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2012年 第33卷 第8期    刊出日期：2012-08-01

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论文

基于单学科可行法的固体火箭发动机参数优化设计

朱大林， 唐胜景， 郭杰， 高峰

2012, 33(8):  897-901.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.001

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针对固体火箭发动机优化设计的复杂性，以星孔装药发动机优化设计为例，采用多学科设计优化分析复杂系统的思想，将发动机设计模型子系统化，并根据设计要求规定各个子系统的相应功能，给出各个子系统的计算模型；采用多学科设计优化的概念和方法分析子系统间的耦合关系；采用单学科可行法策略引入辅助设计变量使各个子系统解耦，进而确定发动机模型并行设计的优化设计变量，并选用可行序列二次规划优化算法进行求解。计算实例验证了这种设计模式的有效性。该设计模式充分考虑发动机的模块化并行设计，有利于提高优化效率以及模块的通用性，对于考虑设计因素比较全面的发动机优化设计提供了一种很好的方法。

一种由粗及精的视线追踪系统平面视线参数检测方法

迟健男, 张闯, 陈凯, 胡涛

2012, 33(8):  902-911.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.002

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针对视线追踪系统视线参数检测需求和现有方法的不足，基于亮暗瞳差分方案提出了一种采用由粗及精策略的平面视线参数检测方法。在暗瞳图像应用AdaBoost方法定位人脸，根据人脸五官分布先验知识初步确定人眼区域并标记暗瞳图像对应的人眼区域。在差分图像采用投影法确定瞳孔潜在区域，通过形态和尺度分析滤波定位瞳孔。对瞳孔进行边缘检测和椭圆拟合，提取瞳孔中心参数。在暗瞳图像瞳孔对应区域附近搜索并检测普尔钦斑并提取普尔钦斑中心参数。根据瞳孔和普尔钦斑中心参数获取平面视线参数。在视线追踪系统中的应用表明该方法能够可靠、精确的检测平面视线参数。

薄钢壳物体磁特征建模研究

郭成豹, 刘大明

2012, 33(8):  912-915.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.003

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本文对薄钢壳物体磁特征建模技术进行了研究，给出了一种联合磁矩量法和多层自适应交叉近似法的新方法。该方法可用于处理复杂结构铁磁物体所要求的稠密网格划分。大幅度压缩了磁矩量法系数矩阵的计算量和内存需求。并采用一些典型范例对该方法进行了验证，确可实现薄钢壳物体磁特征的高精度、快速建模，具有较高的实用价值。本文对薄钢壳物体磁特征建模技术进行了研究，给出了一种联合磁矩量法和多层自适应交叉近似法的新方法。该方法可用于处理复杂结构铁磁物体所要求的稠密网格划分。大幅度压缩了磁矩量法系数矩阵的计算量和内存需求。并采用一些典型范例对该方法进行了验证，确可实现薄钢壳物体磁特征的高精度、快速建模，具有较高的实用价值。

通过缩比试验数据计算潜射导弹的载荷

刘玉标， 刘维玮， 程载斌， 梁乃刚

2012, 33(8):  916-920.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.004

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即使潜射导弹缩比模型试验中弹道、弹体外形、空泡生成、发育、回射及溃灭规律满足缩比相似律，但由于模型的结构动力学特性相似关系难以满足，导致缩比试验数据难以直接计算原型载荷。提出了一种利用缩比模型试验弹体表面测压数据计算原型弹体横向动力响应的修正计算方法。该算法将测压数据分解为“空泡回射与溃灭” 水动力和与弹体结构振动有关的水动力两部分。通过对第一部分水动力建立确定的数学模型，对第二部分水动力用附加质量和附加阻尼进行表述，基于该算法计算得到了原型弹体的动力响应，并与水动力直接转化算法进行了比较。结果表明二者的差别不可忽视。此方法可为潜射导弹载荷计算提供有益的参考。

