为研究活性复合罩聚能装药对目标靶后毁伤效应,开展活性复合射流作用多层间隔靶侵彻与爆炸联合毁伤性能研究。采用实验、数值模拟和理论相结合的方法,对活性复合射流侵彻多层间隔靶的毁伤行为及机理进行探究。实验结果表明,对于给定的活性复合罩聚能装药结构,与活性-铜射流相比,活性-钛射流在钢锭上形成的侵孔直径更大,穿透一定厚度钢靶后可造成后效间隔铝板严重变形甚至撕裂。基于活性复合射流对多层间隔靶的侵爆时序联合毁伤行为,建立后效铝板爆裂毁伤分析模型。仿真结果表明:铝板上的破裂孔面积与随进活性材料有效质量和动能侵孔半径均呈正相关,但二者中活性材料有效质量对其影响更显著;基于实验和数值模拟所获取的经验参数,模型可进一步预测不同活性材料有效质量、动能侵孔和靶板厚度下后效铝板爆裂毁伤面积。

为研究氟聚物基活性药型罩聚能装药对钢靶的侵彻爆燃行为及耦合作用机理,开展配方为质量分数73.5%聚四氟乙烯(PTFE)/26.5%Al活性药型罩聚能装药作用钢靶静爆实验,获得炸高对侵彻深度、侵彻孔径、钢靶爆裂行为影响特性。实验结果表明,活性药型罩聚能装药炸高在0.35~1.00倍装药直径范围内,对钢靶侵爆耦合毁伤效应最为显著。结合准定常理想不可压缩流体力学理论,引入活性射流反应延迟时间,给出活性射流侵彻深度与反应延迟时间函数关系,建立活性射流侵孔内有效质量模型;基于修正的伯努利方程,结合活性射流内爆特性,发展活性射流侵孔孔径理论模型;结合圆筒破坏理论提出活性射流侵爆耦合作用下钢靶爆裂行为判断方法。理论模型定量化描述了活性射流对钢靶的侵爆行为,揭示了破甲终止后活性射流内爆超压导致的扩孔与钢靶爆裂机理。

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明:冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。

采用多种时频方法研究了西藏地区两种典型面目标(高寒干草地和高寒沼泽)回波信号的时频特性,揭示常规弹药太赫兹引信在经典落角65°、85°下的面目标双点散射现象。分析小波、WVD时频方法在引信面目标回波实际应用中的局限性,并进行理论说明。针对频率成分提取过程中的成分丢失和频率成分能量聚集性差问题,提出一种新的重排小波-伪魏格纳时频(Mor-RPWVD)方法。Mor-RPWVD采用距离加权和时频信息融合,进一步提高时频方法的交叉项干扰抑制能力和能量聚集性。实测数据验证结果表明,重排小波-伪魏格纳(Mor-RPWVD)时频方法对面目标多点散射回波信号的良好时频分析能力。

含能材料的自催化特性是造成含能材料极具危险性的主要原因之一,常用的自催化反应鉴别方法是利用差示扫描量热仪(DSC)、微热量热仪(C80)进行的“等温法”试验,该方法温度选择较为困难,试验周期较长且具有一定的危险性,有必要寻找一种快捷安全的自催化反应鉴别方法。基于绝热量热试验,结合反应机理函数,提出可快速鉴别含能材料自催化分解特性的方法,并利用该方法测量5种样品(过氧化二叔丁基(DTBP)与甲苯混合溶液、六硝基茋-Ⅳ(HNS-Ⅳ)、双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)(BNCP)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、羧甲基纤维素叠氮化铅(CMC-LA)的绝热热分解特性。测量和分析结果表明:DTBP与甲苯混合溶液的热分解符合n级反应规律,HNS-Ⅳ、BNCP、CL-20、CMC-LA的热分解符合自催化反应规律,自催化反应强度随热惯性的增加而降低;新方法不需要计算准确的反应动力学参数,在自催化反应进行的初期就能完成自催化特性的鉴别,减少了测量时间的同时大大降低了测量过程的危险性,可快速鉴别物质分解是否有自催化特性,并可准确表征反应的自催化特性强度。

