兵工学报

王辉, 林德福, 祁载康, 张頔

2013, 34(7): 801-809. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.001

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基于剩余飞行时间的指数函数构建了扩展的权函数和目标函数,引入常值机动目标,利用最优控制理论,扩展得到最优弹道成型制导律簇。针对无制导动力学滞后的制导系统,利用施瓦茨不等式,求解得到了在初始位置误差、方向误差、目标常值机动及终端落角约束作用下的制导律加速度指令解析解。分析指出,当罚函数中剩余飞行时间的指数大于0 时,加速度指令在弹道末端趋近于0. 利用无量纲化方法和伴随法,研究了含有一阶动力学滞后的制导系统在初始方向误差和终端落角约束作用下的无量纲位置和角度脱靶量特性。结果表明:当末导时间为制导系统动力学滞后时间常数的15 倍左右时,落角约束、初始方向误差引起的位置和角度脱靶量均趋近于0;且初始方向误差角和终端落角方向相反时的位置和角度脱靶量要小于二者同号时的情况。

DNAN 基熔铸炸药成型过程数值仿真

蒙君煚, 张向荣, 周霖

2013, 34(7): 810-814. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.002

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为模拟DNAN 基熔铸炸药成型过程,采用结构网格计算流场和温度场、非结构网格计算应力场的方法,得到DNAN 基熔铸炸药冷却凝固时清晰的固液界面以及合理的缩孔缩松及热应力分布。通过对比研究,在一定模具和装药尺寸条件下,提出减少DNAN 基熔铸炸药装药缩孔缩松、降低热应力极值以及缩短凝固时间的优化方案,方案为模具上表面保温1 h,模具下表面30 益恒温水浴。

基于非下采样Contourlet 变换和稀疏表示的红外与可见光图像融合方法

王珺, 彭进业, 何贵青, 冯晓毅, 阎昆

2013, 34(7): 815-820. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.003

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针对非下采样Contourlet 变换( NSCT) 中低频子带系数稀疏度较低不利于融合的问题,提出基于NSCT 和稀疏表示的图像融合方法。对红外与可见光图进行NSCT 变换;对稀疏度较低的低频子带系数提取共有和特有系数,并按照特有系数的活动水平自适应调整权重融合;对稀疏度较高的高频方向子带系数,采用同一尺度下系数绝对值之和最大的方法进行融合。经NSCT 逆变换后得到融合图像。实验结果表明,与传统基于变换的DWT、NSCT 融合方法以及基于稀疏表示的SOMP、JSR 算法比较,文中方法可以获得更好的融合效果。

棱镜式激光陀螺稳频伺服系统优化分析

刘健宁, 蒋军彪, 石顺祥, 马家君, 郭强

2013, 34(7): 821-827. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.004

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基于对某型棱镜式激光陀螺稳频伺服系统工作原理和该系统实际工作情况的分析,建立了该陀螺稳频过程的物理模型。采用有限元分析法模拟获得跳模控制过程中谐振腔温度梯度场分布随稳频控制时间的变化规律,进而推导出谐振腔纵模跳变次数与系统控制参数的关系,得到一组针对跳模控制的系统优化控制参数。通过衡量陀螺测角速度精度的方式,进行实验验证,实验结果与模拟结果一致性较好。该研究对保证这种激光陀螺稳频系统的稳定工作以及提高数字化稳频回路的控制精度有参考价值。

战术导弹三回路过载驾驶仪时频特性分析

王嘉鑫, 林德福, 祁载康

2013, 34(7): 828-834. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.005

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基于小扰动线性化的纵向弹体控制模型,研究了三回路驾驶仪及其新弹体的结构、快速性、鲁棒性以及对静不稳定弹体的增稳能力,建立并分析了驾驶仪的无量纲模型,针对三回路驾驶仪提出了一种新的设计思路。研究结果表明:阻尼回路新弹体增稳能力和鲁棒性较弱;增稳回路新弹体具有良好的鲁棒性和增稳能力但响应速度较慢;三回路驾驶仪通过设计一个远离开环弹体频率的一阶主导极点和一对阻尼合适的高频极点,使系统具备较好的快速性、稳定性和鲁棒性。