以气凝胶为夹层的复合结构抗弹性能研究

杨杰， 李树奎， 王富耻

2012, 33(8):  921-926.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.005

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对气凝胶分别与防弹纤维、SiC/Al复合材料和陶瓷组成的复合靶板进行靶试试验，研究气凝胶作为夹层时复合结构的抗弹性能。结果表明：当防弹纤维后面加上气凝胶夹层后，强度较低的气凝胶夹层使防弹纤维面板的变形有了很大的扩展空间，复合靶板吸收弹头动能的能力大幅提高，同时可以有效防止弹头的非贯穿性伤害。SiC/Al复合材料后面加上气凝胶夹层后，复合靶板的抗弹性能提高不明显，但可以大幅提高复合材料受到冲击后的完整性。当气凝胶作为夹层放置在陶瓷面板后面时，陶瓷面板由于没有足够的支撑作用而发生弯曲破坏，反而导致整个复合结构的防弹能力降低。

基于匹配场原理的矢量阵三维声源定位研究

王学志， 涂英， 吴克桐， 吴金荣， 蔡惠智

2012, 33(8):  927-933.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.006

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将匹配场原理应用到矢量水平阵、矢量垂直阵上通过对声源穷举搜索实现三维定位，研究了声压、振速不同组合的定位性能，并对性能表现进行分析，最后给出了垂直阵、水平阵下性能相对好的组合方法。在垂直阵下，需要应用声压、余弦方向水平振速、正弦方向水平振速组合或者垂直振速、余弦方向水平振速、正弦方向水平振速组合；在水平阵下，需要应用垂直振速、余弦方向水平振速、正弦方向水平振速组合。将匹配场原理应用到矢量水平阵、矢量垂直阵上通过对声源穷举搜索实现三维定位，研究了声压、振速不同组合的定位性能，并对性能表现进行分析，最后给出了垂直阵、水平阵下性能相对好的组合方法。在垂直阵下，需要应用声压、余弦方向水平振速、正弦方向水平振速组合或者垂直振速、余弦方向水平振速、正弦方向水平振速组合；在水平阵下，需要应用垂直振速、余弦方向水平振速、正弦方向水平振速组合。

无人水下航行器海底停驻流体动力特性分析

朱信尧， 宋保维， 王鹏

2012, 33(8):  934-943.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.007

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为了研究无人水下航行器(UUV)在海底停驻时水流侧向流过时的受力特性以及垂推对其的影响，采用计算流体力学（CFD）方法，用ANSYS ICEM对海底定点停驻UUV有、无垂推两种模型在距离海底不同距离以及海底不同倾角时的状况进行结构化网格划分，并利用CFX对其在不同水流速度下的流场进行了数值模拟，得到了其侧向力、升力随水流速度、距海底距离及海底倾角的变化曲线，并对计算结果进行了分析。最后，根据有、无垂推两种模型的受力仿真结果，分析了垂推对海底定点停驻UUV流体动力特性的影响。分析结果表明：侧向力受近壁面影响较小，而升力受其影响很大；侧向力和升力均随着水流速度的增大而迅速增大；侧向力随着海底倾角绝对值的增大总体呈减小的趋势，其升力则随着倾角的增大迅速增大；UUV有垂推时所受侧向力比无垂推时要大5%~15%，而升力则大数倍。

修正空时自适应处理在水下自导系统中的应用

吕维， 王志杰，李建辰， 王明洲， 胡桥， 杨宝民

2012, 33(8):  944-950.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.008

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为了将空时自适应处理（STAP）抑制杂波的理论应用于水下环境，从而解决浅水抗混响问题，提出了应用于水下自导系统的修正空时自适应方法。结合雷达目标回波模型分析了空时自适应的原理；比较了雷达和水下自导系统目标回波模型，针对水下自导系统目标模型和混响空-时耦合项对空时自适应方法进行修正，并提出了应用空时耦合导向矢量进行空时处理；将该修正方法用于最优处理和目标检测。仿真结果表明，修正空时自适应方法有利于水下目标检测，应用空-时耦合导向矢量有助于提高目标方位估计能力。