为解决高速履带车辆机电悬架在高频区性能恶化与结构可靠性的问题,分析基于扭杆的机电悬架刚度特性,求解悬架杆系复杂运动关系,计算机电执行器的等效惯性质量,建立考虑惯性质量与负重轮阻尼的2自由度机电悬架模型。量化分析惯性质量对悬架性能的不利影响,得到影响悬架平顺性、部件可靠性的惯性力的频域分布区间与功率谱密度分布区间。根据悬架惯性力的频域分布,以及悬架动挠度的幅频特性,提出滤振与缓冲的措施,建立带有滤振缓冲器的悬架模型。仿真和试验结果表明:滤振缓冲能够有效降低惯性质量影响,在D级路面40km/h行驶工况下,将原惯性力的均方根值由原2143N降低至175N。同时簧载质量加速度均方根值,由原3.5108m/s²降低至1.2682m/s²。台架测试证明齿圈应力在采用滤振缓冲措施后得到较大衰减,最大值由519.9MPa降低为110.1MPa。通过仿真和试验,验证了滤振与缓冲的措施能够提升机电悬架的性能,有助于解决惯性质量带来的高频区性能恶化的问题。

为充分考虑横纵向耦合和汽车运动学特性对轨迹规划的影响,提出一种分层优化的轨迹规划算法框架。利用贝塞尔曲线的凸包性设计安全走廊约束,以轨迹平滑性为目标函数得到一个基于贝塞尔曲线节点的下层规划器。在上层规划器中,基于下层规划器求解得到的横纵向贝塞尔曲线和车辆运动学模型的微分平坦输出进行三维耦合,构建满足车辆乘坐舒适性、高效性和安全性的目标函数,利用粒子群优化算法对贝塞尔轨迹初始参数进行二次优化得到综合性能最优的行驶轨迹。仿真结果表明:新算法在保证安全性的同时,具有良好的乘坐舒适性和可跟踪性;由于二次规划与粒子群优化算法的求解效率高,此框架实时性强,具有概率完备性。

针对湿式多片离合器的实际结构特征,建立多摩擦副系统有限元模型和热力学数值模型,研究压板厚度、卡簧宽度、摩擦副数等结构参数对摩擦副间接触压力差异性的影响,并通过离合器静压实验验证数值模型的正确性。制定摩擦副间接触压力差异性评价指标,提出离合器最优结构特征。研究结果表明:离合器的压板厚度和卡簧宽度对离合器接触压力差异性的影响最大,摩擦副数对其影响较小;增大压板厚度和卡簧宽度可以显著降低接触压力分布的差异性和摩擦副的径向温差;相比于初始工况,最优工况下摩擦副的最大压差和温差分别降低82%、61%。

制导炮弹内弹道呈现高转速、大过载的特点,其导航坐标系统滚转通道无法进行初始对准。针对以上难点问题,根据无控段飞行特性,提出一种基于弹道弯曲角速度矢量的滚转角空中粗对准方法。在无需卫星、机动辅助的条件下,利用重力引起的弹道弯曲角速度矢量作为基准,通过单矢量定姿实现滚转角对准。为消除低精度陀螺仪的零偏、轴偏角等误差的影响,分析了弹体姿态运动测量信息的频域特性,利用FIR带通滤波器提取角速率陀螺信息中弹体滚转频点处的有用分量,并采取对准起始时刻冻结弹体坐标系下的积分策略,平滑随机测量噪声,从而提高对准精度。通过数学仿真手段,探究了惯性陀螺误差对对准精度的影响。数学仿真结果表明:该方法仅利用低精度角速率陀螺即可实现在无控段快速粗对准滚转角,误差在1°左右;在飞行搭载试验中,滚转角对准误差可控制在2°以内。