基于6 类噪声项拟合模型的光纤陀螺噪声特性分析方法

李京书,许江宁,查峰,何泓洋

2013, 34(7): 835-839. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.006

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针对传统的陀螺噪声特性分析方法出现拟合模型不准确的问题,提出一种基于6 类噪声项的拟合模型及分段拟合方法。采样某型光纤陀螺数据,分析了导致拟合模型不准确的内在机理,指出在光纤陀螺随机噪声中存在低频正弦项噪声成分,该项噪声在传统的5 类噪声拟合模型中通常被忽略。对于精度较高的光纤陀螺,这种忽略处理导致其拟合模型不合理、拟合系数结果不准确。通过对实测陀螺信号进行时域、频域分析,确定正弦项噪声的频率,将正弦项噪声纳入拟合模型中,提出一种包含6 类噪声项的拟合模型,同时为减小正弦项噪声、量化噪声项、零偏不稳定项、速率斜坡项等因相关时间相近而带来的耦合误差,提出一种分段拟合方法。针对某型光纤陀螺的实测数据的Allan 方差,基于6 类噪声项的拟合模型,采用文中所提方法进行噪声特性分析。结果表明:六类噪声项的拟合模型的拟合误差很小,拟合系数准确、可信。

基于神经网络的薄壁件加工变形预测方法

秦国华, 张运建, 叶海潮

2013, 34(7): 840-845. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.007

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在薄壁件的切削加工过程中,刀具几何结构是产生工件变形的重要因素之一。刀具单一角度所引起的工件变形规律可以很方便地通过有限元方法获得,但是,若同时考虑刀具多个角度的影响,仅仅利用有限元方法很难揭示多种工况与工件变形之间的关系。为此,针对薄壁件的铣削加工建立了三维有限元分析模型,通过实验数据与仿真值的比较验证有限元分析模型的有效性,以便利用有限元分析模型获取神经网络的训练样本;借助神经网络的非线性映射能力,通过有限的训练样本构建工件变形预测模型;将预测值与相应的有限元仿真值进行比较,结果表明预测误差在3%以内,进一步验证了建立的工件变形预测模型具有合理性。

碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验

鲍永杰, 高航, 梁延德, 朱国平

2013, 34(7): 846-852. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.008

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碳纤维/ 环氧树脂(C/ E)复合材料具有轻质、高模量、高比强度等优良特性在航空航天等领域有广泛的应用,但由于其各向异性、层间强度低、导热系数小和树脂对温度敏感等特点,导致钻孔加工中热量很容易聚集,形成很高的温度梯度,极易产生分层、毛刺等缺陷。以C/ E 复合材料钻孔过程中温度场的分布及变化为研究对象,依据传热学的基本原理,采用有限差分法(FDM),建立了C/ E 复合材料钻削温度场模型,探讨切削温度沿纤维方向的分布规律。采用硬质合金钻头开展C/ E 复合材料钻孔测温试验,采用预埋热电偶方法测量纤维方向不同处的温升,采用红外测温的方法测量出口处温度场分布。通过对试验结果和模型仿真结果对比分析可知:温度场仿真模型有较高的准确性,出口处温度场分布呈椭圆形,平行纤维方向时温升较高。

分形理论在放电修整超硬磨料砂轮实验中的应用研究

蔡兰蓉, 阮文裕, 胡德金, 李敏

2013, 34(7): 853-857. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.009

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电火花放电修整(EDD)砂轮技术利用放电产生的热能熔融气化结合剂使磨粒突出修锐砂轮,是很有发展前途的特种加工修整方法。放电加工的介质放电轨迹显示出树枝分叉倾向,具有明显的分形结构,其形态是影响放电能量分布的重要因素。基于分形理论对煤油、空气及雾状去离子水3 种放电介质的热能量分布特征进行分析,并在3 种介质中进行青铜结合剂金刚石砂轮EDD实验。研究结果表明:基于分形几何学的仿真放电轨迹特征与金刚石砂轮实验修锐质量基本符合,可以利用介质的放电图形及分形维数来预测砂轮的修锐微观形貌及修锐质量。

强磁场下熔体中晶粒旋转取向机制及其影响因素

娄长胜, 王强, 王春江, 苑轶, 李文, 赫冀成

2013, 34(7): 858-864. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.010

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对强磁场下金属熔体中的第二相晶粒发生旋转取向的机制进行了分析,给出了热力学判据和动力学运动规律。体系温度、重力和第二相自身的形状是影响旋转取向发生和进程的重要因素,分别对其进行了分析。理论分析和实验结果表明:熔体中第二相的旋转运动是合力矩的作用结果;体系温度和重力决定第二相发生旋转取向的临界尺寸;形状因素影响取向的时间。在强磁场下可以利用物质内禀磁性的差异,通过改变上述的影响因素制备出具有取向一致的金属基复合材料。

