兵工学报

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MICP固化钙质砂动态力学试验及微平面模型仿真

冯君, 孙巍巍, 黄竞楠, 孙溪晨, 李一凡, 杜鲁飞, 付佳维

2025, 46(11): 250155. doi:10.12382/bgxb.2025.0155

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微生物诱导碳酸钙沉积(Microbially Induced Calcite Precipitation,MICP)技术对岛礁工事钙质砂基层的原位建造固化效果显著,MICP固化钙质砂的动态力学特性与仿真模型是岛礁防护设计与毁伤评估的重要基础。对南海钙质砂开展MICP胶结试验,通过准静态单轴压缩、霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)动态力学试验获得MICP固化钙质砂的应变率效应,基于微平面模型M7二次开发材料子程序VUMAT,标定其材料参数;对比钙质砂侵彻试验,数值模拟研究MICP固化对钙质砂抗侵彻性能的增益。研究结果表明:MICP固化钙质砂试样的单轴抗压强度为12.31MPa,SHPB的应变率为426s^-1、1150s^-1、1712s^-1时,抗压强度的动态强度放大因子分别为1.117、1.485和1.828;应变率效应对M7本构模型仿真侵彻深度影响约4.2%;相比钙质砂侵彻响应,MICP固化钙质砂的侵彻深度减小40.11%,靶体静态阻力项均值从5.21MPa提高到11.89MPa,抗侵彻性能大幅度提升。研究结果可为强冲击载荷下岛礁工事的毁伤分析提供实验数据与仿真模型参考。

气动拓扑在飞行器新概念布局设计的应用研究进展

廖鹏, 刘传振, 杨金广, 张玉东, 白鹏

2025, 46(11): 250104. doi:10.12382/bgxb.2025.0104

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飞行器气动布局设计一直以来遵从着经验驱动的设计理念,基准外形的气动性能往往已经决定并限制了形状优化设计所带来的气动性能的提升。这种传统的设计理念无法得到颠覆性的气动布局形式。近年来,随着气动拓扑设计概念的兴起,气动拓扑设计方法得到重视并有望应用于未来飞行器新概念气动布局设计。以气动拓扑设计方法为主线,从气动拓扑表征方法和优化算法论述了发展历程,分析了现有方法在飞行器新概念气动布局设计的应用研究典型案例。首先,梳理了气动拓扑设计方法的发展历史;其次,综述了气动拓扑在飞行器新概念布局设计的应用研究进展;接着,总结了气动拓扑设计方法面临的挑战与难题,一个是气动拓扑优化处理高速可压缩湍流存在困难,另一个是飞行器流动拓扑流固界面光滑性不足;最后,展望了相关研究在未来的发展方向。

基于双层多目标优化的翼身融合水下滑翔机设计

王文鑫, 王鹏, 李靖璐, 蒋一辰, 董华超

2025, 46(11): 250012. doi:10.12382/bgxb.2025.0012

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为提高翼身融合水下滑翔机外形的性能和设计优化效率,提出基于双层多目标优化的翼身融合水下滑翔机外形设计方法,建立翼身融合水下滑翔机外形的全参数化模型,搭建外形性能分析平台,形成性能数据库和高精度神经网络映射模型,探究设计参数和性能参数的相关性,基于相关性和映射模型开展以升阻比和内部容量为目标的翼身融合水下滑翔机外形双层约束多目标优化。优化结果表明,优化后的翼身融合水下滑翔机升阻比和内部容量更为优越,分别提升31.49%和11.33%,基于不同权重的加权得分值也表明优化的有效性。

再入滑翔飞行器速度约束减速制导方法

陈俊谷, 刘俊辉, 单家元, 王佳楠

2025, 46(11): 250202. doi:10.12382/bgxb.2025.0202

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针对再入滑翔飞行器末制导阶段速度控制精度受气动参数偏差等不确定性影响较大的问题,提出一种具有鲁棒性的新型偏置比例导引速度约束制导律,在满足命中精度的同时实现再入滑翔飞行器的终端速度约束。在附加攻角减速控制策略的基础上,建立飞行速度与理想速度曲线误差动力学模型。引入固定时间收敛误差动力学理论,并考虑飞行过程中的气动参数偏差导致的模型不确定性,推导基于固定时间收敛误差动力学的速度约束制导律,并证明模型不确定性有界下速度误差动力学的稳定性。对新提出的速度约束制导律进行数值仿真,验证了所提制导律的性能,并通过蒙特卡洛仿真测试验证了其对初始参数偏差与气动参数偏差的鲁棒性。

