合SST k-ω湍流模型、VOF模型以及重叠网格技术建立了跨介质飞行器倾斜入水数值仿真模型;其次,分析了预置舵角控制弹道转平的力学作用机理;最后,探究了预置舵角角度对弹道转平的控制效果。结果表明:来流绕流预置舵角的尾舵后,在尾舵迎流面形成滞止高压,而在尾舵背流面形成相对低压,从而形成抬头力矩控制跨介质飞行器的弹道转平;预置舵角角度的增加有利于弹道转平的控制效果,减小了飞行器弹道转平的深度。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 倾斜入水 弹道转平 预置舵角

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跨介质飞行器发展现状与未来展望 被引量：1

2

作者 赵子懿 赵长见 马奥家 《导弹与航天运载技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第2期17-24,共8页

跨介质飞行器是指兼具空中飞行能力和水下潜航能力的新概念特种飞行器,包括潜水飞机、潜射无人机等。聚焦可多次跨域的飞行器,通过文献调研,阐述了跨介质飞行器的特点和应用,详细介绍了国内外跨介质飞行器的发展现状,分析了实现跨介质... 跨介质飞行器是指兼具空中飞行能力和水下潜航能力的新概念特种飞行器,包括潜水飞机、潜射无人机等。聚焦可多次跨域的飞行器,通过文献调研,阐述了跨介质飞行器的特点和应用,详细介绍了国内外跨介质飞行器的发展现状,分析了实现跨介质飞行的技术难点,对跨介质飞行器所需要的关键技术进行归纳总结。最后,结合调研的结果和国内外发展现状,对跨介质飞行器的前景进行展望,提出发展建议。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 飞行器可变体技术 潜水飞机 潜射无人机 关键技术

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国外跨介质飞行器发展历程及启示 被引量：34

3

作者 何肇雄 郑震山 +1 位作者 马东立 周峤 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第5期152-157,共6页

跨介质飞行器是指既可在空中飞行,又能完成水下潜航的新概念特种飞行器。跨介质飞行器集成了空中和水下2种航行器的能力,即飞机的空中飞行能力和潜艇的潜水隐身能力。本文结合国外跨介质飞行器的发展历程,介绍了潜水飞机、潜射无人机等... 跨介质飞行器是指既可在空中飞行,又能完成水下潜航的新概念特种飞行器。跨介质飞行器集成了空中和水下2种航行器的能力,即飞机的空中飞行能力和潜艇的潜水隐身能力。本文结合国外跨介质飞行器的发展历程,介绍了潜水飞机、潜射无人机等新型两栖跨介质装备,并分析了其对我国的启示。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 潜水飞机 潜射无人机

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跨介质飞行器触水滑跳运动特性数值模拟 被引量：10

4

作者 田北晨 刘涛涛 +1 位作者 吴钦 黄彪 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期586-598,共13页

受生活中水漂现象的启发,跨介质飞行器广泛采用灵活机动的滑跳运动模式,大大提高了海战武器的突防能力。基于数值模拟方法研究具有复杂构型的跨介质飞行器触水滑跳运动特性,重点分析入水参数对跨介质飞行器静水面的近水面滑跳运动过程... 受生活中水漂现象的启发,跨介质飞行器广泛采用灵活机动的滑跳运动模式,大大提高了海战武器的突防能力。基于数值模拟方法研究具有复杂构型的跨介质飞行器触水滑跳运动特性,重点分析入水参数对跨介质飞行器静水面的近水面滑跳运动过程影响。研究结果表明:针对所提跨介质飞行器,近水面滑跳运动可分为稳定滑跳阶段及水面滑行阶段,稳定滑跳阶段飞行器运动轨迹呈类正弦规律波动,逐次入水砰击瞬间飞行器均会受到较大的砰击载荷;跨介质飞行器入水速度v取值为10~55 m/s范围时,随着入水速度增大,可顺利实现近水面滑跳运动的入水俯仰角范围先增大后减小,入水速度为30 m/s时,飞行器入水俯仰角φ有效范围最大为-8°~10°;跨介质飞行器近水面滑跳运动过程中入水速度越大,砰击载荷越大、稳定滑跳次数越多、稳定滑跳距离越远;入水俯仰角φ为0°~5°时飞行器近水面稳定滑跳次数最多,滑跳距离最远,滑跳姿态最稳定。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 滑跳 砰击载荷 运动特性

