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2014年 第35卷 第3期    刊出日期：2014-03-25

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论文

对置活塞二冲程内燃机折叠曲柄系方案设计研究

张付军， 郭顺宏， 王斌， 章振宇， 吴滔滔， 董雪飞

2014, 35(3):  289-297.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.001

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结合一种新型对置活塞内燃机折叠曲柄系设计要求，提出4种折叠曲柄系统方案，利用Matlab/Simulink和ADAMS建立了仿真模型，通过运动学和动力学特性分析进行方案优选。计算结果表明，与传统内燃机相比，这4种折叠曲柄系活塞运动学关于上止点具有明显的非对称性，相同转速下使得膨胀时间和压缩时间均不相同，因而将对气流湍动能、扫气质量和燃烧等容度均产生不同影响；动力学上，活塞侧压力较传统二冲程内燃机大幅度减小，有利于减小气缸壁的磨损。由于方案4具有空间结构布置灵活性大，系统平衡性较好，活塞运动规律有利于提高内燃机的充气效率和加快内燃机燃油与空气的混合速率，同时可以缩短着火延迟时期的特点，所以方案4为最优方案。

液压阀污染磨损失效研究及影响因素分析

葛鹏飞， 郑长松， 马彪

2014, 35(3):  298-304.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.002

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液压阀的污染磨损失效是履带车辆常见故障之一。从微观角度对液压阀的污染磨损过程进行了分析，运用三体磨损理论和油液分析理论建立了液压阀污染磨损过程模型。通过实例对所建模型进行验证，并对液压阀污染磨损的影响因素进行了分析。研究结果表明：所建模型与实际情况比较吻合；阀芯阀体硬度越接近、运动副接触长度越小、阀芯直径越小，则液压阀污染磨损寿命越长；油液污染度越大、大颗粒所占比例越多、工作油压越高、工作温度越高，则液压阀污染磨损寿命越短。

多轴承支撑轴系的精确变形计算研究

刘越, 周广明, 张祖智, 杜万里, 马贵叶

2014, 35(3):  305-311.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.003

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针对传动系统中典型的多轴承支撑轴系结构，提出了轴和轴承刚度耦合建模方法以及轴系结构精确变形迭代求解方法。基于轴承几何学、接触力学理论，采用Newton-Raphson算法实现轴承接触应力和变形计算、轴承内部载荷分配计算、轴承滚动体力学平衡方程组的求解，建立轴承刚度矩阵。实现轴承与Timoshenko梁的刚度耦合，形成轴系刚度矩阵,并通过松弛迭代法求解稀疏刚度矩阵。改变轴承刚度矩阵完成迭代过程，获得系统的精确变形。通过算例，验证了该计算方法收敛快、对初值要求低，计算精度较高。

动力装置升挡过程发动机主动控制研究

孙勇刚， 赵长禄， 刘波澜， 张付军

2014, 35(3):  312-317.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.004

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发动机主动控制是改善换挡品质的重要手段。以某轻型履带车辆动力装置为平台，对升挡动态过程进行仿真分析和试验研究，研究升挡过程发动机主动控制对车辆行驶平顺性和加速性能的影响。研究结果表明，在升挡过程中对发动机采取主动减油控制策略能能够有效减小车辆的换挡冲击度，而增加减油量和缩短减油时刻都会在提高换挡平顺性的同时增加升挡过程的动力损失。

基于空气动力学模型含雷达散射截面观测的联合目标跟踪识别

郭鹏， 白亮， 武梦洁， 蒋宏

2014, 35(3):  318-325.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.005

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以地基被动警戒雷达为应用背景，主要监视低空突防来袭目标，利用地面上多个商业广播发射的无线电调频（FM）信号，提出基于空气动力学模型含雷达散射截面（RCS）观测的联合目标跟踪识别技术。该技术使用空气动力学模型来描述目标的平动和转动，并将分类器输出的具体参数传递给跟踪器,实现基于动力学模型的跟踪；同时将RCS包括在观测中，它既可提供主要的分类特征，又可根据跟踪器的输出来预测RCS值。跟踪与分类被紧密结合，充分发挥联合跟踪识别的优势，有效提高目标的跟踪性能和识别概率。运用FEKO电磁仿真软件，实时获得目标的RCS观测值，通过粒子滤波实现联合跟踪识别，搭建了基于FM信号的被动雷达目标跟踪识别仿真平台。仿真结果表明，交互式多模型正则化粒子滤波的跟踪精度和识别概率都要优于交互式多模型粒子滤波。