基于状态估计的轮腿式平台自适应集成柔顺控制

杨海洋, 吴佳俊, 刘辉, 韩立金, 聂士达, 项昌乐

2025, 46(11): 250327. doi:10.12382/bgxb.2025.0327

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轮腿式平台作为一种新型特种车辆,拓宽了轮端自由度,具有复杂地形高速行驶的潜力。然而,二级作动单元垂向-纵向耦合动力学与不可测状态使其复杂环境下速度跟踪与地形适应柔顺控制面临挑战。为了解决上述问题,提出一种基于状态估计的自适应集成柔顺控制方法。基于平台运动构型建立整机正逆运动学模型,并基于虚拟模型提出垂向减振与纵向柔顺参考动力学模型;通过纵向终端滑模、垂向最优减振控制及卡尔曼滤波设计建立垂向-纵向集成自适应柔顺框架;参考位姿下实现速度跟踪与地形适应的集成柔顺控制。多工况测试验证了新方法的集成柔顺控制稳定性优势,例如减速带工况垂向加速度峰值低于1.1m/s²。

基于蚁群优化算法引导深度Q网络的移动机器人路径规划算法

李海亮, 李宗刚, 宁小刚, 杜亚江

2025, 46(11): 250134. doi:10.12382/bgxb.2025.0134

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针对移动机器人深度Q网络(Deep Q-Network,DQN)路径规划算法在处理大规模复杂未知环境时收敛速度慢、规划路径差等问题,提出一种结合蚁群优化(Ant Colony Optimization,ACO)算法与DQN的路径规划(Ant Colony Optimization Guide DQN,ACOG-DQN)算法。引入ACO的信息素机制,以有利于到达终点为目标对当前可能路径进行选择,在降低对环境无效探索次数的基础上确定最优路径;对先前路径选择经验利用阈值筛选,形成样本集对Q-network进行训练,利用Q-network确定当前环境下的移动机器人最优路径。以ACO和Q-network分别确定的最优路径以及随机探索确定的最优路径为候选,设计Q-network最优路径权重随时间增大的路径选择机制进行决策,遴选出当前动作,达到路径最终由Q-network完全决策的目标。3组不同复杂环境下的仿真与实体试验结果均表明,新的ACOG-DQN算法相对于DQN算法,在收敛速度、路径质量和算法稳定性方面表现出更优的性能,表明了新算法的有效性。

新型双足移动机器人运动学及其性能分析

石兆峰, 宋胜涛, 宁峰平, 张磊, 邓连政, 郭文孝

2025, 46(11): 250199. doi:10.12382/bgxb.2025.0199

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面向危险、复杂环境,基于4-UPU+2-P串并混联机构提出一种新型双足移动机器人。针对传统双足移动机器人的连续步态,该机器人通过动/静平台切换,按照“上平台+下足”式的连续步态,仅需6个驱动即实现双足机器人的交替移动和转弯。基于旋量理论分析机器人的自由度,运用闭环矢量法建立运动学逆解,并分析其奇异性与工作空间。采用运动/力传递指标对机器人进行性能分析,并绘制其在工作空间内的性能分布图。利用粒子群优化算法,以全域传递指标为优化目标,完成关键结构参数的优化设计,提高机构的运动/力传递性能。针对该机器人在运动过程中的稳定性问题,基于零力矩法开展其在阶梯攀爬环境下的仿真分析。研究结果表明,所设计的双平台双足移动机器人结构合理,在阶梯地形中展现出一定的稳定性,在战场侦察与灾后救援等复杂、危险环境下具有一定的应用潜力。

基于变论域模糊自适应模型预测控制的智能汽车轨迹跟踪控制方法研究

何洋, 李刚, 冀凤标, 周俊鹏

2025, 46(11): 250023. doi:10.12382/bgxb.2025.0023

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为提高智能汽车轨迹跟踪的实时性和自适应性,提出一种变论域模糊自适应模型预测控制(Variable Universe Fuzzy Adaptive Model Predictive Control,VUFAMPC)方法。采用强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(Strong Tracking Square Root Cubature Kalman Filter,ST-SRCKF)算法估计轮胎侧向力,获取实时轮胎侧偏刚度值。在传统智能汽车模型预测控制方法基础上,引入变论域模糊控制(Variable Universe Fuzzy Control,VUFC)方法,设计变论域模糊模型预测控制器(Variable Universe Fuzzy Model Predictive Controller,VUFMPC),再结合ST-SRCKF算法将估计的轮胎侧偏刚度作为VUFMPC的参数,实现控制器参数自适应修正,进而获得VUFAMPC。采用硬件在环试验方法对比分析,发现汽车高速行驶时,相对于模糊模型预测控制(Fuzzy Model Predictive Control,FMPC)方法、自适应模型预测控制(Adaptive Model Predictive Control,AMPC)方法,VUFAMPC的超调量分别优化了11.1%和18.8%,过渡时间减少了46.6%和67.9%;轨迹跟踪试验结果显示,相对于FMPC、VUFMPC、AMPC,VUFAMPC的最大跟踪误差优化了73.9%、68.7%、24.8%,均值误差优化了72.3%、56.1%、28%。研究结果表明:VUFAMPC具有良好的实时性和自适应性,同时有效兼顾智能汽车的轨迹跟踪精度和行驶稳定性。