基于脉冲压缩技术的宽带反射系数测量方法

于盛齐， 宋扬， 黄益旺

2012, 33(8):  951-955.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.009

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反射系数是材料的一项重要声学参数，为了在水池中对材料的反射系数进行测量，提出了一种基于脉冲压缩技术的测量方法，对接收信号进行压缩来提取直达波和反射波。该方法不仅可以克服实验过程中经常遇到的多途干扰，而且测量过程简单，可以同时获得测量频带内所有频点的反射系数，即实现了对反射系数的宽带测量。通过仿真验证了该方法的可行性，并且给出了30~40 kHz频率范围内对铝板的水池实验结果。通过测量结果与理论值的比较可以发现，测量曲线存在一定的偏差和起伏，但可以通过增大发射信号带宽提高压缩效果或采用适当的窗函数压低旁瓣的方法来得到更为精确的测量结果。

超空泡水下航行器空间运动建模与弹道仿真

李代金， 罗凯， 党建军， 王育才， 张宇文

2012, 33(8):  956-961.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.010

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在包含超空泡“时间延迟”效应的基础上，建立了超空泡水下航行器空间运动模型。模型中体现了机动条件下空泡中轴线相对航行器中轴线的偏移产生的流体动力及力矩。为考察该模型在强机动条件下的准确性，进行了弹道仿真分析。结果表明所建立的模型能够描述航行器机动运动的特性；同时表明在实施极限操舵模式时，舵角极限量是影响姿态角对舵角振荡特性的关键因素。该结论对超空泡水下航行器控制技术研究具有重要意义。

两回路驾驶仪加速度计杠杆效应研究

何镜， 夏群利₂， 孙静₁， 刘大卫₁， 孙旭光₁

2012, 33(8):  962-967.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.011

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基于极点配置设计的两回路驾驶仪，分别从快速性和稳定性角度分析了加速度计杠杆效应对驾驶仪性能的影响，且借助根轨迹和反馈分析等方法阐明了影响机理。从快速性角度分析，发现正杠杆效应可大幅减缓驾驶仪无阻尼自振频率随开环增益的增大趋势，使得在工程舵机允许频带内两回路驾驶仪不通过在前向通道引入校正网络可实现高增益；从稳定性角度分析，发现正杠杆效应可提高驾驶仪整个反馈回路的相位裕度。因此，工程上可根据设计需要采用加速度计前置的手段来改善导弹控制系统的快速性或稳定性。最后，借助仿真实例验证了分析结论的正确性。基于极点配置设计的两回路驾驶仪，分别从快速性和稳定性角度分析了加速度计杠杆效应对驾驶仪性能的影响，且借助根轨迹和反馈分析等方法阐明了影响机理。从快速性角度分析，发现正杠杆效应可大幅减缓驾驶仪无阻尼自振频率随开环增益的增大趋势，使得在工程舵机允许频带内两回路驾驶仪不通过在前向通道引入校正网络可实现高增益；从稳定性角度分析，发现正杠杆效应可提高驾驶仪整个反馈回路的相位裕度。因此，工程上可根据设计需要采用加速度计前置的手段来改善导弹控制系统的快速性或稳定性。最后，借助仿真实例验证了分析结论的正确性。

导航系统的动态可靠性建模与仿真分析

陶俊勇， 程红伟， 王勇

2012, 33(8):  968-974.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.012

摘要 ( )   PDF (1256KB) ( )  

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针对导航系统动态可靠性分析问题，讨论了基于Monte Carlo仿真的动态可靠性事件序列采样方法，给出了Shannon信息熵采样准则；以SimPRA软件为分析平台，建立了导航系统动态可靠性仿真模型，并完成了导航系统的动态可靠性分析。仿真分析结果验证了动态可靠性分析的优越性及可行性。

基于备件保障概率分配的备件需求量预测模型

陶小创, 郭霖瀚, 肖波平, 刘瑞

2012, 33(8):  975-979.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.013

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鉴于目前装备研制阶段备件需求量预测方法与系统顶层设计指标相脱节，预测结果与装备系统战备完好性要求偏差较大。通过对原有可达可用度公式的扩展，建立了可达可用度与系统级备件保障概率的关系。综合分析备件保障概率的影响要素，将备件保障概率分配到分系统、外场可更换单元（LRU）级别，进而预测装备的备件需求量。通过某型号飞机的备件需求计算案例，验证了该方法的可行性与适用性。该方法使得考虑装备底层设计要素预测出的备件需求量能够很好的契合系统顶层指标，既有利于实现装备的顶层设计要求，又增强了备件需求预测的可操作性。