多途条件下近场声源三维被动定位

梁国龙， 韩博， 孙向前

2014, 35(3):  326-332.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.006

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为了解决近场被动目标的三维定位问题，在多途条件下提出了一种水平阵定位方法。任意选择扫描深度获得二维声图测量结果，进而在二维扫描平面搜索谱峰，得到目标信源与海面镜像虚源的聚焦点位置；利用它们的几何关系对测量结果进行修正，得到目标的三维坐标。仿真结果表明：不同的扫描深度对定位精度的影响较小；随着目标远离阵列，定位误差逐渐增大；在靠近阵列的区域里，多途聚焦点与直达声聚焦点混叠，方法失效。因此，该方法可以在多途条件下对一定范围内的近场被动目标实现三维定位。

绕空化器回转体非定常通气空化流动特性的实验研究

王复峰, 王国玉, 黄彪, 胡常莉, 刘涛涛

2014, 35(3):  333-339.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.007

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为了研究绕回转体通气空化流场特性，以带空化器回转体为研究对象，采用实验的方法运用全流场流动显示技术获得了不同条件下的空泡形态、流场结构。研究结果表明：在相同傅汝德数下，空泡形态随通气率的增大而增大，从最初的游离空泡发展成超空泡，在超空化阶段的显著特点是在主流区和超空化区之间存在着光滑而清晰的分界面，空泡的稳定性增强；在相同通气率下，空泡形态随傅汝德数的增大而减小，由于空泡界面的滑移速度增大，通入的定量气体来不及聚积成大的空泡而被高速来流带到流场的下游，使得泄气量加大；通气空化流场呈现非定常特性，其反向射流的推进速度随通气率的增大而增大。

单压差型矢量水听器方位估计的优化研究

王绪虎， 陈建峰， 韩晶， 张群飞

2014, 35(3):  340-346.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.008

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针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时，利用它进行方位估计性能恶化的问题，提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类（MUSIC）算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型，提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位估计的估计精度，且在直径波长比大于0.2时依然保持较好的估计精度和稳健性。仿真结果表明，单个矢量水听器MUSIC算法相对于声强法在低信噪比时具有更好的方位估计性能，修正的压差型矢量水听器MUSIC算法在直径波长比大于0.2时依然具有良好的估计性能。湖上试验的数据处理结果进一步验证了单个压差型矢量水听器的修正MUSIC方位估计方法在实际系统中是有效的，且其估计性能优于原MUSIC方法。针对压差型矢量水听器的直径波长比大于0.2时，利用它进行方位估计性能恶化的问题，提出一种修正的单个压差型矢量水听器多重信号分类（MUSIC）算法。修正方法通过修正压差型矢量水听器的阵列流型，提高了单个压差型矢量水听器MUSIC算法方位估计的估计精度，且在直径波长比大于0.2时依然保持较好的估计精度和稳健性。仿真结果表明，单个矢量水听器MUSIC算法相对于声强法在低信噪比时具有更好的方位估计性能，修正的压差型矢量水听器MUSIC算法在直径波长比大于0.2时依然具有良好的估计性能。湖上试验的数据处理结果进一步验证了单个压差型矢量水听器的修正MUSIC方位估计方法在实际系统中是有效的，且其估计性能优于原MUSIC方法。

基于时变曲线模型的合成孔径声纳图像自动均衡方法研究

刘维, 江泽林, 刘纪元, 黄海宁

2014, 35(3):  347-354.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.009

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针对合成孔径声纳(SAS)图像不均衡问题，提出一种基于时变曲线模型的SAS图像自动均衡方法。以声传播模型、水底后向散射模型和SAS成像模型为基础，推导时变曲线（TVC）的表达式；结合SAS图像的统计特征，推导TVC观测量的计算方法；用非线性最小二乘拟合方法完成TVC估计；基于TVC进行了SAS图像的自动均衡。用湖试和海试数据对该方法进行了验证，结果表明推导的TVC表达式与试验数据具有较好的吻合度，提出的自动均衡方法可有效地消除SAS图像的不均衡问题。

波浪相位对航行体出水过程水动力特性的影响

朱坤， 陈焕龙， 刘乐华， 杨晓光， 张纪华

2014, 35(3):  355-361.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.010

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为了探索波浪与空泡共同作用对潜射航行体出水过程力学特性的影响规律，采用数值方法对不同波浪相位出水条件下航行体水动力与近水面空泡几何特性发展的物理机制进行了研究，获得了相关的流场数据。研究结果表明：出水波浪相位的差异导致近水面流体质点剪切运动的强弱与方向是导致航行体肩空泡空间不对称结构的一个重要因素；出水过程肩部空泡的不对称分布构筑了航行体迎背水面力学载荷的显著差异，从而导致实际发射过程航行体出水姿态的变化，并影响打击目标的精度。