基于堆叠集成学习的履带车辆液力机械综合传动装置功率损失预测

李慎龙, 张金豹, 王立勇, 张金乐, 王敏

2025, 46(11): 250175. doi:10.12382/bgxb.2025.0175

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功率损失是评估履带车辆液力机械综合传动装置性能的关键参数之一。通过预测不同工作条件下的功率损失,可以更全面地评价液力机械综合传动装置的效能,从而确保履带车辆具有良好的机动性。提出一种基于堆叠集成学习的方法,用于预测液力机械综合传动装置在多种工况下的功率损失。研究利用75辆履带车辆液力机械综合传动装置的多工况效率数据,通过堆叠的方式集成随机森林、LightGBM、AdaBoost、CatBoost与XgBoost等多种算法,实现对液力机械综合传动装置功率损失的有效预测。运用夏普利加性解释值分析各个因素以及各模型对于功率损失预测的影响程度。实验结果显示,训练集功率损失预测结果的均方根误差为6.6,拟合优度达到0.976;在测试集中,这些指标分别为8.920和0.961。进一步分析发现,输入扭矩是影响功率损失的主要因素,且在堆叠集成框架中,随机森林算法对提高预测精度贡献最大。

基于陷波FxLMS算法的混联式混合动力车辆多通道主动振动控制策略

严琦, 刘辉, 高普, 杨殿钊, 焦佳新

2025, 46(11): 241157. doi:10.12382/bgxb.2024.1157

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混联式混合动力是一种结合串联式和并联式的混合动力构型,其发动机和电机通过动力耦合机构连接,可以独立或共同地向车轮提供动力,表现出较好的燃油经济性。但是,由于发动机与传动系统之间存在机械连接,其噪音、振动和粗糙度(Noise,Vibration,and Harshness,NVH)性能往往较差。为解决这一问题,提出一种主动振动控制策略。首先介绍混联式混合动力车辆动力传动系统的构型和不同的工作模式,建立系统扭转动力学模型及发动机波动转矩模型,分析系统扭振响应频率和发动机转速之间的关系。然后提出基于陷波FxLMS算法的自适应多通道主动振动控制策略。该策略利用电机作为作动器,通过自适应调节权值矩阵实现目标点扭转振动的补偿。为提高控制精度,基于有限冲激响应滤波器对混联系统中的多条次级路径进行离线辨识。仿真结果表明,新提出的主动振动控制策略具有良好的有效性和稳定性,提升了车辆的乘坐舒适性,延长了零部件寿命,改善了整车NVH性能。

非结构化环境下适用多类型激光雷达的地面无人车辆负障碍物检测

武丹凤, 陈同舟, 匡敏驰, 宋春森, 周芬芬, 张学艳

2025, 46(11): 250197. doi:10.12382/bgxb.2025.0197

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地面无人车辆在非结构化环境中行驶时,负障碍物对车辆行驶安全构成了重大威胁。然而,现有的负障碍物检测研究中,基于相机的检测方法不能良好适用于光照条件差、背景复杂的非结构化环境,而基于激光雷达的负障碍物检测方法大多从机械式激光雷达线束特性出发进行设计,通用性差。为此,提出了一种兼容性强且具备良好扩展性的负障碍物检测方法,能够适应不同类型的激光雷达,并实现高精度的负障碍物检测。方法针对点云数据进行预处理,提取地面感兴趣区域并进行点云的姿态矫正;采用自适应分辨率极坐标栅格化技术,增强点云数据的空间表示能力;设计了负障碍物栅格特征描述子,结合点云的空洞特性、高度差异和最小高度等多个特征,提取潜在的负障碍物区域;引入多帧融合策略,通过地图重投影和基于贝叶斯规则的概率更新,最终输出高精度的负障碍物表面占据范围。实验结果表明,所提出的方法同时适用于不同扫描方式的激光雷达,能够在复杂非结构化环境中有效识别负障碍区域,具有良好的通用性与检测精度。

电液比例伺服阀自适应自抗扰控制

周宁, 仇智, 苏琦, 邓文翔, 李冬明, 潘红波, 张国良, 姚建勇

2025, 46(11): 250171. doi:10.12382/bgxb.2025.0171

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比例伺服阀作为导弹发射平台、坦克、火炮等国防重载液压驱动系统的核心元件,由于其阀芯运动系统受到磁滞、液动力及Stribeck摩擦等复杂动态特性的制约,使得传统比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative,PID)控制方法难以突破性能瓶颈。为此提出一种融合参数自适应律与扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的电液比例伺服阀自适应自抗扰控制器(Adaptive Active Disturbance Rejection Controller,AADRC)。通过建立阀芯运动的位置环状态空间模型,解析其非线性动态耦合机制;针对液压阀弹簧刚度、黏性阻尼系数等参数不确定性,设计参数自适应律在线估计未知参数,并利用ESO对磁滞-液动力-未建模摩擦复合非线性动态进行补偿。基于Lyapunov稳定性理论,严格证明该控制器可保证闭环系统状态、参数估计及干扰观测误差的全局一致最终有界性。对比实验结果表明:与PID控制器及基于标称模型的鲁棒控制器相比,新提出的AADRC在常速(0.5Hz)和高速(2.0Hz)正弦工况下均具有最小稳态跟踪误差;在三角波工况下能有效克服换向时的滞后。