1Cr18Ni9Ti 管材拉伸断裂过程中裂纹扩展的研究

陈吉生, 鄂大辛, 张敬文

2013, 34(7): 865-868. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.011

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在管材弯曲成形系列研究的基础上,尝试采用单向拉伸试验获取了1Cr18Ni9Ti 管形状态下材料的真实力学性能参数,推导出仅测试管外径即可计算得出均匀变形任意时刻真实拉伸应力的近似公式,得出裂纹扩展规律并结合有限元分析了颈缩过程中的应力应变分布。结果表明:颈缩过程中,内、外侧壁应力状态存在一定差异,裂纹最先产生在内侧壁附近,并最后扩展至外侧壁;同时,最大轴向应力因外侧壁发生一定卸载而产生在靠近内侧壁某一区域,最大轴向应变产生在最后破裂的外侧壁处。

球磨-液相氧化短碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

张中威, 谭业发, 屠义强, 董贵杨, 杨自双

2013, 34(7): 869-875. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.012

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采用球磨鄄液相氧化法制备了表面改性的短碳纤维(SCF),选用改性后不同尺寸的短碳纤维增环氧树脂(EP),通过挤出成型法制备短碳纤维/ 环氧树脂(SCF/ EP) 复合材料. 利用原子力显微镜(AFM)检测和接触角测定等方法研究了改性短碳纤维的表面形貌及其与环氧树脂浸润性能的变化;借助扫描电子显微镜(SEM)观察及拉伸和冲击测试等手段表征SCF/ EP 复合材料的微观组织和力学性能,分析了其增强机制。结果表明:球磨鄄液相氧化法改善了纤维与树脂的浸润性能,SCF/ EP 复合材料拉伸强度和冲击强度最大值分别达到了71.2 MPa 和27.75 kJ/ m2,比纯环氧树脂提高了103.4%和63.9%. 短碳纤维增强SCF/ EP 复合材料的机制主要有脱粘和拔出机制、裂纹偏转机制和桥联机制。

冷喷多尺度 WC-Co 金属陶瓷涂层结构与性能研究

王洪涛, 陈枭, 白小波, 纪岗昌, 董增祥, 仪登亮, 杨凤根

2013, 34(7): 876-882. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.013

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以团聚烧结工艺制备的多尺度WC鄄12Co、WC鄄10Co鄄4Cr 和WC鄄17Co 粉末为原料,利用冷喷涂沉积多尺度WC鄄Co 金属陶瓷涂层,研究了涂层的组织和相结构,测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性,并通过销鄄盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能。结果表明:3 种冷喷多尺度WC鄄Co 金属陶瓷涂层组织均比较致密,涂层保持与原始粉末相同的相结构,粘结相Co 由于强烈塑性变形发生了部分同素异构转变,涂层组织无传统层状结构,WC 颗粒呈现微米、亚微米及纳米多尺度分布特征;随着喷涂粉末中粘结相含量的增加,涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加,其磨损失重有所增加;涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用。

旋转超声加工振幅与实际切削深度特性研究

张承龙, 冯平法, 吴志军

2013, 34(7): 883-888. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.014

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旋转超声加工中金刚石砂轮超声振幅大小、实际切削深度的正确判定以及工艺参数对金刚石砂轮超声振动幅度影响规律的研究对旋转超声高效精密加工有着重要意义。结合旋转超声加工(RUM)时磨粒的运动及切削特性,分析了磨粒的实际切削深度特性,开展了实际切削深度与超声振幅关系的试验研究;通过改变主轴转速、进给速度、切削深度等工艺参数,讨论了工艺参数对加工时金刚石砂轮超声振幅特性的影响。研究表明:旋转超声面铣削加工时,超声振幅与轴向进给的有效叠加决定实际切削深度;金刚石砂轮的超声振幅具有一定的稳定性,可以有效确保旋转超声加工工件的尺寸精度。

抗差估计及 Allan 方差在车载组合导航系统中的应用研究

吴有龙, 王晓鸣, 曹鹏

2013, 34(7): 889-895. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.015

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针对组合导航系统中全球定位系统(GPS)信号易丢失和干扰、惯性导航系统(INS)无法长时间单独工作的问题,通过采用带故障检测和隔离的导航算法解决GPS 数据异常的问题,有效提高系统的可靠性;同时当GPS 卫星信号短时间丢失时,利用Allan 方差分析方法确定惯性传感器误差并进行补偿,使纯INS 能够在一定精度内独立工作相对长的一段时间。车载试验结果表明:该方法能够保证组合导航系统的可靠性,且在GPS 信号短时间丢失情况下提高了纯惯导系统的导航性能。

