兵工学报

刘辉，蔡仲昌，朱丽君，项昌乐，霍春景

2012, 33(10): 1153-1161. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.001

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建立了多间隙、多时变参数的单级行星传动非线性动力学模型，模型中考虑了齿轮副间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差以及各行星轮位置相角时变性。根据输入转速、转矩不同，把系统运行条件分成4种典型工况，利用频谱图、动载系数、均载系数分别对系统振动的差异性进行分析。研究表明，不同工作条件下，系统非线性特性表现出不同的变化特点。轻载条件下，转速升高导致的非线性特性变化使系统振动水平的提高远超过了重载时；高速运行时，载荷增大导致的这种变化则使系统振动产生了比低速时更显著的改善。结果表明：非线性特性变化在频谱图上具有明显的分段相似特点，而系统各振动性能参数也体现出与频率特性一致的分段相似性质，为复杂工作条件下的行星传动设计提供了参考。

天然气掺氢发动机燃气供给系统设计与试验研究

张朝山，熊树生，任晓帅，姚红，徐进，谢莲，刘震涛

2012, 33(10): 1162-1167. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.002

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提出了将滑动弧电解制氢装置应用到天然气发动机中，通过电解天然气制氢，轻松实现天然气（CNG）发动机到天然气掺氢（HCNG）发动机的改装。通过自制装置，进行了过量空气系数和点火提前角与燃用不同掺氢比例的HCNG对发动机排放特性影响的试验研究。结果表明，发动机燃用HCNG，其HC和CO的排放都减少，NOx排放量增加，但随着过量空气系数的增加或点火提前角的减少，NOx排放会大大减少，排放性能得到优化。同时进行了体积掺氢比20%的HCNG和纯CNG外特性对比试验研究，结果表明，相比纯CNG，燃用掺氢20%HCNG后，其动力性变化不大，燃料消耗率却相应的减少，经济性得到改善。

身管横向固有振动的半解析解法

陈光宋，钱林方，徐亚栋，陈龙淼

2012, 33(10): 1168-1172. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.003

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为了获得更加精确的身管横向固有振动解，将身管简化成多段考虑截面剪切变形和转动惯量的变截面Timoshenko梁，由此建立了身管的横向振动方程。应用Chebyshev正交多项式将身管的横向振动展开，合并边界条件和各段梁的连接条件可获得一组身管横向固有振动方程组，求解该方程组即可获得变截面身管的固有振动特性。数值算例表明：该方法求解高效，具有良好精度、能适应各种边界条件。

纳米纤维素晶须/硝化纤维素复合材料的制备与力学性能研究

王文俊，冯蕾，邵自强，王飞俊，李永红

2012, 33(10): 1173-1177. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.004

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以硫酸水解得到的纳米纤维素晶须（CNW）悬浮液为原料，以二氯甲烷和硝酸的混合物为硝化剂制备了能够稳定分散在丙酮中的表面硝酸酯化的改性CNW. 采用元素分析、红外、X射线衍射等手段对改性物的结构进行了表征和分析。将改性CNW与硝化纤维素混合，通过溶液浇铸法制备了一系列硝化纤维素纳米复合材料膜片。考察了改性CNW的添加量对膜片拉伸性能的影响规律。结果表明：当改性CNW的添加量为2.0%、3.5%、5.0%和7.0%时，硝化纤维素纳米复合材料膜片的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率都得到了不同程度的提高。其中，当改性CNW的添加量为3.5%时，膜片的综合力学性能最好，与空白膜相比，拉伸强度提高了21.7%，拉伸模量提高了32.7%，断裂伸长率提高了123.6%.

