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2013年 第34卷 第5期    刊出日期：2013-05-01

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研究论文

液压自由活塞发动机止点位置控制研究

吴维, 苑士华, 胡纪滨, 荆崇波

2013, 34(5):  513-518.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.001

摘要 ( )   PDF (3684KB) ( )  

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研究液压自由活塞发动机活塞运动止点控制方法,进而提高系统运行的稳定性。对单活塞液压自由活塞发动机活塞位置控制基本原理进行了理论分析,研究了活塞止点控制的影响因素。基于仿真和试验结果,确定了上止点精确控制主要控制量,分析了下止点精确控制策略及其极限位置限制方法。研究结果表明,上止点精确控制主要影响因素为活塞压缩过程的初始运动位置和初始压缩位置,下止点精确控制策略需要同时控制活塞所传递的能量以及活塞下止点附近的动力学过程。活塞下止点极限位置应采用组合方法限制,前期基于液压节流作用的热能法,后期基于液压油体积弹性模量的势能法。

基于自适应平行因子的柴油机喷油故障诊断研究

孙宜权, 王滨, 张英堂, 李志宁, 张光

2013, 34(5):  519-526.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.002

摘要 ( )   PDF (4508KB) ( )  

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为了解决柴油机发生喷油故障时喷油器受扰动引起的弹性压缩脉冲发生变化,缸盖受激产生的振动也随之变化的问题,提出了一种通过测量柴油机缸盖振动信号间接诊断喷油故障的方法。首先以5 kHz 为截止频率对振动观测信号进行高通滤波,减弱燃爆振动信号的干扰。然后利用等角度重采样的方法,将信号从时域变换到角域,消除转速波动对信号处理的影响。由于滤波后振动观测信号受其他非白噪声的干扰,最后利用自适应平行因子(PARAFAC)方法对振动观测信号进行盲源分离,减弱非白噪声的影响。以压缩上止点附近缸盖振动信号的能量作为特征量,对柴油机喷油故障进行诊断,应用研究表明,该方法有效地诊断出了柴油机喷油故障。

高压弹射装置内弹道建模与计算

杨风波, 马大为, 杨帆, 乐贵高

2013, 34(5):  527-534.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.003

摘要 ( )   PDF (4424KB) ( )  

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针对压力和温度大范围变化条件下的高压空气弹射装置,基于改进的对应态维里方程, 建立了内弹道模型。计算了改进的对应态方程的第二及第三维里系数,并以截断到第三维里系数的体积级数形式的维里方程为基础,推导了比热力学能及比焓的解析表达式,获得了动态的热力学参数。进行了数值求解,给出了高低压室的热力学参数变化规律、导弹过载系数及速度。数值实验表明:压缩因子达到1. 107,高压室温度和压力的减小值大于理想减小值,高压空气的综合做功能力偏离理想气体,真实气体效应研究必不可少。

空心弹的阻力特性与气动外形数值分析

黄振贵, 李艳玲, 陈志华, 郭玉洁

2013, 34(5):  535-540.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.004

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为了得到具有最小阻力系数的空心弹外形,基于雷诺平均方程以及二阶AUSM 格式,对不同空心弹气动外形的二维流场以及气动力进行了数值计算,得到了不同外形条件下空心弹的内外流场特性,以及阻力系数变化曲线与最小阻力系数的空心弹气动外形。另外,分别对具有最小阻力系数的空心弹与常规空心弹的超声速流场进行了数值模拟,对比分析了二者流场结构的异同,数值验证了具有最小阻力系数弹型的减阻效果,可为相关研究提供参考。