绕圆盘空化流动的拉格朗日拟序结构分析

白泽宇， 王国玉， 吴钦， 黄彪

2014, 35(3):  362-370.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.011

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基于有限时间Lyapunov指数（FTLE）和拉格朗日拟序结构（LCS）对绕圆盘空化器非定常空化流动机理进行了分析。数值计算中采用了能准确反映气液两相相间作用的非均相流模型，通过与实验结果的对比，验证了计算结果的可靠性。分析结果表明：FTLE场中出现两种LCS——平直LCS和环状LCS，平直LCS反映了圆盘对流体运动的阻碍作用，环状LCS准确捕捉了圆盘后部大尺度涡旋结构的边界及涡心的位置；随着空穴尺度增大，涡旋结构得到加强，分布更为集中；反向射流强度的周期性变化是造成空穴和涡旋结构周期性变化和运动的原因，反向射流强度增大使得圆盘后端面出现低FTLE值区域，该区域与轴截面上的流线起始点存在对应关系。

便携式水下航行器近水面航行波浪力计算分析与预报

潘光， 刘亚楠， 杜晓旭， Saeed Akram Malik

2014, 35(3):  371-378.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.012

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基于三维势流理论，运用边界元法计算便携式水下航行器近水面航行作业时受到的波浪力，计算入射波不同参数和航行器上浮和下潜时不同姿态组合下航行器受到的波浪载荷。分析发现可以采用航行器的实时纵向位置来代替有航速情况下的遭遇频率，考虑各因素影响并对波浪力的数值计算结果进行函数拟合。该方法拟合得到的波浪力计算公式可以直接加入航行器运动控制方程中，为评估水下航行器在波浪载荷下的操纵性研究带来了方便。

基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成

王燕, 吴文峰, 梁国龙

2014, 35(3):  379-384.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.013

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针对存在导向矢量失配和快拍数不足时，声矢量阵标准Capon波束形成器性能急剧下降的问题，提出了一种基于最小二乘估计的声矢量阵稳健波束形成算法。鉴于声矢量阵声压通道和振速通道的导向矢量误差来源不同，分别为声矢量阵声压通道和振速通道设计了广义旁瓣对消器；利用最差性能最优化的思想，将声矢量阵标准Capon波束形成器转化为稳健最小二乘估计问题；利用二阶锥规划求解。仿真分析表明，该算法在抗导向矢量失配、快拍数不足、阵元姿态误差方面均有良好的性能。

基于超波束幅度权的盲空间谱减干扰抵消方法

周红进， 钟云海， 易成涛， 李伟

2014, 35(3):  385-391.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.014

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针对影响拖曳线列阵声纳系统目标检测性能的拖船自噪声与友邻舰艇辐射噪声这两种典型近场强干扰源，提出基于超波束幅度权的盲空间谱减干扰抵消方法。利用超波束技术形成强干扰方位区域的多波束，获取干扰波束的幅度谱。通过合适的谱减策略，将基元域的幅度谱减去干扰波束的幅度谱，得到干扰抵消后的基元域信号幅度谱，继而转换为基元域的频域信号。通过频域块自适应滤波算法完成目标方位估计。宽带仿真结果与海试表明，这种方法在强干噪比和低信噪比条件下比最小方差无失真响应和传统基元域干扰抵消方法在阵增益方面提高约10 dB，能够同时抵消拖船干扰和邻近目标强干扰，且有效降低了检测背景的起伏。

水下航行器壳体结构多目标优化设计研究

董华超， 宋保维， 王鹏

2014, 35(3):  392-397.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.015

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针对大深度水下航行器壳体结构多目标优化问题，提出一种基于自适应响应面的多目标优化方法。该方法利用实验设计得到初始点，利用响应面构造近似模型，初次优化得到Pareto解集。引入一种空间采点法，均匀得到Pareto解样点，使用高精度有限元分析技术校核后补充到初始样本集，通过一种渐近全局策略使近似模型最终满足精度。利用灰色关联分析法处理Pareto解集。结合水下航行器壳体结构实际情况，提出一种多级标度赋权法，在获得各目标权重后从Pareto解集中挑选出满意解，优化后与传统经验公式结果相比，在满足近似精度的前提下，总体性能有了一定提高。