及时修理系统可靠性建模方法研究

汤扣林

2012, 33(8):  980-985.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.014

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针对指挥信息系统缺乏能够直接使用的反映修理特性的可靠性计算模型问题，提出了及时修理系统的概念，给出了由多个相同子系统组成的及时修理并联/表决系统的可靠性定义，并由定义出发，推导出了两子系统组成的并联及时修理系统的可靠性计算模型。再通过类比的方法，推导出n个子系统组成的及时修理并联/表决系统的可靠性计算模型。

舰船运动对固体火箭发动机粘接界面疲劳损伤研究

曲凯， 张杰， 张旭东

2012, 33(8):  986-990.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.015

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针对固体火箭发动机在舰船运动影响下损伤难以评估的问题，以某固体火箭发动机为例，建立了摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤评估方法。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了其粘接界面的疲劳损伤特性；利用有限元分析方法计算得到了发动机界面剪切应力较大部位的应力谱；运用雨流计数法和Miner线性累积损伤原理对发动机粘接界面的疲劳损伤进行了评估。试验与仿真结果表明，推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足指数型方程，并且在给定舰载条件下发动机海上战备值班一年的寿命比仓库贮存时至少降低8.62%.针对固体火箭发动机在舰船运动影响下损伤难以评估的问题，以某固体火箭发动机为例，建立了摇摆载荷作用下发动机药柱粘接界面的疲劳损伤评估方法。通过推进剂粘接界面定应力往复剪切试验获得了其粘接界面的疲劳损伤特性；利用有限元分析方法计算得到了发动机界面剪切应力较大部位的应力谱；运用雨流计数法和Miner线性累积损伤原理对发动机粘接界面的疲劳损伤进行了评估。试验与仿真结果表明，推进剂粘接界面应力幅值和疲劳破坏次数的自然对数满足指数型方程，并且在给定舰载条件下发动机海上战备值班一年的寿命比仓库贮存时至少降低8.62%.

一种改进的自适应增强-支持向量回归机的故障预测方法

邓森₁， 景博₁， 周宏亮₁， 朱海鹏₁， 刘小平₂

2012, 33(8):  991-996.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.016

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针对支持向量回归(SVR)方法对突变故障预测精度较低的问题，提出了一种改进的自适应增强算法(AdaBoost)提升SVR故障预测性能。该方法通过AdaBoost算法获取训练样本中突变点的权重并构造加权支持向量回归机增强突变点的训练，以提高对突变故障预测精度。利用自适应权重裁减方法剔除权重较小的样本点，来提高算法的训练速度。将本文方法用于发动机磨损元素的时间序列预测中，一步预测相对误差达到了0.025. 实验结果表明该方法在保证预测精度的前提下有效地提高了故障预测速度。

超空泡射弹动力稳定性的非概率可靠性分析

宋向华， 安伟光， 蒋运华

2012, 33(8):  997-1003.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.017

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超空泡射弹水下高速运动时，前端所受轴向扰动载荷非常大。考虑到扰动载荷的不确定性，有必要对超空泡射弹进行动力稳定性的可靠性分析。建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程，并将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程，利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算，给出射弹结构动力稳定性的安全余量方程。分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响，在此基础上进行了结构的非概率可靠性分析，得到了结构的非概率可靠度，通过算例说明该方法的有效性。超空泡射弹水下高速运动时，前端所受轴向扰动载荷非常大。考虑到扰动载荷的不确定性，有必要对超空泡射弹进行动力稳定性的可靠性分析。建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程，并将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程，利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算，给出射弹结构动力稳定性的安全余量方程。分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响，在此基础上进行了结构的非概率可靠性分析，得到了结构的非概率可靠度，通过算例说明该方法的有效性。