基于改进测地距离的等度规映射及其在声目标特征提取中的应用

刘辉，杨俊安，王一，蔡学良

2012, 33(10): 1178-1184. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.005

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经典等度规映射(ISOMAP)算法由于其固有的拓扑不稳定性，容易受噪声影响出现“短路边”，导致其在声目标特征提取的应用中性能不佳。提出了一种基于改进测地距离的ISOMAP算法，将近邻图的构造看作是建立一个电路模型，以电路中各节点电容从初始阶段到一定的状态所需要的时间为测地距离的量度，将保持局部结构的鲁棒性与保持全局几何结构的准确性结合在一起，克服了噪声短路点对算法的影响，提高了算法性能。在SensIT实验数据和外场实际采集数据上的实验结果表明，基于改进测地距离的ISOMAP算法的准确性和鲁棒性都有了较大提高。

捷联惯导系统两种速度更新算法的比较研究

林玉荣，陈亮，付振宪

2012, 33(10): 1185-1193. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.006

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对偶四元数是一种将平动与转动统一描述的运动参数，利用它求解捷联惯导系统(SINS)的速度参量，思路完全不同于传统的速度更新算法。对两种速度更新算法的解算过程进行了对比研究，从原理上明确了导致两种算法性能差别的原因，通过定义截断误差和近似积分误差，以二子样算法为例，对两种算法的精度差别进行了定性的分析，并作了定量的计算和推导，给出了定量的表征。研究结果表明：在高动态及大机动运动状态下，对偶四元数算法在精度上具有明显的优势。设置包含圆锥运动与划船运动的复杂、高动态测试条件，在理想情况下与实际情况下分别进行了仿真测试，测试结果验证了对偶四元数算法在整体性能上的显著优势。

平面两自由度变形机翼的动力学建模与控制

史榕颀，宋建梅，张明亮

2012, 33(10): 1194-1201. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.007

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研究一种两自由度平面变形机翼的动力学建模与控制问题。采用分析力学Lagrange方法建立了变形机翼多刚体动力学模型，模型考虑了机翼前缘所受到的空气动力载荷和外部弹性蒙皮等因素。由于变形机翼是一个强耦合、冗余驱动的非线性多输入多输出系统，采用伪逆法设计冗余驱动系统的控制分配器，采用动态逆方法实现系统精确线性化及两自由度的解耦控制，并与传统PID方法相结合构成了冗余驱动变形机翼的控制系统。通过ADAMS动力学仿真，对所建立的动力学方程进行了模型验证，并通过Matlab控制系统仿真，测试了系统的控制性能。研究结果表明，将Lagrange方法、伪逆法、动态逆控制、传统PID方法相结合可以有效解决平面两自由度冗余驱动变形机翼的动力学与控制的基本问题。

基于总体最小二乘的捷联三轴磁力仪标定与地磁场测量误差补偿

吴志添，武元新，胡小平，吴美平

2012, 33(10): 1202-1209. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.008

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提出了一种磁力仪标定与地磁场补偿一体化的方法。对捷联三轴磁力仪的测量过程进行误差分析，建立包含磁力仪标定误差与地磁场测量误差的参数化模型。针对测量噪声的分布特性，采用基于总体最小二乘（TLS）算法对模型的参数进行了估计。仿真结果与实验结果均表明，与传统的基于最小二乘（LS）方法相比，基于TLS算法的参数估计精度更高，能够获得更好的补偿效果。

无人战机近距空战微分对策建模研究

傅莉，王晓光

2012, 33(10): 1210-1216. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.009

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针对无人战机（UCAV）在空战格斗中的自主决策问题，在UCAV的六自由度模型的基础上，将微分对策与机器博弈相结合；通过引入机器博弈中的“变值”思想，改进了传统的以“角度优势”作为支付函数的微分对策模型。当UCAV处于不同的空战态势时，该模型体现了同样的角度变化所获得的收益不同的真实状况，使UCAV的空战策略能够更趋智能与合理，仿真结果验证了算法的合理性与有效性。

基于F分布的指数型产品环境因子计算方法研究

程红伟，陶俊勇，张云安，陈循

2012, 33(10): 1217-1221. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.010

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为解决复杂系统变环境、变母体、小样本可靠性评估问题，研究了基于F分布的指数型产品环境因子计算方法，分析得到指数型产品环境因子对于变母体试验数据同样适用；针对小样本情况，分析了现有方法在选择不同的基准环境计算环境因子时存在的问题，并确定了基准环境的选择依据；基于上述分析，提出了针对小样本情况的指数型产品环境因子修正算法。最后，采用仿真算例验证了该方法的有效性。