发射环境下钕铁硼合金的力磁退化特性

李雷, 杨国来

2025, 46(11): 250205. doi:10.12382/bgxb.2025.0205

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为了从根本上解决传统液压式火炮制退机的液体泄漏问题,探究钕铁硼强磁材料在火炮冲击环境下的力磁稳定性,以支撑电涡流阻尼原理在制退机中的创新应用。针对钕铁硼材料动态力磁退化规律不清的现状,基于热力学与损伤演化理论建立一种适用于脆性材料的力磁本构;开展动态力学与冲击去磁实验,以材料特性实验数据为基础,完成力磁本构关键参数的辨识;搭建火炮上装动力学计算模型,将建立的力磁本构模型通过子程序嵌入动态显式计算,提取不同位置、不同时刻钕铁硼的力磁性能衰减数据进行分析。研究结果表明:力磁退化最严重的位置在最右侧永磁体内环,最大去磁量为0.1668T。研究成果不仅为电涡流制退机的使用和维护提供有效指导,更为钕铁硼材料在其他冲击环境中的应用奠定了理论基础。

基于等效导程的定距空炸修正算法研究

郭宇星, 田东辰, 孟飞阳, 李勇, 刘秋生

2025, 46(11): 250222. doi:10.12382/bgxb.2025.0222

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为了满足现代城市作战和末端防空精准毁伤的需求,进一步提高定距空炸弹药的定距精度,根据修正质点弹道方程分析和研究计转定距的影响机理和因素,采用正交试验对弹道模型中弹丸质量、初速、导程、转动惯量、温度、气压、湿度、横风和纵风9个因素的3个水平进行仿真,结果表明火炮膛线类型和磨损引起的导程变化是定距空炸的关键影响因素,也是现有定距算法所忽略的问题。针对导程对定距空炸的影响提出一种等效导程计算方法,将内弹道模型计算的炮口速度和炮口转速的比值定义为等效导程,并在模型中考虑了膛线类型和膛线磨损的影响,内弹道仿真表明等效导程与膛线理论导程平均相差约3%,利用定距空炸算法仿真对等效导程的准确性进行验证,结果表明:在定距距离1000m时,使用等效导程解算装定转数定距精度平均提高32.9m。

基于Transformer-LSTM混合神经网络的迫弹外弹道及落点预测方法

杨守怀, 黄江流, 陈志华, 黄振贵, 吴明雨, 邱荣贤, 郑纯

2025, 46(11): 250123. doi:10.12382/bgxb.2025.0123

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针对现代战场对迫弹类目标外弹道轨迹及落点的快速精准预测需求,提出基于Transformer-长短期记忆(Transformer-Long Short-Term Memory,Transformer-LSTM)混合神经网络的迫弹外弹道预测方法。利用Transformer网络提取T~T+K时刻迫弹速度与三维坐标的内在联合特征,LSTM网络将该时间序列特征作为输入,映射出T+K+1时刻的三维坐标信息。为优化网络模型,研究并分析不同滑动窗口步长对外弹道预测模型收敛性能的影响。将所提混合网络与门控循环神经网络、Transformer-LSTM分别进行单步、多步和落点预测的对比分析。实验结果表明:新的混合网络对外弹道三维坐标的预测精度分别可达99.78%、99.72%、99.81%,均优于其他2个网络;新的混合网络的外弹道单步预测耗时仅为1.2ms,大幅度提升了预测精度与效率。新方法可实现精确且快速的外弹道及落点预测,为迫弹拦截任务提供更多的响应时间。

链式回转弹仓非线性动力学建模与分析

鲁俊杰, 邹权, 陈龙淼

2025, 46(11): 250189. doi:10.12382/bgxb.2025.0189

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针对链式回转弹仓控制器设计中控制模型选取主观性强,导致模型精度不高、控制性能提升难等问题,提出一种“全阶建模-参数辨识-灵敏度分析降阶”的三位一体解决方案。基于某火炮弹药自动装填系统链式回转弹仓的实际结构特征,考虑驱动电机动态特性、减速器传动齿隙、链传动多边形效应、时变啮合碰撞、非线性摩擦耗散及结构柔性变形等关键因素,建立弹仓非线性全阶动力学模型。针对动力学模型中参数众多、耦合性强、经验标定难的问题,建立基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的多目标参数辨识框架实现关键参数辨识,经多工况实验验证表明,新建立的全阶动力学模型与实际系统的稳态相对误差低于5.97%。进一步结合Sobol全局灵敏度分析法定量评估17个参数对系统动态响应和定位精度的影响,其中负载端质量和库伦摩擦的电流闭环全局灵敏度指数分别为0.25和0.42,齿隙和负载端最大静摩擦的位置闭环全局灵敏度指数分别为0.20和0.78,基于上述分析结果构建降阶数学模型,通过保留关键参数显著简化了控制器设计复杂度,为基于模型的控制算法开发提供了适配性更强的轻量化模型架构。