双层爆炸反应装甲作用场分析与试验研究

姬龙, 黄正祥, 顾晓辉

2013, 34(5):  541-546.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.005

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为了对付披挂双层爆炸反应装甲的装甲目标,有必要对双层爆炸反应装甲作用场进行系统研究。在对双层爆炸反应装甲各飞板运动规律研究的基础上,建立了双层爆炸反应装甲作用场的模型。运用该模型在不同装甲板斜置角和双层楔形角的条件下,对双层爆炸反应装甲作用场作用时间进行了研究,并利用脉冲X 光试验对上述结果进行验证。结果表明,装甲板斜置角和双层楔形角对爆炸作用场有较大的影响,在一定范围内,使作用场作用时间提高了1. 75 倍,且计算结果与试验数据吻合较好。

纳米CuO/ AP/ HTPB 含能复合颗粒的制备与表征

徐娟, 马振叶, 查明霞, 赵凤起

2013, 34(5):  547-553.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.006

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针对复合推进剂中超细AP (高氯酸铵)易吸湿、团聚以及纳米催化剂易团聚的问题,在不引入非推进剂配方成分的前提下,制备了纳米CuO/ AP/ HTPB (端羟基聚丁二烯) 复合颗粒。先采用新颖的陶瓷膜-反溶剂法制备纳米CuO/ AP 复合颗粒,然后采用溶剂蒸发法在其表面包覆HT- PB,制得纳米CuO/ AP/ HTPB 复合颗粒。采用SEM、HRTEM、FT-IR、ICP 和XRD 等手段对复合颗粒的粒径、形貌、结构和组成进行表征,并测定了复合颗粒的吸湿性能。结果表明,纳米CuO/ AP/ HT- PB 复合颗粒中纳米CuO 均匀分散,HTPB 在外层均匀膜包覆;复合颗粒呈现为粒径不大于6 滋m的规整六面体,防潮性能优越。纳米CuO/ AP/ HTPB 复合颗粒的制备,可实现纳米CuO 颗粒均分散、超细AP 制备、超细AP 防团聚及防潮,可望显著提升复合推进剂的综合性能。

集中插入式帧同步识别方法

张玉, 杨晓静

2013, 34(5):  554-560.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.007

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在非协作方截获的数字序列帧同步码的识别问题研究中,由于帧的长度未知、帧同步码未知,给识别带来困难。为此,提出了利用小区域检测估计帧长,利用二次滤波估计帧起始位,然后用模糊匹配识别帧同步码型的识别方法,对巴克码或m 序列进行了集中插入式帧同步识别仿真。仿真结果表明:在误码率不大于4%的情况下,上述方法对集中式插入帧同步的数据帧有较高的帧同步识别率:巴克码为80%,m 序列为78%.

基于自适应比例修正无迹卡尔曼滤波的目标定位估计算法

朱明强, 侯建军, 刘颖, 苏军峰

2013, 34(5):  561-566.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.008

摘要 ( )   PDF (3630KB) ( )  

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针对无线传感器网络中基于接收信号指示强度(RSSI)定位系统在精确性和实时性方面存在的问题,提出了一种基于自适应比例修正无迹卡尔曼滤波(ASUKF) 的定位估计算法。通过分析RSSI 定位模型的特点,将定位问题转化为非线性系统估计问题。该算法在滤波过程中采用比例修正对称采样策略,并利用次优Sage-Husa 估计器实时处理系统噪声的统计特性,对目标位置和信道参数进行同时估计解算。实验及仿真结果表明,与标准UKF 估计算法相比,新算法有效减小了状态估计误差,提高了滤波的稳定性,定位精度更为准确。

多重扰动下通气超空泡稳定性模拟研究

万小辉, 于开平, 张广, 李振旺

2013, 34(5):  567-573.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.009

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根据Logvinovich 独立膨胀原理和质量守恒方程建立非定常通气超空泡数学模型,并基于此模型,分别考虑了通气扰动、速度扰动、空化器转动扰动及其组合多重扰动情况,对超空泡形态进行了数值模拟,进而对超空泡的稳定性进行了分析。研究表明:速度扰动对通气超空泡形态稳定性起主导性作用,其扰动带来的空泡振荡特性也最强烈;空化器转动扰动能小幅度影响超空泡形态,并决定空泡恢复稳定后的最终长度;通气扰动作用相对微弱,三者扰动同时存在时,其作用几乎可以忽略。