基于矢量最优化的稳健波束形成方法

宋海岩, 朴胜春, 秦进平

2012, 33(10): 1222-1229. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.011

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当阵列导向矢量存在误差或接收信号采样样本数较少时，标准Capon波束形成（SCB）的性能会严重退化。现有的提高稳健性的算法大都是针对导向矢量误差而提出的，很少考虑有限采样效应条件下的稳健性问题。针对以上原因，从导向矢量误差和有限采样效应两个角度出发，引入矢量最优化概念，提出了基于矢量最优化的稳健波束形成(VORB)方法，进而提高SCB算法的稳健性，并通过二阶锥(SOC)规划理论对其进行求解。文中还进一步推导了自适应权矢量的近似解析表达式，揭示了影响最优权矢量的各主要因素之间的关系，同时证明了该算法广义上属于对角加载类方法。通过理论分析和计算机仿真研究，表明了VORB方法对自适应波束形成算法的稳健性有明显的改善：在不同快拍数、信噪比(SNR)和导向矢量不确定度条件下，VORB方法的输出信干噪比(SINR)均较其他算法提高约5 dB；在典型工况条件下，VORB具有更尖锐的谱峰，更低的旁瓣级（低至-15 dB以下）。外场试验数据处理结果表明，将VORB应用于实际工程进行空间谱估计，能够得到准确而稳健的高分辨方位估计结果。

仿鲨鱼鳃部射流减阻特性的仿真研究

谷云庆，赵刚，赵华琳，郑金兴，王飞，肖磊，刘文博

2012, 33(10): 1230-1236. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.012

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针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性建立了基于鲨鱼鳃部特征的仿生射流模型，采用数值模拟方法，在主流场入口速度为3 m/s、射流速度为0.02~1 m/s条件下，研究仿鲨鱼鳃部射流的减阻特性、分析其减阻机理。研究结果表明：当射流速度u＞0.1 m/s时，仿鲨鱼鳃部射流具有减阻效果，且减阻率随射流速度增大而增大。仿鲨鱼鳃部射流通过影响摩擦阻力和压差阻力改变减阻特性。仿鲨鱼鳃部射流对摩擦阻力的影响机理为：射流出口下游流场黏性底层增厚、速度梯度降低；同时形成反向旋涡，使流场存在稳定的大涡结构，降低了湍流脉动对壁面的作用。对压差阻力的影响机理为：射流速度作为一种附加动力，对压差阻力产生抑制效应，导致了模型压差阻力的下降。

新型液压并联遥操纵手力反馈伺服控制研究

冯石柱, 徐鸣, 赵丁选, 苏波

2012, 33(10): 1237-1242. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.013

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以一种新型六自由度液压并联力反馈遥操纵手为研究对象，以其输出力为控制目标，建立力控制系统数学模型，设计广义预测控制(GPC)系统实现六自由度遥操纵主手的控制。并搭建遥操纵实验台对其操作性能进行验证，实验结果表明，所设计的控制系统克服了系统参数不确定性、建模误差等不利因素的影响，获得了良好的动、静态响应特性。文中工作对液压伺服操纵手的控制研究有一定参考价值。

某柴油机燃烧系统数值仿真及改进设计研究

尤国栋，苏铁熊，孙利魏，王强，徐春龙

2012, 33(10): 1243-1250. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.014

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以某高升功率柴油机燃烧系统为研究对象，首先采用AVL-Fire软件对燃烧过程进行了三维数值仿真，分别采用WAVE模型、Dukowicz模型以及旋涡破碎(EBU)模型描述雾化、蒸发以及燃烧过程。采用k-ε双方程湍流模型描述湍流流动，数值结果与实验值对比验证了所采用计算模型的合理性，然后对原型机燃烧过程中的三维流动、传热以及燃油分布状况展开分析，得到了原型机燃烧系统的不足之处，在此基础上，根据高升功率柴油机对燃烧过程的要求，对燃烧室结构进行改进设计，并进行相应的三维数值仿真。改型前后的燃烧系统数值结果对比表明，燃烧室形状对燃烧系统的性能影响很大，改型后的燃烧系统在燃烧组织方面得到显著改进，放热率与有效功率得到明显提高。