铝粉含量对RDX基含铝炸药空中爆炸能量输出特性的影响

张浩宇, 徐豫新, 王跃文, 吴宗娅, 徐鹏

2025, 46(11): 250254. doi:10.12382/bgxb.2025.0254

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为研究铝粉含量对黑索今基含铝炸药能量输出特性的影响,开展铝粉含量为20%、30%、40%含铝炸药的自由场静爆试验。采用超压传感器测试自由场、地面冲击波超压-时间曲线,采用高速摄影仪捕获入射波、反射波及马赫波传播过程及爆炸火球变化过程,基于试验结果标定含铝炸药的Jones-Wilkins-Lee(JWL)-Miller参数。试验结果表明:铝粉含量由20%增加到30%,含铝炸药的地面反射波超压峰值和比冲量影响较小;铝粉含量由30%增加到40%时,地面反射波超压峰值降低幅度为2.17%~7.81%,比冲量降低幅度为0.29%~12.17%;铝粉含量由20%增加到40%,爆炸火球最大直径由6.48m增大到7.12m,爆炸火球出现减小趋势的时间由20ms延长到60ms;30%、40%含铝炸药的JWL-Miller参数预测爆炸冲击波参量(超压峰值、比冲量)与试验结果的最大误差分别为16.75%、-8.51%,平均绝对百分比误差分别为6.76%、4.14%。该研究成果可为含铝炸药的威力场预估提供参考与借鉴。

NEPE推进剂非稳态燃烧的数值模拟

吴昊阳, 陈凯旋, 薛晓春, 余永刚

2025, 46(11): 250148. doi:10.12382/bgxb.2025.0148

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为探讨高能硝酸酯增塑聚醚(NitrateEster Plasticized PolyetherPropellant,NEPE)推进剂在快速降压作用下的微尺度瞬态燃烧特性和火焰结构,通过引入随机分布的颗粒填充结构来表征推进剂的非均质性,并构建一种半全局气相化学反应动力学模型,用以模拟NEPE推进剂的燃烧过程。研究结果表明:在燃烧初始阶段,火焰结构不断变化,由于颗粒分布和降压之间的相互作用,表现出持续约3.5ms的显著振荡特征;当减压过程持续19ms时,压力降至约0.1MPa,火焰整体呈现预混结构;NEPE推进剂的非均质性和压力变化导致了气相组分在其表面的不稳定流动,从而形成动态的火焰结构。

剪切硬化胶改性泡沫材料在防弹头盔中的应用研究

杨昊玮, 王俊龙, 苗振威, 康越, 魏延鹏

2025, 46(11): 250225. doi:10.12382/bgxb.2025.0225

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防弹头盔是防止士兵头部受到弹道冲击和爆炸冲击伤害的关键防护装备,头盔缓冲系统在减缓弹道和爆炸冲击毁伤效应方面起着重要作用。为提高头部防护装备整体防护能力,将剪切硬化凝胶(Shear Stiffening Gel,SSG)引入乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-vinyl Acetate,EVA)泡沫中制备了一种新型EVA/SSG缓冲泡沫材质衬垫。利用弹道冲击实验平台与仿真头部模型,分别对装配有普通EVA和EVA/SSG缓冲泡沫衬垫的防弹头盔进行了弹道冲击测试,对冲击过程中头模表面冲击力与头部质心加速度随时间的变化规律开展研究,并进行弹道仿真有限元分析。实验和仿真结果表明,弹道冲击条件下装配有EVA/SSG泡沫衬垫的头盔能将头模表面峰值压力与头模质心加速度峰值降低20%以上,使得人体头部受伤概率显著降低。

不同聚类算法在抗冲击有限元模拟结果处理中的应用及甄选

陶雨波, 林心怡, 何洁, 袁子舜, 徐望

2025, 46(11): 250217. doi:10.12382/bgxb.2025.0217

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为探究不同聚类算法在处理有限元结果应力云图时的表现,研究建立单层Twaron^®平纹织物弹道冲击有限元模型,以其应力分布结果图像为例,采用k-means、高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)、均值漂移(Mean-shift)、基于密度的带有噪声的空间聚类(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN)共4种不同的聚类算法对应力云图进行聚类处理和结果对比分析。研究结果表明:Mean-shift和DBSCAN聚类算法并不适用于处理大量有限元应力云图;k-means和GMM聚类算法相较于传统手动处理效率提升了74.24倍和172.64倍,但GMM聚类算法在图像色彩无明显区分时会产生误差;k-means聚类算法在保证高效的同时,误差仅在0.85%以内,因此k-means聚类算法是这4种算法中最适用于大量应力云图的快速、客观、定量的分析。使用k-means聚类算法测量出单层Twaron^®平纹织物在受到冲击的1~15μs内,0~600MPa应力区间面积减小,应力面积变化速率为5.61×10⁷mm²/s;600~1200MPa应力区间面积增大,应力面积变化速率为5.27×10⁷mm²/s。