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加速非定常影响下跨介质飞行器终端滑模控制 被引量：1

5

作者 张梓晨 荣思远 +2 位作者 王小刚 白瑜亮 崔乃刚 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1716-1726,共11页

为解决非定常影响下的跨介质飞行器加速段深度控制问题,设计一种基于有限时间收敛状态观测器的快速非奇异终端滑模控制器。考虑通气空泡不稳定上限设计通气规律,得到非定常空泡形态方程,建立考虑尾部沾湿区域时变的跨介质飞行器加速段... 为解决非定常影响下的跨介质飞行器加速段深度控制问题,设计一种基于有限时间收敛状态观测器的快速非奇异终端滑模控制器。考虑通气空泡不稳定上限设计通气规律,得到非定常空泡形态方程,建立考虑尾部沾湿区域时变的跨介质飞行器加速段数学模型,简化为控制器设计导向的误差模型。为处理系统中的复杂扰动,设计模型参考形式的有限时间收敛状态观测器对系统不确定性进行观测补偿,并基于高阶滑模趋近律设计非奇异终端滑模控制器,完成控制系统设计,并通过Lyapunov理论证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可有效抑制扰动对系统的影响,可实现考虑加速非定常影响下的跨介质飞行器深度与姿态的高精度控制。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 空泡形态 终端滑模控制 状态观测器

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倾转四旋翼跨介质飞行器水面垂直起飞策略研究 被引量：3

6

作者 聂星宇 胡志强 +1 位作者 孙浩添 耿令波 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第4期66-71,共6页

针对跨介质飞行器研究领域目前存在的任务负载小以及近水面介质属性强非线性变化导致的推力损失问题,设计了一种倾转四旋翼跨介质飞行器构型,具有较大的起飞负载,并建立了倾转四旋翼跨介质飞行器近水面静力学模型;在控制策略上,设计了... 针对跨介质飞行器研究领域目前存在的任务负载小以及近水面介质属性强非线性变化导致的推力损失问题,设计了一种倾转四旋翼跨介质飞行器构型,具有较大的起飞负载,并建立了倾转四旋翼跨介质飞行器近水面静力学模型;在控制策略上,设计了水面垂直起飞流程以及切换控制策略,等效提高了跨介质飞行器近水面推重比,并进一步增强了倾转四旋翼跨介质飞行器起飞过程的稳定性,最后进行实验验证。结果表明,设计的水面垂直起飞流程及切换控制策略,可以实现大负载下倾转四旋翼跨介质飞行器的水面垂直起飞过程。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 倾转四旋翼 水面垂直起飞

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变构型跨介质飞行器发展及关键技术分析 被引量：3

7

作者 张朝阳 杨峰 +4 位作者 刘凯 夏广庆 康会峰 牛尧雨 鹿畅 《宇航总体技术》 2021年第6期54-61,72,共9页

变构型跨介质飞行器就是既能满足在水下航行又能满足在空中飞行要求的飞行器,在具备水下航行隐蔽特性的同时也满足在空中飞行的机动性和灵活性要求。变构型跨介质飞行器可以通过改变其翼型结构适用于空气中与水中航行。该飞行器结合了... 变构型跨介质飞行器就是既能满足在水下航行又能满足在空中飞行要求的飞行器,在具备水下航行隐蔽特性的同时也满足在空中飞行的机动性和灵活性要求。变构型跨介质飞行器可以通过改变其翼型结构适用于空气中与水中航行。该飞行器结合了无人机和潜艇的优势,可以实现多次出入水跨介质作业,在军事领域应用于战场关键信息侦察、突防和精确打击,在民用领域应用于海上灾难救援、深海地质探测等。从军事和民用方面分析了变构型跨介质飞行器的优势及用途,总结了国内外变构型跨介质飞行器发展现状,针对性地梳理了关键技术和难点问题,在此基础上提出了技术发展建议,为后续跨介质飞行器研究工作提供支撑。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 水空两栖 无人机

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跨介质飞行器头部外形优化及入水性能分析 被引量：3

8

作者 马文朝 孟繁敏 +2 位作者 马诺 孟军辉 邹汝平 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2588-2597,共10页