针对旋转弹舵机滞后测试中存在的噪声及常值偏移问题,将2阶广义积分锁频环(SOGI-FLL)改进后应用于测试数据处理,以精确地得到舵机滞后角。舵机滞后角测试问题的本质是存在噪声及常值偏移下的正弦信号相位提取问题。通过在常规SOGI-FLL中引入常值偏移补偿回路,使其具有常值偏移扰动抑制能力。改进SOGI-FLL表现为带通滤波器特性,可实现正弦信号基波频率处无滞后无衰减的滤波,有效消除噪声及常值偏移的影响,其输出的正交信号供给带有PI环节的锁相环(PLL)进行相角估计。仿真和实验结果表明,在测试信号存在噪声及常值偏移时,相比于传统FFT方法和相关分析法,改进SOGI-FLL能够有效地提高滞后角处理精度。

发射架是车载发射装置的关键承力构件之一,其结构刚度和固有频率等静动力学特性对导弹发射精度具有重要影响。以某车载导弹发射架为研究对象,通过多种行军过载和载弹工况的有限元建模与分析对比,研究发射架的受载特点,提出导弹装填、卸载和发射作业序列规划的一般指导原则。进而对发射架结构进行多工况条件下的拓扑优化,讨论挤压约束、最小和最大尺寸约束对拓扑优化结果的影响。根据拓扑优化构型对发射架进行重构设计,对优化设计进行有限元校核分析。分析结果表明,与原有设计相比,拓扑优化设计后的发射架结构减重超过10%,且几乎所有考虑工况下的刚强度均得到改善,刚度最大增幅达到21.47%,等效应力最大降幅达到31.97%;前6阶固有频率提升超过12%,对于减小发射扰动具有重要意义。

针对靶场试验中利用初速雷达测试弹丸初速需要重构的情况,选择同时参试的两台雷达的数据进行融合建立神经网络模型,用一台雷达的数据预测出另一台雷达需要重构的数据。由于预测模型预测精度的高低取决于所建模型的好坏,而模型的好坏取决于样本数据的质量,先利用聚类分析和关联规则从大量历史试验数据中挖掘出优质的样本,再建立神经网络进行预测。实验结果表明,与支持向量回归机相比,由聚类分析关联规则神经网络构建的组合算法的预测精度更高,预测历史相似数据误差远小于1‰,预测与历史出入较大的数据的精度也较为理想。两种情况下的预测结果表明,组合算法既保证了预测精度又具有一定的鲁棒性,可以作为弹丸初速的预测模型。

根据己方观测数据进行弹道轨迹预测是现代陆军实施精准打击的重要一环。针对现有弹道轨迹预测方法存在精度不足且实时性不强的问题,提出一种新的增强上下文信息长短期记忆(CE-LSTM)网络轨迹预测模型,进行弹道轨迹的长期精准预测。在LSTM网络可逼近任意非线性函数且具备长期记忆能力的基础上,构建隐藏层输出混合单元提取短时上下文信息,进一步逼近弹体运动状态;通过建立不同条件下的弹道轨迹的数据集,训练得到具备最优超参数的CE-LSTM网络。实验结果表明,与弹道微分方程组的数值积分解法以及高斯混合模型相比,CE-LSTM网络在预测的精度上优于其他2种方法,预测速度提高了3~10倍,且具备较强的泛化能力。

现有反舰导弹编队识别技术存在侧重于队形识别而非目标选择、对编队末端态势变化考虑不足、实时性偏弱、未考虑队列线检测区间对聚类效果的影响和聚类数优化与聚类迭代过程相互独立等问题。基于Hough变换和优化K均值聚类算法,提出反舰导弹编队识别目标选择流程,构建V形、平行和环形编队目标生成与目标选择模型,旋转、缩放、冲淡式干扰和队型变化等编队目标变化模型。仿真结果表明,聚类数优化代价函数在关键聚类数段区分度明显、聚类数优化准确,移动检测区间检测解决正常检测区间两侧边缘样本点对应机制缺失问题,采用多样本更新聚类与单样本更新聚类结合的聚类迭代、聚类数优化迭代与聚类迭代融合迭代效率高,工程适用性强,对于反舰作战模拟具有重要意义。