焊丝药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量对焊缝金属润湿铺展性的影响

张兵志, 徐龙堂, 李超, 张明, 朱胜

2013, 34(5):  574-578.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.010

摘要 ( )   PDF (3488KB) ( )  

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焊缝金属的润湿铺展性对装甲装备备件的焊接快速成形精度具有重要影响。采用焊缝熔宽、余高和润湿角表征焊缝金属的润湿铺展性,通过单道焊试验研究了焊丝药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量对焊缝金属润湿铺展性的影响规律,采用高速摄像研究了焊丝的熔滴过渡形式。结果表明:药芯成分中FeSi45 和FeS 的添加量分别为11. 21%、0. 2%时,可以获得润湿铺展性较好的焊缝;在小电流焊接条件下,药芯中添加FeSi45 和FeS 不会致使熔滴过渡形式发生改变,仍为大滴过渡,并且熔滴过渡稳定,无明显飞溅;在大滴过渡情况下熔滴的热焓较大,是焊缝金属润湿铺展良好的重要原因。

基于小波模极大值的船舶轴频电场检测算法研究

贾亦卓, 姜润翔, 龚沈光

2013, 34(5):  579-584.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.011

摘要 ( )   PDF (3507KB) ( )  

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船舶轴频电场是一种具有明显目标特征的极低频信号,对船舶的水下非声探测具有重要作用。对船舶轴频电场信号小波模极大值的尺度变化进行分析,根据目标信号和噪声的差异,采用Hermite 插值对目标信号小波模极大值进行快速重构;提取目标特征频率范围内的能量均值为特征值,采用滑动检测方法对目标进行检测。实测和仿真数据对该算法的验证结果表明,此方法相对小波包熵检测算法的检测效果较好,虚警率较低,当SNR 为-5. 9 dB 时检测率相对提高50% 左右,并且在SNR 为-8. 2 dB 时仍然具有86%的检测率。

多路水声复合信号耦合网络与高速双向传输方法

牛奕龙, 王英民, 王奇, 卢俊宏

2013, 34(5):  585-590.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.012

摘要 ( )   PDF (3468KB) ( )  

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机载声纳利用单芯同轴电缆双向传输高低压复合信号,向机载接收端传送高速率水下数据,向水下载体端传送控制命令、大功率高压电脉冲和直流电。传统传输方法的信号频分耦合网络复杂,导致系统工作时误码率高,可靠性较差。为此,提出了一种新的保护式继电器耦合网络和双向传输方法。该方法采用开关方式实现高低压回路的彻底隔离,同时基于Manchester 编解码技术,完成了大容量数据的时分双向稳定传输,使系统误码率小于10 -7,实际数据传输速率大于 7 Mbit/ s,传输距离大于500 m,保证了大动态范围高低压复合信号的可靠传输。

基于差分正交频分复用的水下语音通信应用研究

殷敬伟, 王驰, 白夜, 生雪莉

2013, 34(5):  591-597.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.013

摘要 ( )   PDF (5115KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

将差分正交频分复用( OFDM) 水声通信技术与混合激励线性预测语音编码技术相结合,设计并实现差分OFDM 水下语音通信系统,使其能够有效地对抗多途干扰,并具有低峰均比、高传输速率等优点,从而能够满足水下语音通信的速率要求。使用不同编码效率的信道编码,对系统的抗干扰能力进行了仿真,得到对应的信噪比和误码率的关系曲线,指出了编码效率的损失可提高系统的鲁棒性。对不同码率卷积码下的差分OFDM 水下语音通信进行了湖试研究,并在1/3 码率卷积码下比对采用块状导频的OFDM 水下语音通信,给出了相应的合成语言效果,验证了系统的有效性和优越性;在不同通信距离上验证了系统的鲁棒性。