空基杀伤链网络关键边识别方法

李争, 何明浩, 胡乔林, 冯明月

2025, 46(11): 250141. doi:10.12382/bgxb.2025.0141

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针对空基杀伤链网络的关键边识别难题,提出一种基于深度强化学习的自适应关键边检测框架。该方法运用复杂网络对空基杀伤链建模;引入回溯搜索思想,提出一种模板杀伤链搜索方法;基于强化学习构建分层经验回放机制与动态ε-贪婪策略相结合的关键边探索范式,通过多维度状态表征实现关键边的精准定位。实验结果表明:在模拟空基杀伤链网络测试中,新方法的Top-10识别准确率达到85%,较传统介数中心性方法提升89.5%,比深度Q网络基准提升19.7%;在网络鲁棒性指标方面,全局效率下降率η较边介数提升37.4%,最大连通分量保留率预测误差控制在5%以内。

纤维增强聚脲动态力学性能试验与本构模型

傅力衡, 姚象洋, 王鲁庆, 马宏昊, 亓峰

2025, 46(11): 250073. doi:10.12382/bgxb.2025.0073

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为研究纤维增强聚脲材料动态力学性能,利用分离式 Hopkinson 压杆(Separated Hopkinson Pressure Bar,SHPB)开展动态压缩试验,获得试件在3种温度下不同应变率范围内的应力-应变曲线,并进一步基于标准线性固体模型建立相应的黏弹性本构模型。试验结果表明:纤维增强聚脲的动态力学响应呈非线性,应力-应变曲线由超应力段和超弹性段组成;随着应变的上升,超应力值趋于稳定,本构模型中与应变率相关联的非线性项也逐渐趋近于一个与应变率相关的稳定值;基于标准线性固体的黏弹性本构模型可较好地描述纤维增强聚脲的动态力学行为。通过有限元分析软件二次开发搭建本构模型,进行模拟仿真。在SHPB模拟与空爆模拟中,仿真结果与试验均能较好吻合,论证了本构的准确性。

考虑应力状态的Q345E舰船钢本构与断裂模型

全鑫, 邓希旻, 武海军, 闫雷, 董恒, 蒋腾, 黄风雷

2025, 46(11): 250091. doi:10.12382/bgxb.2025.0091

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为表征舰用Q345E钢高速冲击条件下的力学响应,开展准静态拉伸、霍普金森压杆实验,获得Q345E钢材料的静、动态力学特性和广应力三轴度范围内的断裂特性,基于Johnson-Cook(JC)、Cowper-Symonds(CS)模型构建了表征Q345E钢静动态力学行为的JC-CS本构,结合数值仿真获得了各应力三轴度范围内的失效参数,给出三段式Wierzbicki断裂模型,并采用Abaqus VUMAT子程序验证本构及断裂模型的有效性。研究结果表明,Q345E钢具有明显的应变硬化及应变率效应,在动态加载下两类效应相互耦合,新提出的JC-CS本构模型能够准确表征该材料从准静态到高应变率范围内的率相关应变硬化和应变率效应。Q345E钢的断裂应变与应力三轴度相关,材料的断裂应变在应力三轴度大于-1/3、小于2范围内表现出先下降后上升、最终趋于零的形式,应力三轴度趋于-1/3时断裂应变正无穷大。依据材料实验和高速穿甲实验开展的数值仿真计算发现,仿真预测的断口形貌、靶板破坏模式及多层靶穿甲过程与实验结果高度一致,表明新建立的JC-CS本构及Wierzbicki断裂模型能够反映Q345E钢的力学特性、失效行为及高速冲击下的响应特征。

基于无偏特征选择的混凝土侵彻深度预测模型

张秀丽, 张杰, 亓晓鹏, 王志勇, 刘志芳, 王志华

2025, 46(11): 250019. doi:10.12382/bgxb.2025.0019

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针对混凝土侵彻深度预测中数据不足、特征选择困难以及传统经验公式适用性有限的问题,提出一种基于深度学习和优化策略的混凝土侵彻深度预测模型。收集218组混凝土侵彻试验数据,并结合多阶段经验公式生成数据,有效扩展数据集的规模和多样性。为提高特征选择的准确性,采用XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)模型结合SHAP(SHapley Additive exPlanations)值进行特征筛选和降维,识别出与侵彻深度相关的关键特征。基于筛选后的关键特征,构建用于侵彻深度预测的多层感知器(Multi-layer Perceptron,MLP)模型。为优化模型性能,使用贝叶斯优化方法调优MLP模型的超参数,并通过K折交叉验证对新模型的泛化能力进行评估。研究结果表明:新提出的模型在多种工况下表现优于传统经验公式,其预测精度和稳定性显著提升,展现出良好的泛化能力和适应性;与传统经验公式相比,新模型在各经验公式的适用范围内同样表现出更优的预测效果。