针对多无人机同时到达目标的航迹规划问题,建立战场环境模型和单无人机航迹规划的马尔可夫决策模型,基于Q学习算法解算航程最短的最优航迹,应用基于Q学习算法得到的经验矩阵快速解算各无人机的最短航迹并计算协同航程,通过调整绕行无人机的动作选择策略,得到各无人机满足时间协同的航迹组。考虑多无人机的避碰问题,通过设计后退参数确定局部重规划区域,基于深度Q学习理论,采用神经网络替代Q_table对局部多无人机航迹进行重规划,避免维度爆炸问题。对于先前未探明的障碍物,参考人工势场法思想设计障碍物Q矩阵,将其叠加至原Q矩阵,实现无人机的避碰。仿真结果表明:所提基于Q学习的多无人机协同航迹规划算法能够得到时间协同与碰撞避免的协同航迹,并对环境建模时所未探明的障碍物进行躲避;与A^*算法相比,针对在线应用问题,新算法具有更高的求解效率。

为解决升力体构型再入高超声速飞行器的欠驱动强耦合问题,提出一种直接力与襟翼的复合滑模控制方案。再入式高超声速飞行器由于热防护要求以两片体襟翼控制俯仰、偏航和滚转3个通道,强气动耦合所引发侧滑角的持续高频大幅抖动将造成副翼控制量长时间处于饱和状态,进而导致控制系统失稳。为抑制侧滑角的抖动并使其快速收敛,在偏航通道引入一对具有开关特性的侧喷发动机,将系统构建为一个复合控制系统,并基于线性二次型最优控制与滑模控制理论分别为襟翼和侧喷发动机设计了控制律。在两种指令跟踪情形下将复合控制与常规襟翼控制方案进行仿真对比。仿真结果表明,新的复合控制系统能有效地抑制偏航通道的抖振现象,且使侧滑角快速收敛,同时能够使攻角与滚转角快速稳定地跟踪制导指令。

针对传统飞机防护栅裂纹检测中存在的效率低、可靠性差等问题,基于机器视觉技术设计一种飞机防护栅裂纹检测装置,并结合图像处理技术与深度学习原理提出一种飞机防护栅裂纹检测算法。设计飞机防护栅裂纹检测系统,研究防护栅裂纹图像识别算法。采集并整理飞机防护栅裂缝图像,研究并制作飞机防护栅裂纹检测数据集;分别以ZF-Net、VGG-16和ResNet-101卷积神经网络作为Faster-RCNN特征提取网络,开展飞机防护栅表面裂纹和缺陷裂纹检测研究。实验结果表明:3种模型均达到了良好的检测精度,其检测精度分别为92.79%、95.12%和97.54%,其中ResNet-101网络检测效果最好,相比于现有的防护栅裂纹机器视觉检测方法,漏检率和虚警率分别下降了22.54%和89.28%,检出率提高了22.54%;ResNet-101网络在不同光照条件下仍有较高的检测精度,检测装置和检测算法有效,可为飞机防护栅的检测提供了新方法。

针对现有亮点模型预报水下航行体声散射特性精细程度不高的问题,建立能反映水下航行体真实线型以及精细声散射特征的亮点模型。采用线性插值算法和分割目标方法建立指挥台和艉部的参数化亮点模型,并采用板块元方法对建模结果进行验证。对包含指挥台和艉部在内的Benchmark潜艇模型声散射特性开展建模研究,并与BASIS方法的标准解进行对比。通过开展Benchmark缩比潜艇模型声散射湖上试验,获取Benchmark缩比潜艇模型目标强度测量结果,并与亮点模型方法进行对比。研究结果表明,建立的指挥台和艉部参数化亮点模型是准确的,将各部件的空间相位信息考虑在内,亮点模型能够预报水下航行体的精细声散射特征。研究结果对水下目标声散射快速预报具有一定的参考价值,在快速时域回波预报方面应用前景广阔。