一种基于支持向量机的对角加载鲁棒波束形成方法

崔琳1,2, 李亚安1, 房媛媛1, 白晓娟1

2013, 34(5):  598-604.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.014

摘要 ( )   PDF (3683KB) ( )  

参考文献 | 相关文章 | 计量指标

为了有效克服波达方向矢量失配,以及存在阵元扰动而导致的阵列流形向量失配对自适应波束形成器的影响,提出了一种基于支持向量机的对角加载鲁棒波束形成方法。该方法在分析线性约束最小方差波束形成器的基础上,研究了传统的对角加载算法对波束形成器鲁棒性的改善,将基于结构风险最小化原理的支持向量机算法应用于鲁棒波束形成。数值仿真实验表明:在无失配的理想情况和有失配的实际情况下,基于支持向量机的波束形成算法均可以提高波束形成的鲁棒性。

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宋保维, 董华超, 王鹏

2013, 34(5):  605-610.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.015

摘要 ( )   PDF (3951KB) ( )  

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深孔加工刀具系统的动态稳定域研究

孔令飞, 李言, 吕延军, 汤奥斐

2013, 34(5):  611-619.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.016

摘要 ( )   PDF (5054KB) ( )  

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根据广义Hamilton 原理,构建了基于Timoshenko 梁单元的多跨柔性回转钻杆横向振动的有限元模型。通过采用自由界面模态综合技术,在保证大型复杂深孔加工装备动力学分析精度的前提下,将钻杆线性自由度的特征模态进行截断,仅保留具有非线性动力特征的模态,其中舍去的高阶主模态则由剩余附着模态来补偿,从而使得耦合动力系统求解的自由度数有效降低,节约计算资源。利用该缩减后的模型,研究了辅助支撑位置、钻杆长度及排屑孔径对深孔钻杆固有频率的影响规律。以加工复合扁孔为例,获得了在选定的切削深度和切削速度参数空间中钻杆运动的失稳方式及稳定区域。研究结果表明,文中所提出的方法将为复杂深孔加工装备的动力学设计和加工精度分析提供理论基础。

可再制造的电镀金刚石砂轮结构设计

于爱兵, 吴磊

2013, 34(5):  620-626.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.017

摘要 ( )   PDF (5195KB) ( )  

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为了实现金刚石砂轮的绿色回收和再制造,设计了一种可拆卸式电镀金刚石砂轮结构。应用磨料层与基体的界面模型,分析了砂轮拆卸过程中磨料层的破坏形式。分析了砂轮拆卸过程中的磨料层应力状态,并计算出磨料层的开裂点位置。制备了新型可拆卸的电镀金刚石砂轮,并进行了磨料层与基体的分离试验。研究结果表明,在砂轮的拆卸过程中,滑道附近的磨料层与基体产生了界面破坏或曲折破坏,并使磨料层发生断裂。装配半圆形滑块的砂轮外圆具有较好的表面平整性,采用对称式凹形滑块结构可以提高砂轮的重复利用次数。所设计的电镀金刚石砂轮能够实现基体和磨料层的绿色分离和金刚石砂轮的再制造。

基于GA-Q-learning 算法的虚拟维修作业规划模型

焦玉民1,2, 王强1, 徐婷1, 谢庆华2, 王海涛1

2013, 34(5):  627-633.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.018

摘要 ( )   PDF (4417KB) ( )  

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针对虚拟维修环境中任务执行过程存在的不确定性和随机性问题,提出了一种基于Q 学习算法的作业策略规划模型,该方法将虚拟维修过程转化为选取不同动作参与状态转移的过程。在该过程中,采用试错机制和逆向求解的方法求解动作策略规划问题,并将任务特征匹配机制和顺序约束机制作为启发机制,保证策略学习过程中持续进化可行策略;在进化过程中,将动作因子赋予概率值,并采用遗传算法(GA)进化动作因子的概率分布,避免了策略学习过程中强化早期Q 值较高的动作,为求解虚拟维修的最佳作业流程提供了一种行之有效的解决方法。将该方法应用于轮式挖掘机虚拟维修训练系统中,仿真结果表明,正确的动作在作业策略迭代过程中均能够获得较高的Q 值,验证了方法的可行性和实用性。