基于协方差矩阵重构的水下无人航行器舷侧阵自干扰抑制

梁国龙, 陈宇, 邱龙皓, 李赢, 杜致尧, 郑擎宇

2025, 46(11): 241081. doi:10.12382/bgxb.2024.1081

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水下无人航行器(Underwater Unmanned Vehicle,UUV)作为一种智能水下作业系统,其运行过程中产生的自噪声将对舷侧阵声纳造成强烈干扰。当前主流的自适应波束形成技术主要用于抑制远场干扰,对于UUV自干扰这一类近场强干扰的适应性不足。针对这一问题,提出一种基于协方差矩阵重构的UUV自干扰抑制方法。由于舷侧阵与UUV的刚性连接特性,当工况不变时,UUV自干扰协方差矩阵在时间上具有高度稳定性。基于此特性,新方法首先利用预采集数据估计自干扰协方差矩阵,然后利用该矩阵对远场干扰和噪声的协方差矩阵进行修正,从而构建干扰加噪声协方差矩阵,以便计算自适应波束形成器的权重。实验结果显示,与当前主流自适应波束形成方法相比,新方法在输入信噪比高于0dB时表现更好;与矩阵滤波类方法相比,新方法可以将干扰抑制效果提升约6dB。

顾及多环境要素影响的水下航行器航路自动规划方法

张埂铭, 张立华, 王义涛, 周寅飞, 戴泽源

2025, 46(11): 241129. doi:10.12382/bgxb.2024.1129

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针对目前水下航行器的隐蔽航路规划方法仅以水文环境作为隐蔽性依据,导致在复杂海洋环境下路径规划隐蔽性不足、鲁棒性较差的问题,提出一种顾及多环境要素的航路自动规划方法。通过声呐方程与Bellhop模型,结合温盐数据,得到航行器受水文环境影响的瞬时被探测概率;通过引入目标横距与巡逻宽度模型,结合地形数据,得到受地理因素制约的探测平台出现概率与声呐接触时间;结合二者构建出顾及多环境要素影响的隐蔽效能模型;使用顾及隐蔽性的A^*算法实现隐蔽航路的自动解算。实验结果表明:相较于传统隐蔽规划方法,新方法将水文与地理要素融合为归一化隐蔽效能值,并应用于隐蔽规划算法,能够明显降低航行器在水道复杂海域通航时的平均累积被探测概率,提升所规划航路的隐蔽性;规划出的隐蔽航路鲁棒性更强,更加符合实际应用需求。

水下爆炸冲击下不同姿态舰员响应特性

张鹏, 蒋永博, 马鹏, 鲁晋方, 吴超, 陈子豪, 李营

2025, 46(11): 250014. doi:10.12382/bgxb.2025.0014

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人员是舰艇抗冲击系统的短板,明确人体冲击响应特性有助于提升防护设计。以不同姿态舰员冲击响应规律为研究重点,借助实船水下爆炸试验首次开展卧姿真人冲击响应特性研究;基于Taylor流固耦合原理,构建远场水下爆炸载荷-结构-不同姿态人体一体化响应模型,横向对比分析典型冲击因子(0.30、0.45、0.60)条件下不同姿态人体典型器官垂向响应差异。研究结果表明:坐姿人体盆骨、站姿人体足部和卧姿人体头部为易损区域,应重点防护;人体由坐姿转变为站姿时,人体上半身器官载荷显著变小,腰椎与盆骨不再是易损伤区域;由坐姿转变为卧姿时,人体易损器官存在由盆骨向头部转移的趋势;相同冲击因子下,各姿态人体与甲板直接接触器官的响应程度对甲板质量的改变较为敏感,呈负相关。研究结果可为舰员抗冲击防护设计提供技术支撑。