跨介质飞行器头部外形是影响跨介质过程中运动学特性的重要因素之一。通过采用常见的双参数立方多项式曲线方程,获取跨介质飞行器头部外形曲线无量纲参数,采用任意拉格朗日-欧拉方法完成不同头部外形跨介质飞行器的流固耦合建模及性能分... 跨介质飞行器头部外形是影响跨介质过程中运动学特性的重要因素之一。通过采用常见的双参数立方多项式曲线方程,获取跨介质飞行器头部外形曲线无量纲参数,采用任意拉格朗日-欧拉方法完成不同头部外形跨介质飞行器的流固耦合建模及性能分析,研究不同头部外形入水后末速度与入水过程中所受最大冲击应力。以最大末速度和最小冲击应力为优化目标,在保证有限元仿真精度的同时,通过径向基神经网络提升计算效率,并利用多岛遗传算法对跨介质飞行器头部外形进行多目标优化,以得到最佳的头部外形。研究结果表明,跨介质飞行器最优头部外形相对于基本外形,入水过程速度衰减量与所受冲击应力明显降低,有效地减少入水过程中跨介质飞行器的能量损失,可为跨介质飞行器的头部外形设计提供参考。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 流固耦合 头部外形优化设计 入水性能分析

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旋翼跨介质飞行气动特性与机理仿真分析

9

作者 高世才 王潇 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第3期87-97,I0002,共12页

跨介质水空旋翼飞行器可以同时在水和空气两种不同介质中航行,近年来逐渐成为研究焦点。水和空气两种流体介质的物理特性差异巨大,旋翼在跨介质过程中将经历复杂的两相流环境。基于格子玻尔兹曼方法(LBM)着重研究了旋翼逐渐靠近水面过... 跨介质水空旋翼飞行器可以同时在水和空气两种不同介质中航行,近年来逐渐成为研究焦点。水和空气两种流体介质的物理特性差异巨大,旋翼在跨介质过程中将经历复杂的两相流环境。基于格子玻尔兹曼方法(LBM)着重研究了旋翼逐渐靠近水面过程中的气动特性和流动机理,CFD计算结果表明,在距离水面0.8倍旋翼半径的高度附近,旋翼处于类似地面效应的状态。随着旋翼逐渐靠近水面,其下洗气流显著作用于水面,诱导形成明显的液冠结构,并伴随强烈的涡环效应,导致旋翼下方的气压降低,进而造成旋翼拉力在这一时间段内持续下降,拉力特性出现拐点,不升反降,产生明显的气液两相流干扰现象。液冠结构破碎后,旋翼拉力趋于稳定,相较于空中工况,在H/R=0.2时,旋翼拉力增长了约26%;在H/R>0.4时,旋翼拉力的增长逐渐减缓,增长率以2%~5%的幅度缓慢下降,直至最终拉力趋近于空中工况的水平。本文初步揭示了旋翼在近水面工况下拉力特性的初步规律及影响机理,为后续理论研究与实际应用提供了参考。 展开更多

关键词 旋翼 LBM 跨介质飞行器 多相流 近水面效应 地面效应

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水空两栖多旋翼飞行器出水控制及参数整定 被引量：1

10

作者 李良博 杨宇 +3 位作者 梁爽 郭明明 李忠广 李泽斌 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第7期85-92,共8页

介质跨越是水空多旋翼飞行器的关键运动之一,针对水空多旋翼飞行器的出水问题开展相关研究。首先,建立水空多旋翼飞行器的运动学、动力学模型,重点探究其在水下运动过程中的受力,借助Fluent软件对水空多旋翼飞行器在水下受到的粘性水动... 介质跨越是水空多旋翼飞行器的关键运动之一,针对水空多旋翼飞行器的出水问题开展相关研究。首先,建立水空多旋翼飞行器的运动学、动力学模型,重点探究其在水下运动过程中的受力,借助Fluent软件对水空多旋翼飞行器在水下受到的粘性水动力进行分析,并进一步用多项式拟合粘性水动力与速度之间的关系。在此基础上,提出分段变参数PID跨介质控制方法,在Matlab中开展控制仿真实验。最后,引入遗传算法整定PID控制器,并将结果与前者进行对比。实验结果表明:水、空环境突变对PID控制算法影响巨大,分段变参数PID控制方法更加贴合实际跨介质过程;基于遗传算法的PID控制器参数整定方法能有效提高水空多旋翼飞行器跨介质性能。研究结果可为研究潜器跨介质、导弹出水、水空多旋翼飞行器的出入水控制等问题提供研究思路和理论参考。 展开更多