研究简报

汽车尾气废热回收的热电模块布置特性研究

赵付舟, 王俊席, 崔教林, 汪秀敏

2013, 34(5):  634-638.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.019

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由于按照模块单元来实现热电材料回收废热具备优势,在试验校核的基础上建立了热- 电-结构的有限元分析模型用于热电模块在汽车排气管上布置特性的研究。首先热通量模拟结果显示排气管壁面与热电模块接触处存在大热斑,根据大热斑的轮廓得到本文研究的热电模块之间的最佳布置间隙为6. 6 mm。然后根据最大输出功率原则精确计算了热电模块的内阻值,内阻的获得为模块矩阵的结构优化提供了参考依据。最后利用模型对热电模块的薄弱结构进行热应力校核,校核结果为热电模块的可靠布置提供了参考依据。

不均匀布置传感器网络定位优化算法

温龙飞, 崔灵果, 张百海, 金雪

2013, 34(5):  639-643.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.020

摘要 ( )   PDF (3245KB) ( )  

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目前许多针对传感器网络的定位算法仅适用于节点分布比较均匀的网络,在不均匀网 络中应用时定位精度较低。而在实际应用中,由于监测区域地形或应用需求等因素的限制,网络中 节点的分布往往是不均匀的。引入虚拟空洞以实现节点间的距离优化,并结合多维定标技术,提出 一种可应用于不均匀布置网络的定位算法(MDS-DO). 在半C 型节点布置区域内,对该算法的节 点定位效果进行了仿真分析。结果表明,在不同节点数量及连通度的情况下,MDS-DO 算法都能取 得较好的定位效果。而且在连通度较高的条件下,MDS-DO 算法的平均定位误差比经典的MDS- MAP 算法降低了约90%.

基于浮力补偿的水下无人平台低速状态最优控制研究

刘立栋, 张宇文

2013, 34(5):  644-648.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.021

摘要 ( )   PDF (2888KB) ( )  

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针对无人水下作战平台(UUV)低速状态受扰动后带来的稳定控制困难问题,提出了一 套行之有效的最优控制策略。通过建立UUV 纵平面运动数学模型,并对模型进行线性化处理,得 到了水平舵和浮力补偿双输入系统状态方程,进而设计了一种基于浮力补偿的线性二次型最优控 制方案。通过仿真实例,与经典控制方案进行了比较,结果表明,最优控制方案调节时间可以缩短 一半,能更快、更有效地实现扰动后的系统状态稳定,从而验证了该方案的可行性和优越性,为无人 水下作战平台低速状态载荷投放稳定控制提供了理论参数依据。

基于外部坐标测量的六自由度并联机构标定方法

延皓, 李长春, 张金英

2013, 34(5):  649-656.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.05.022

摘要 ( )   PDF (5103KB) ( )  

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针对六自由度并联机构校准精度问题,提出了一种基于外部坐标测量的标定方法。利 用通用测量设备测量并联机构的位姿信息,构造一个统一度量的残差方程,其构造方式保证了所有 几何参数的可辨识性,从而不再需要设计和加工专门用于标定的各种辅助机构和冗余传感器。在 此基础上,通过对冗余方程组的优化求解,可以得到并联机构各参数的估计值,并用它们替代理想 参数进行反解运算,实现误差补偿。仿真表明,此方法能够抑制测量噪声的影响,发挥并联机构不 存在误差累积的特性,标定后并联机构校准精度能够达到测量噪声的量级。最后将此方法应用于 实际设备的标定,经过误差补偿后其精度提高了5 倍以上。