研究简报

基于水中小隔板法测试炸药冲击波感度的初步尝试

何中其， 陈网桦， 彭金华， 刘荣海， 王慧君， 姜炜

2012, 33(8):  1004-1008.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.018

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按照《炸药试验方法》（GJB 772A—97）要求，对炸药进行冲击波感度测试时，危险品用量较大，对被测试样有无引爆的判断也存在人为因素。尝试将隔板试验与水中爆炸测试相结合，提出一种安全性高、试样消耗少、环境友好、用于高感度炸药的冲击波感度测试手段，并对测试装置、试验材料、测试系统架构、测试过程及数据处理等给出了具体的要求。通过对包括TNT在内的5种 常用炸药进行试验，结果表明，所给出的冲击波感度测试方法实施简便，测试过程所获取的信息较为丰富、准确，感度结果与GJB 772A方法对比，有较好的相关性，可用于比较高感类炸药的冲击波感度。该测试技术可在一般实验室条件下开展，实用性较强。

骨料粒径对混凝土靶抗高速破片侵彻影响的实验研究

张伟， 慕忠成， 肖新科

2012, 33(8):  1009-1015.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.019

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为考察骨料粒径对混凝土材料抗高速破片侵彻的影响，利用轻气炮加速装置和激光测试系统进行素混凝土(PC)和钢纤维增强混凝土(SFPC)侵彻实验研究，通过高速摄像机记录弹体着靶姿态和靶体动态损伤过程。实验中混凝土靶选用5～10 mm、10～15 mm、15～20 mm 3种不同级别骨料粒径，通过对侵彻深度、成坑体积以及靶体碎片剥落过程的比较发现：针对素混凝土靶体，3种级别粒径范围内，级别最大的骨料粒径靶体其抗侵彻能力达到最强；而对于钢纤维含量为1%的钢纤维增强混凝土，粒径级别为10～15 mm的靶体抗侵彻能力最佳，结合骨料粒径对混凝土断裂能的双重作用，表明钢纤维的含量与骨料粒径之间存在一个优化值，在这个优化值配比下，钢纤维增强混凝土抗高速破片的侵彻能力能够达到比较理想的效果。实验结果的讨论分析对混凝土防护工程的设计具有借鉴作用。

两种组合电探针在爆轰实验中的应用

金山， 汤铁钢， 陈永涛， 李庆忠， 王健

2012, 33(8):  1016-1019.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.020

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利用两种不同组合的电探针测试平面爆轰波驱动的金属飞片到达固定位置的时刻，对比两种组合探针测试结果的一致性；同时利用双灵敏度VISAR（任意反射表面速度干涉仪）记录飞片自由面的速度及位移历史，并与电探针的测试数据对比。结果表明：纵向组合探针的第1台阶探针与横向组合探针的测试结果一致，第2台阶探针与横向组合探针的测试结果存在偏差，随着纵向组合探针台阶的增加，与横向组合探针的偏差增大，其原因是探针对飞片运动的干扰。测点1的横向组合探针和纵向组合探针与VISAR的测试结果最大偏差分别为0.71%和0.67%，测点2的最大偏差分别为0.98%和0.90%. 横向组合探针可以和纵向组合探针一起，组成更复杂的多层次探针阵列，以便在一发实验中获得更多数据。

双领航多自主水下航行器移动长基线定位最优队形研究

房新鹏, 严卫生

2012, 33(8):  1020-1024.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2012.08.021

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基于距离量测提出了多自主水下航行器 (AUV) 移动长基线定位系统，融合内部与外部传感信息进行从AUV水下定位。针对定位系统中AUV队形对定位性能造成的影响，基于Cramer-Rao下界(CRLB) 和Fisher信息阵(FIM) 建立了多AUV移动长基线定位系统定位性能评价函数，通过评价函数极大化实现定位性能最优化。重点研究了双领航者定位系统的最优队形，其最优队形为两个领航AUV与从AUV以90°分离角相对运动，且最优队形与AUV间的距离无关。仿真实验分别从间距及分离角两个方面对结论进行了验证。