关键词 水空多旋翼跨介质飞行器 出水控制 PID 遗传算法

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新型涵道风扇水空两栖无人机设计与实现

11

作者 张鑫泽 肖海建 +2 位作者 刘兴龙 邢孔睿 卢翔 《兵工学报》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页

涵道风扇无人机可以实现起降与悬停,结构简单可靠且安全系数高。针对常规水空两栖无人机起降环境受限、折叠翼机构冗余与气动效率较低等问题,设计一种新型双涵道风扇水空两栖跨介质无人机。借鉴水下无人潜航器和无人驾驶飞机对机身进行... 涵道风扇无人机可以实现起降与悬停,结构简单可靠且安全系数高。针对常规水空两栖无人机起降环境受限、折叠翼机构冗余与气动效率较低等问题,设计一种新型双涵道风扇水空两栖跨介质无人机。借鉴水下无人潜航器和无人驾驶飞机对机身进行优化设计,并采用倾转双涵道风扇动力系统。基于改进叶素动量理论,得出小型涵道风扇升力计算理论公式。分析力学物理场下无人机整体的结构振型,并通过流场有限元仿真验证整机的气动性能。分析结果表明:改进的小型涵道风扇升力计算公式计算结果与风洞试验结果基本一致,两者最大误差为4.5%,设计出的小型涵道风扇可提供20%的附加升力,气动效率高;通过模态分析发现该无人机机体结构较为稳定,振型合理;完成了风洞试验与新型涵道风扇水空两栖无人机在不同介质下的试飞验证,证明了无人机设计方案的可行性。 展开更多

关键词 跨介质无人飞行器 飞行器设计 涵道风扇 气动特性 结构振型

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旋翼近水面效应影响因素 被引量：1

12

作者 白兴之 吴文华 +3 位作者 林泽铖 范召林 张代贤 高福奎 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期86-99,I0002,共15页

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋... 旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响。对于直径0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果。 展开更多

关键词 近水面效应 跨介质飞行器 旋翼 自由面 地面效应 液滴

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新型星形负泊松比抗冲击结构设计与入水冲击 被引量：3

13

作者 金泽华 刘清洋 +1 位作者 马文朝 孟军辉 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1497-1513,共17页

针对跨介质飞行器入水过程中受到较大冲击载荷的问题,提出一种基于工程需求的负泊松比抗冲击结构拓扑优化设计方法,通过将弹性模量和泊松比引入拓扑优化设计的目标函数,得到满足抗冲击性能需求的负泊松比星形-四边形蜂窝(Star-quadrangu... 针对跨介质飞行器入水过程中受到较大冲击载荷的问题,提出一种基于工程需求的负泊松比抗冲击结构拓扑优化设计方法,通过将弹性模量和泊松比引入拓扑优化设计的目标函数,得到满足抗冲击性能需求的负泊松比星形-四边形蜂窝(Star-quadrangular Honeycomb,SQH)结构。在建立SQH结构理论分析模型的基础上,推导冲击载荷下的平台应力解析公式,并通过数值模拟仿真进行校验。通过与星形-圆环蜂窝(Star-circle Honeycomb,SCH)等多种负泊松比结构的比吸能进行对比,得到SQH结构在低速、中速、高速冲击下的比吸能分别高于SCH结构28.74%、45.2%、7.03%。通过流固耦合仿真分析,对所设计的SQH夹层结构进行入水冲击降载研究,进一步讨论SQH夹层结构主要尺寸参数对入水冲击特性的影响。研究结果表明,在尺寸允许范围内,SQH单元倾角和单元壁厚的增大均使得结构产生的加速度峰值减小,动能转化为结构的变形能也减小,验证了用于工程需求的负泊松比结构拓扑优化设计的有效性。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 负泊松比 拓扑优化 冲击吸能 平台应力

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掠海导弹触水滑跳运动特性数值模拟研究

14

作者 雷娟棉 吴志翔 解文洋 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2975-2983,共9页