材料强度-韧性协同作用下的破片能量耗散机制

郭冬炀, 赵东志, 刘德, 张舒童, 高沐竹, 赵爽

2025, 46(11): 250093. doi:10.12382/bgxb.2025.0093

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防雹增雨弹作为人工影响天气的核心装备,其自毁后形成的破片特性直接影响作业安全性与催化效能。聚焦弹体材料力学性能对破片成型的作用机制,采用试验、理论和数值仿真相结合的方法,分析S20钢、9260钢、D60钢及823钢在破片质量分布、形态特征及能量耗散等方面的差异。研究结果表明弹体材料的强度-韧性协同效应对破片断裂模式具有决定性作用:高强度材料(如9260钢)虽能形成均匀细碎破片(1~5g占比>60%),但韧性不足易导致局部能量集中;低强度高韧性材料(如D60钢)则因塑性变形显著而生成不规则粘连破片(10g以上占比达32%);相较之下,823钢凭借独特的力学性能(抗拉强度1000~1200MPa,冲击韧性40~60J),在爆炸载荷下实现了脆-韧断裂协同调控,破片质量集中分布于5g以下(占比85%以上),完全符合国家安全标准(B级,≤10g),且细碎破片(≤10g)占比达90%以上,显著降低了地面安全风险。所得成果为防雹增雨弹材料的优化设计提供了理论依据,对提升人工影响天气作业的安全性具有工程价值。

基于IGWO-1DCNN的高分辨一维距离像目标识别方法

陈世宝, 韩嘉轩, 张慧雯, 吴钇达, 王彩云

2025, 46(11): 241119. doi:10.12382/bgxb.2024.1119

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高分辨一维距离像(High Resolution Range Profile,HRRP)可提供丰富的目标细节信息,在雷达目标识别领域得到了广泛应用。由于受环境噪声干扰、大气辐射及突防措施等影响,传统的弹道中段目标HRRP识别方法的准确率较低,而智能优化算法在提取目标局部特征时又有参数过多而导致人工调参困难。针对此问题,提出一种基于改进灰狼优化一维卷积神经网络的弹道目标HRRP识别方法。该方法通过构建并改进一维卷积神经网络,对宽带雷达目标HRRP样本进行特征提取;引入改进的灰狼优化算法加快模型的收敛速度,提升模型的识别性能;使用支持向量机作为网络的分类器进行弹道目标分类识别。实验结果表明,与其他现有方法对比,新方法实现了神经网络参数的自动寻优,减轻了人工训练的负担;弹道HRRP目标识别的准确率较高,而且鲁棒性较强。

基于YOLOv10n的轻量化红外小目标检测模型

赵紫臣, 萧浩东, 凌焕章

2025, 46(11): 250146. doi:10.12382/bgxb.2025.0146

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红外小目标检测在红外制导、跟踪系统等军事领域中有着广泛的应用,是红外图像处理中的一个重要方向。由于检测设备的限制和红外小目标固有信息的缺失,现有的检测方法难以满足实际的性能要求。为探索兼具轻量化和高检测精度的红外小目标检测模型,以YOLOv10n为基础,设计轻量且高效的YOLOv10n红外小目标检测模型(Lightweight YOLOv10n,L-YOLOv10n)。通过轻量级空间通道解耦下采样(Lightweight Spatial-Channel decoupled Downsampling,L-SCDown)模块替换YOLOv10n中的SCDown模块,以较低计算成本增强红外小目标的关键特征;采用轻量级具有2个卷积的跨阶段部分瓶颈(Lightweight Cross-stage partial convolution with Two Fusion layers,L-C2f)模块替代C2f模块,在降低计算成本的同时增强小目标边缘信息并提取多尺度特征。针对红外小目标像素少、前景与背景不平衡的问题,引入Focal Loss和更加聚焦的交并比(Focaler Intersection over Union loss,Focaler-IOU)损失函数,使模型更聚焦于难检测的目标。在公开数据集SIRST-V2和NUDT-SIRST上的实验结果表明:L-YOLOv10n的检测性能和资源消耗显著优于基于检测的模型,对于分割模型,L-YOLOv10n的检测性能略低于基于Transformer的分割模型,但是L-YOLOv10n的资源消耗显著优于其他模型;在NUDT-SIRST数据集上的泛化性能也远高于绝大多数的红外小目标检测模型。研究结果表明,新提出的模型在资源消耗和高精度检测之间取得了平衡,具有一定的实用性。

基于Mamba赋能的三支路生成对抗网络的红外与可见光图像融合

章洋洋, 康家银, 马寒雁, 张文慧, 王怀友

2025, 46(11): 250077. doi:10.12382/bgxb.2025.0077

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针对主流的基于Transformer的红外与可见光图像融合方法存在的参数量大、计算复杂度高等问题,提出一种Mamba赋能的三支路生成对抗网络的红外与可见光图像融合方法。在生成器网络中,设计3条既独立又协同工作的特征提取和融合支路,其中红外和可见光支路通过浅层特征提取模块和Mamba块分别提取红外和可见光图像中的全局特征,并将提取到的全局特征逐级集成到基于卷积神经网络的中间融合支路中,从而实现全局和局部特征的充分交互和融合。通过生成器与两个判别器(红外判别器和可见光判别器)间不断地博弈训练,迫使生成器提高其生成融合图像的能力。在公开数据集上的实验结果表明,新方法在定性的视觉效果和定量的客观指标两方面均总体优于对比方法。

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