消磁站海底敷设磁传感器是舰艇磁场测量的主要形式之一,水下磁传感器的位置偏差直接影响着舰艇磁场的测量精度和防护能力评估。针对现有方法难以准确定位消磁站水下磁传感器的问题,提出一种基于动态学习策略多群体粒子群的消磁站水下磁传感器位置校正方法。该方法首先将通电载流线圈等效成磁偶极子磁源,再通过线性多重计量方法改变磁源与磁传感器的相对位置以获取多组磁传感器磁场测量数据,据此建立水下磁传感器位置校正模型,并采用动态学习策略多群体粒子群优化算法优化求得位置偏差矢量,从而实现水下磁传感器位置的高精度校正。在综合分析磁偶极子等效误差等主要影响因素的基础上,设计了数值模拟实验和物理缩比模型实验,结果表明:该方法可有效解决消磁站水下磁传感器的位置校正问题,校正后x轴、y轴和z轴三个方向的位置误差均小于0.1m。经过校正后的消磁站磁场测量精度可以满足舰艇磁场测量要求,该方法可以对消磁站位置安装偏差不大于0.3m的水下磁传感器完成校正工作,具有较好的实用价值。

为有效降低海杂波对海洋雷达的工作影响,研究海杂波的抑制问题,提出一种基于图特征学习的海杂波抑制算法。使用时频变换对雷达回波信号进行维度扩增,基于图嵌入处理深度挖掘图结构特征的思想,并依据海杂波和目标回波信号在时频谱中的不同结构特性,给出一种通过图嵌入进行信号节点特征向量构造的方法。区别于传统时域对消和子空间分解等方法,该方法可以通过时频谱中不同信号的节点分类实现海杂波的抑制。仿真与实测结果表明,该算法可以有效抑制雷达回波信号中的海杂波分量,提升雷达回波信号的信杂比,为海洋雷达进行海杂波的抑制提供了新的思路和途径。

卷积神经网络在降低系统网络开销的同时,如何保证较高的信号调制识别准确率是目前面临的重要问题。提出一种轻量级卷积神经网络。该网络分为两路,并行提取信号的自相关和互相关特征,之后两路特征进行合并,实现不同调制方式的分类识别;该网络采用控制模型中卷积层的输入数据维度及卷积核数量的方案,实现对网络模型开销的控制。通过对多种不同的调制方式进行识别验证。实验结果表明:在信噪比为-6~12dB条件下,其平均识别准确率可达到86.5%;与传统卷积神经网络相比,计算量降低了94.44%;与常规轻量级卷积神经网络相比,计算量降低了67.6%,该网络性能优于现有的基于轻量级卷积神经网络的调制方式识别方法。

针对微机电系统(MEMS)陀螺仪随机误差相对较大、影响其精度这一问题,提出一种基于BP神经网络结合具有量子行为的粒子群优化(QPSO)算法优化卡尔曼滤波(KF)的补偿方法。采集MEMS陀螺和转台数据作为样本,采用BP神经网络进行训练,建立误差模型;利用训练好的模型对MEMS陀螺进行误差补偿;利用QPSO算法优化KF,以达到更好的降噪效果。实验结果表明,该方法较BP神经网络优化KF、QPSO优化KF与变分模态分解结合小波阈值去噪等方法去噪处理后的平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)更小,具有更好的降噪效果。

目前的随动控制装备因难以满足传感器与执行器对实时性、准确性与稳定性需求,出现控制延迟大、执行精度低等问题,极大地限制了随动控制装备应用空间。针对上述问题,提出一种基于微惯性器件与模糊控制云台的低延迟高精度随动控制技术。该技术使用微机电系统惯性测量单元(MEMS IMU)获取高灵敏度体感姿态数据,并使用该姿态数据对双轴云台进行实时高精度随动控制。相对于传统技术手段,本研究通过传感器的实时采集算法改进与云台的高频位置闭环模糊PID控制设计,用低成本实现了低延迟高精度随动控制功能。实测结果表明,系统在连续动作命令发出后88.17ms时间内达到了1.478°(1σ)的云台位置响应精度,可满足高灵敏度随动控制需求;新技术适用于无人机控制与观察、车载雷达与武器站控制等领域,可大幅度降低设备操控复杂度,提升控制特性。