水面滑跳运动是一种飞行体在近水面运动时底部反复触水并被弹起的运动过程,该运动方式可以提高远程对海打击导弹在末端近水面无动力运动时的航程和机动能力。为研究导弹的水面滑跳运动特性,通过求解非定常Navier-Stokes方程和Realizable... 水面滑跳运动是一种飞行体在近水面运动时底部反复触水并被弹起的运动过程,该运动方式可以提高远程对海打击导弹在末端近水面无动力运动时的航程和机动能力。为研究导弹的水面滑跳运动特性,通过求解非定常Navier-Stokes方程和Realizable k-ε湍流模型,结合重叠网格技术,采用VOF方法捕捉空气和水之间的自由液面变化,通过六自由度方程模拟刚体运动,对典型导弹外形水面滑跳运动过程进行模拟研究,给出并分析了导弹一次水面滑跳过程的运动参数和表面压力变化。结果表明:根据水面滑跳过程中导弹姿态和相对水面位置的变化特点,可将导弹水面滑跳运动过程分为入水前空中飞行段、第1次触水弹起段、近水面滑行段、第2次触水滑行段、滑跳出水飞行段5个阶段;第1次触水过程中,船尾段受到水面冲击被迅速弹离水面,同时使弹体低头,导弹整体仍向下朝水面运动;第2次触水过程中,导弹下表面大面积拍击水面,不仅产生较大的水面冲击力,且产生使弹体抬头的力矩,在向上冲击力和抬头力矩作用下,导弹被抬升滑跳出水面。船尾收缩段产生的抬头力矩及导弹前端触水处产生的冲击载荷共同作用使得导弹完成水面滑跳过程。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 水面滑跳 多相流 刚体动力学 数值模拟

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移动式水动压力作用下航行体截面载荷测量技术研究 被引量：1

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作者 王语嫣 刘思宏 +3 位作者 李明 洪良友 马斌捷 荣克林 《强度与环境》 CSCD 2023年第2期33-39,共7页

跨介质飞行器水下发射或高速入水过程中,空泡在壁面溃灭会产生较大压力脉冲,使舱体由于局部外压发生变形,由此引起的局部应变会成为载荷测量中截面应变的干扰应变,对截面载荷测量产生较大影响。为了从应变桥路中消去壳体局部弯曲应变的... 跨介质飞行器水下发射或高速入水过程中,空泡在壁面溃灭会产生较大压力脉冲,使舱体由于局部外压发生变形,由此引起的局部应变会成为载荷测量中截面应变的干扰应变,对截面载荷测量产生较大影响。为了从应变桥路中消去壳体局部弯曲应变的影响,基于壳体受力模式分析,本文提出在舱段表面打孔将应变片直接贴在中面的方法,以期消除局部弯曲应变的影响。并通过有限元仿真方法确定打孔及虚拟电桥应变片位置,消除了局部高强度外压对弯矩桥路应变的影响;提出了基于均匀外压标定得到环向非均布外压影响的耦合灵敏度标定方法并通过有限元验证了该方法的合理性。地面验证试验表明,考虑外压耦合灵敏度,在保证弯矩识别精度的前提下,轴力识别误差明显降低。 展开更多

关键词 跨介质飞行器 载荷测量 虚拟电桥

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新概念装备军事需求分析方法与应用 被引量：1

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作者 陈有兴 何磊 +2 位作者 巫吉川 徐明兴 沈雁鸣 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2023年第11期87-94,101,共9页

新概念装备由于缺乏成熟装备作为参考,目标图像不明确,需要通过军事需求牵引装备设计和研制。为此,提出了适用于新概念装备的军事需求分析框架。以无人跨介质新概念飞行器军事需求开发为例,对框架进行应用验证。案例结合无人跨介质飞行... 新概念装备由于缺乏成熟装备作为参考,目标图像不明确,需要通过军事需求牵引装备设计和研制。为此,提出了适用于新概念装备的军事需求分析框架。以无人跨介质新概念飞行器军事需求开发为例,对框架进行应用验证。案例结合无人跨介质飞行器作战运用特点,基于所述框架开展了军事需求论证工作,通过逐层分解和迭代分析,得到了该飞行器能力需求、装备性能需求等,表明了所提军事需求分析框架的有效性。 展开更多

关键词 军事需求 新概念装备 分析框架 无人跨介质飞行器

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