智能弹药结构关键技术应用进展与展望

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32351

固体力学与飞行器总体设计

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智能弹药结构关键技术应用进展与展望

张永励¹, 牛智奇¹(), 余磊¹, 孟军辉², 孙锋¹

^1.西安现代控制技术研究所，西安 710065
^2.北京理工大学空天科学与技术学院，北京 100081

收稿日期:2025-06-03 修回日期:2025-06-30 接受日期:2025-07-23 出版日期:2025-08-12 发布日期:2025-08-11
通讯作者: 牛智奇 E-mail:niuzhiqi@126.com
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFB4602000);国家自然科学基金(52372346)

Advances and prospects in application of key structural technologies for intelligent ammunition

Yongli ZHANG¹, Zhiqi NIU¹(), Lei YU¹, Junhui MENG², Feng SUN¹

^1.Xi’an Modern Control Technology Research Institute，Xi’an 710065，China
^2.School of Aerospace Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China

Received:2025-06-03 Revised:2025-06-30 Accepted:2025-07-23 Online:2025-08-12 Published:2025-08-11
Contact: Zhiqi NIU E-mail:niuzhiqi@126.com
Supported by:
National Key Research and Development Program(2022YFB4602000);National Natural Science Foundation of China(52372346)

摘要/Abstract

摘要：

现代战争正朝着“信息化、无人化、多域化、智能化”方向发展，智能弹药作为精确打击与高效毁伤火力体系的重要组成部分，已成为夺取战争主动权并赢得胜利的关键因素之一。结构分系统是智能弹药的脊梁，是实现弹药轻量化高效设计的基础载体，围绕“单体-群体-体系”三层智能架构，重点剖析了国内外在轻量化抗高过载、隔热承载一体化、智能材料主动调控、低成本模块化等关键技术的最新应用进展，梳理了国内外相关技术的应用与发展动态，展望了智能弹药结构关键技术的发展趋势，研究结果可为未来跨域联合作战及跨平台、大规模作战中智能弹药的成功运用提供支撑。

关键词: 智能弹药, 结构设计, 变构型设计, 多功能一体化设计, 智能制造

Abstract:

Modern warfare is evolving toward “informationization， unmanned operation， multi-domain integration and intelligence.” As a decisive element of precision-strike and high-efficiency firepower systems， intelligent ammunitions have become a key factor in seizing battlefield initiative and ensuring victory. The structural subsystem constitutes the backbone of intelligent ammunitions and the fundamental carrier for lightweight， high-efficiency design. Focusing on a three-tier intelligent architecture of “individual-swarm-system-of-systems，” this paper dissects the latest advances at home and abroad in such critical technologies as lightweight anti-high-overload structures， integrated thermal-protection/load-bearing structures， active control via smart materials， low-cost modularity， and highly reliable dynamic dispensing. Development trends of relevant technologies are reviewed and future directions for key structural technologies of intelligent ammunitions are envisioned， so as to underpin the successful employment of intelligent ammunitions in future cross-domain joint operations and large-scale， cross-platform combat.

Key words: intelligent ammunition, structural design, variable configuration design, multifunctional integrated design, intelligent manufacturing

中图分类号:

V211.7

张永励, 牛智奇, 余磊, 孟军辉, 孙锋. 智能弹药结构关键技术应用进展与展望[J]. 航空学报, 2026, 47(4): 232351.

Yongli ZHANG, Zhiqi NIU, Lei YU, Junhui MENG, Feng SUN. Advances and prospects in application of key structural technologies for intelligent ammunition[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(4): 232351.

图/表 25

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图 2

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表1

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参考文献 98

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

维度	技术目标	战场场景
力学强抵抗	结构刚度/阻尼适配性设计	高速发射/再入带来的高过载冲击缓冲
热学高耐受	隔热-承载一体化	高超声速导弹面临的严苛热环境（>1 000 ℃）
材料自修复	实时检测并修复材料损伤	部队勤务使用带来的缺陷和损伤

工艺约束	概念	优化目标
几何尺寸	受限于3D打印设备成形精度，几何特征尺寸（如细小孔径、薄壁结构、细杆结构等）约束需要合理控制，而拓扑优化往往会产生不利于制造的细小分支结构	最大/最小尺寸
连通性	增材制造成形后依据不同工艺需去除残余的未固化树脂、未熔融粉末、辅助支撑，要求结构内部不能含有封闭空腔	结构连通性保障
自支撑角	当结构存在较大悬空角时，需额外增加辅助支撑结构以避免成形过程中材料塌陷，辅助支撑结构降低了材料利用率，并增加了后期工艺困难、时间成本	支撑体积最小化
残余应力与变形	金属增材制造过程中反复地快速加热与急速冷却会造成零件内部明显的残余应力累积，导致成形构件大变形或开裂等问题	屈服强度匹配

难点	具体问题
多类微结构协同优化难题	高阶衔接性缺失：多类微结构（如金字塔点阵+手性晶格）界面易出现应力集中，因微结构拓扑构型不兼容导致局部应力超限，引发疲劳失效
多类微结构协同优化难题	数值求解复杂度：多类微结构优化变量数量指数级增长（例如10⁶→10⁹量级），传统SIMP（Solid Isotropic Material with Penalization）算法难以收敛，需开发新型优化框架
制造-设计跨尺度失耦	晶粒尺度效应未建模：微观晶粒尺寸分布显著影响材料力学性能，但当前优化模型未耦合晶体塑性理论
多物理场耦合缺陷	热-力-电磁场强耦合工况下，多尺度优化目标函数冲突（如隐身要求低密度点阵和承载要求高密度点阵），缺乏统一权衡准则

智能弹药结构关键技术应用进展与展望

Advances and prospects in application of key structural technologies for intelligent ammunition

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