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验固有频率跟踪系统

高红俐,张立彬,姜伟,周寅

2013, 34(7): 896-903. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.016

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为保证电磁谐振式疲劳裂纹扩展实验工作载荷的稳定性,提出了基于裂纹长度在线测量的自适应改进爬山法固有频率跟踪方法,建立了相应的固有频率跟踪系统。采用自行设计的裂纹长度测量系统测得实验过程中不同时刻的裂纹长度,根据固有频率和裂纹长度的理论关系计算出此时系统的固有频率值,并将此值设定为频率跟踪的初始值,在初始值左右小范围区域内采用自适应改进爬山法搜索系统精确固有频率值。建立了双自由度双质量块电磁谐振式疲劳裂纹扩展实验振动系统数学模型和CT 紧凑拉伸试件刚度模型,从理论上推导出了固有频率随裂纹尺寸变化的规律,并通过实验进行了验证。实验结果表明:文中方法固有频率跟踪精度为0郾3 Hz,跟踪时间为3郾5 s,和一般爬山法相比,跟踪精度高、速度快、过程稳定可靠,很好地满足了疲劳裂纹扩展实验的要求。

防空威胁联网建模与分析

符小卫, 李金亮, 高晓光

2013, 34(7): 904-909. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.017

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在无人机航路规划中,为了对防空威胁联网进行实时有效评估,从防空指挥控制网络的信息交互结构出发,通过分析防空网信息传输延迟、网络可靠性和节点连接度,建立了防空威胁单元间的联通度模型。基于此,提出了一种适用于威胁联网的目标指示概率模型,并结合雷达组网原理给出了威胁单元的探测信息融合模型。结合网络化火控技术的协同攻击和多次拦截技术,改进了防空威胁网的毁伤概率模型,建立了基于威胁代价的威胁联网模型。通过对比分析威胁联网模型下的无人机航路规划仿真,说明了威胁联网模型评估方法的有效性、合理性。

双旋制导火箭弹动力学建模

王志刚,李伟,张振宁

2013, 34(7): 910-915. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.018

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依据双旋火箭弹的多体特点,采用多体动力学中的凯恩方法建立了包含弹头和后体动力学特征的双旋火箭弹动力学模型。综合考虑弹头和后体的相互作用,将轴向的约束力视为非理想约束,并将其考虑进广义主动力,最终得到7 个标量动力学方程。理论分析与仿真结果表明,采用凯恩方法建立动力学模型同牛顿欧拉法所建模型相比较,凯恩模型不仅能够精确地展现双旋制导火箭弹的飞行特性,同时也减少了微分方程的求解数量,便于计算机的仿真计算,具有一定的适用性。

火箭助飞鱼雷捕获概率的解析模型

田恒斗, 曹庆刚, 侯代文, 杨绪升

2013, 34(7): 916-921. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.019

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针对火箭助飞鱼雷作战方式及弹道形式与传统声自导鱼雷的不同,深入分析了搜索区域、落点散布和目标散布等影响火箭助飞鱼雷捕获概率的关键因素,得出了各要素的数学描述。进而综合考虑3 个要素的相互关系,并根据不同射击方式下目标散布模型的本质区别,分别采用“误差综合冶与“全概率冶的思想,构建了前置点和现在点2 种典型射击方式下火箭助飞鱼雷捕获概率的解析模型。且其计算值与仿真实验结果吻合良好。

基于隐式增量动态逆的水下运载器出水姿态控制

白瑜亮, 崔乃刚, 郭继峰, 许江涛

2013, 34(7): 922-928. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2013.07.020

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显式动态逆控制直接利用非线性对消来实现对系统的精确线性化,但由于实际模型存在不确定性因而会造成在对消过程中存在逆误差,使得控制的鲁棒性难以保证。在解决水下运载器出水运动问题中,由于存在较强的不确定性,显式动态逆控制无法消除逆误差的影响。出水过程中水动力变化剧烈同时海浪强烈作用,因此需要对姿态控制问题进行着重研究。在仿射形式的水下运载器出水运动数学模型基础上,推导并得到了隐式增量形式的动态逆控制律,利用层叠结构思想将系统划分为慢快两个回路。在时标分离的慢快回路基础上,引入状态变化率反馈,设计了不依赖精确数学模型的隐式增量控制律,提高了控制的鲁棒性。基于隐式动态逆相应的控制算法,考虑海浪作用、水动力参数摄动以及测量噪声的影响下,对水下运载器出水姿态进行跟踪控制,验证了控制律的有效性和合理性。

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