针对武器站模块化基座更高的多工况适应性和动态性能指标要求,提出并验证一种面向武器站模块化基座的多工况与静动态筋壁结构高效设计方法。推导了多工况刚度和多阶模态下的综合目标优化函数,分别利用层次分析法和线性加权法确定多工况刚度权重和多阶模态权重;针对综合目标优化函数下计算消耗大的问题,分别提出基于超单元的多工况与静动态拓扑优化方法和基于灵敏度分析法的筋壁结构响应面设计及寻优方法,并分别利用上述方法将模块化基座的拓扑优化时间和响应面试验设计时间缩减了92%和83.7%。校核验证结果表明,所设计的武器站模块化基座在满足各项性能指标的基础上,不仅能适应多种工况,而且有良好的静动态特性,对武器站产品的可重构高效设计有一定的指导价值。

维修器材是实施装备维修保障的重要物质基础,维修器材的合理配置是做好装备维修保障的关键。针对不同任务阶段部件功能状态对装备系统功能状态影响程度不同的实际,建立装备部件的任务演化重要度模型;以基于任务演化重要度的备件保障度为目标,构建合成部队维修器材两级动态配置优化模型。通过引入拉格朗日算子将多约束转为复合单一因子约束,建立约束因子动态更新机制以适时满足指挥员不同权重因子判定规则。提出一种基于MA-OD目标分解的改进边际分析法并进行算例分析。研究结果表明,在任务背景驱动下,考虑任务演化重要度的维修器材两级配置优化方法,能够为合成部队指挥员制定部队平时和战时器材配置方案提供一定的方法支撑,对提升装备使用可用度具有重要意义。

机加工与选区激光熔化(SLM)复合成形可实现零件高效率、低成本、异种材料成形。研究在高强度机加工钢基板上SLM成形高热导率铜合金,将SLM技术与传统机加工技术相结合,复合成形复杂双金属结构。利用SLM技术在机加工316L基体材料上成形CuSn10合金,阐明了复合工艺下成形的钢铜异质结构其界面处的微观组织与力学性能。采用金相显微镜、扫描电镜以及能谱检测对界面处的微观组织及元素分布进行观察分析;通过拉伸试验以及显微硬度的测量对复合成形钢铜异质结构的力学性能进行分析。分析结果表明:钢和铜相互扩散渗透,在界面处熔合区形成钢和铜相互包围的冶金结合区域,在靠近316L基体侧结合区发现显微裂纹,并且向316L基体延伸;结合区域抗拉强度达到361.65±5.45MPa,延伸率为3.9%±0.1%,界面处显微硬度由316L基体区域的244.9HV逐渐降低到CuSn10区域的155.1HV。实验结果表明,机加工与SLM技术相结合复合成形钢铜异质结构具有良好的界面结合以及力学性能。

为满足高功率密度传动系统对轴系轴承高承载和长寿命的指标要求,基于弹性力学理论和滚动轴承设计方法建立多点支撑轴系轴承的力学模型,通过数值计算精确获取轴系挠曲变形曲线,以及轴承载荷分布、接触角和接触应力等性能,进而分析驱动力矩和位置对轴承寿命的影响,给出轴系结构优化配置参数。研究结果表明:多点支撑轴系的挠曲变形对轴系轴承的载荷分配产生明显影响,在实际多点支撑轴系轴承性能计算中,要考虑轴系形变和轴系轴承的耦合作用,精确评估轴承寿命;从多点支撑圆柱滚子轴承最佳凸型设计角度考虑,中间列滚子轴承选择两边弧坡修型、右端滚子轴承选择全圆弧修型,有助于延长轴承使用寿命;从多点支撑球轴承80%爬坡率安全指标要求,驱动力矩为正常工况800N·m时,内沟道极限设计接触角为40.6°,外沟道极限设计接触角为44.3°;从提高轴系轴承综合寿命角度,斜齿轮作用载荷位置的调整可以起到明显效果,在段距离为41~46mm范围轴系轴承的综合寿命处于最佳区间。