改进的分层边际算法优化备件的初始配置方案

阮旻智，李庆民，李承，黄傲林

2012, 33(10): 1251-1257. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.015

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对备件配置方案进行优化是提高保障效能，减少装备寿命费用的关键，而多级维修供应模式下的备件模型求解是大规模、非线性的NP难问题。为提高模型算法的优化效率，研究并建立了基于可用度的备件初始库存配置优化模型，在传统边际优化算法的基础上，通过引入分层优化的思想对算法进行改进，提出一种改进的分层边际优化算法，用以提高算法的优化效率。给出了该算法的设计思路和优化流程，在理论上对算法的优化效率进行了分析。算例数值结果表明：在计算结果一致的前提下，分层边际优化算法的运算效率提高了近3倍，能够在工程应用上为备件库存配置的优化方法提供一种新的思路。

基于粗糙集和熵权以及改进支持向量机的导弹备件消耗预测

赵建忠，徐廷学，刘勇，尹延涛

2012, 33(10): 1258-1265. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.016

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在系统分析武器装备备件预测方法研究现状和导弹备件消耗特点的基础上，提出把粗糙集(RS)、熵权(EW)法、自适应粒子群优化(APSO)算法与加权最小二乘支持向量机(WLS-SVM)的组合预测模型应用于导弹备件消耗预测的构想。阐述了粗糙集、信息熵、自适应粒子群优化算法和WLS-SVM的基本原理，并改进了APSO的搜索方式和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的加权方法；建立了基于RS、EW法和自适应粒子群优化WLS-SVM的导弹备件消耗预测模型，并分析了其实现过程。实例结果表明，所建立的组合预测模型在进行导弹备件消耗预测时具有较高的精度和重要的实用价值。

装备战斗损伤组合建模与仿真技术研究

王广彦，胡起伟，刘伟

2012, 33(10): 1266-1275. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.017

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为了实现不同层面装备战斗损伤模型的有效集成，以便从高、中、低等不同仿真分辨率角度全方位揭示装备战斗损伤特性，研究装备战斗损伤组合建模与仿真的基本理论。从装备物理状态改变、装备功能劣化、集群装备战斗力丧失3个层面研究了装备战斗损伤模型的层次体系结构，并分析了各层面战损模型之间的内在逻辑关系；研究了物理状态改变战损模型与功能劣化战损模型之间的映射关系，提出了面向装备形态的功能描述方法，以及物理状态改变战损模型与功能劣化战损模型之间的聚合/解聚方法；研究了功能劣化战损模型与集群装备战损模型之间的映射关系，提出了装备功能劣化战损模型与集群装备战损模型之间的聚合/解聚方法；进行了装备战斗损伤组合建模案例研究。研究结果表明：装备战斗损伤组合建模技术能够实现宏观模型的高分辨率输出，有助于全方位、多视角探索装备战斗损伤特点。

可移动六自由度并联机构的位姿参数辨识及误差分析

延皓，李长春，孙会鹏

2012, 33(10): 1276-1280. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.10.018

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针对可移动的空间六自由度并联机构的位姿辨识问题，通过测量多种位姿状态下运动平台上任意一个测量点的绝对坐标，构建运动学方程组并进行优化求解，实现了未知方位的并联机构位姿参数辨识以及测量点在动系中的坐标辨识，再根据测量点的目标位置，求解出各驱动杆的调整量，从而实现并联机构位姿的运动控制。采用Trust-Region Dogleg优化算法实现了冗余方程的求解，并且通过实验进行了验证。仿真和实验表明，对测量点坐标的辨识精度高于对并联机构自身位置的辨识精度。当并联机构自身运动误差不大于0.02 mm时，运用此方法并联机构在绝对坐标系中的定位误差能够控制在0.3 mm以内。

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