复合结构界面粘接质量的非线性超声检测

江念, 王召巴, 金永, 陈友兴

2014, 35(3):  398-402.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.016

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为满足评价复合结构界面粘接质量的需求，研究了一种测量粘接界面粘接强度的非线性超声检测系统。实验中制作了3组有机玻璃/粘接剂/钢结构的粘接试件，粘接剂采用环氧树脂胶粘剂，以3种配比模拟不同的粘接强度。针对目前兰姆波检测方法中其模式的选择相对复杂，脉冲反射回波法未能根据二次谐波激发效率判断粘接状态的问题，提出了一种单频率大幅度超声激励作用下，表征界面超声非线性程度的二次谐波幅值A₂与反射基波幅值A₂₁之比A₂/A₂₁的方法。实验结果表明：非线性效应程度越大，界面粘接质量越差，可将非线性效应程度作为有效评价复合结构粘接质量的特征参数。 为满足评价复合结构界面粘接质量的需求，研究了一种测量粘接界面粘接强度的非线性超声检测系统。实验中制作了3组有机玻璃/粘接剂/钢结构的粘接试件，粘接剂采用环氧树脂胶粘剂，以3种配比模拟不同的粘接强度。针对目前兰姆波检测方法中其模式的选择相对复杂，脉冲反射回波法未能根据二次谐波激发效率判断粘接状态的问题，提出了一种单频率大幅度超声激励作用下，表征界面超声非线性程度的二次谐波幅值A₂与反射基波幅值A₂₁之比A₂/A₂₁的方法。实验结果表明：非线性效应程度越大，界面粘接质量越差，可将非线性效应程度作为有效评价复合结构粘接质量的特征参数。

研究简报

柴油/甲醇不同掺烧方式燃烧过程和排放对比分析

李仁春， 王忠， 袁银男， 张登攀， 李铭迪

2014, 35(3):  403-408.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.017

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在不改变4B26增压柴油机结构的前提下，对柴油机气道喷射甲醇与柴油/甲醇直接混合燃料进行了燃烧过程、排放性能试验，对两种柴油/甲醇掺烧方式的燃烧过程与排放进行了分析。试验结果表明：与柴油/甲醇直接混合相比，柴油机气道喷射掺烧10%甲醇，气缸压力相差不大，缸内平均温度较低，低负荷时滞燃期较长；气道喷射甲醇大幅度降低排气温度，NOx和碳烟排放降低效果较为显著，HC和CO排放较高。与燃烧柴油相比，两种方式掺烧10%甲醇时，发动机的动力性变化不大，缸内平均温度都有所降低，滞燃期有所延长；NOx和碳烟排放降低，HC和CO排放有所增加。

基于计算流体力学的旋转自洁式空气预滤器数值模拟研究

谭业发， 董贵杨， 谭浩广， 谭华， 王小龙

2014, 35(3):  409-414.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.018

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为了实现空气预滤器瞬态内流场的数值模拟，为新型高效空气预滤器的设计和性能优化提供一种有效的计算方法。运用FARO-LDI三维激光扫描测量系统对旋转自洁式空气预滤器进行逆向建模，建立了其全流道三维几何模型；利用ANSYS ICEM CFD对内流道模型进行混合网格划分；采用Fluent中用户自定义函数和多流动区域耦合算法中的滑移网格模型实现了旋转器叶轮的被动旋转。湍流模型选为RNG k-ε模型，压力速度耦合算法采用SIMPLE算法，压力离散格式采用PRESTO格式，动量方程的扩散项和压力项采用中心差分格式，对流项采用一阶迎风格式。研究结果表明，运用该方法能够准确计算空气预滤器内部流场和模拟旋转器叶轮的被动旋转状态。

燃烧轻气炮氢氧燃烧特性详细反应动力学模拟

邓飞， 张相炎

2014, 35(3):  415-420.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.019

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应用氢氧燃烧19步详细化学反应机理，建立了某燃烧轻气炮氢氧燃烧单区模型，数值模拟了氢氧混合气体燃烧发射弹丸的过程。模拟结果与文献［1］实验结果基本吻合，较好地模拟了某燃烧轻气炮氢氧燃烧热力学过程。在此基础上，对多种工况参数下的氢氧混合气体燃烧进行了系统仿真计算，分别讨论了初始温度、初始压力、稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮氢氧燃烧特性以及内弹道性能的影响，分析了氢氧燃烧过程中各化学组分的变化。研究结果表明，氢氧混合气体初始温度、初始压力和稀释气体成分与比例对燃烧轻气炮内弹道性能有着显著影响。

基于分数阶傅里叶变换的线性调频脉冲信号波达方向估计

王瑞, 马艳

2014, 35(3):  421-427.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.020

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针对宽带线性调频脉冲信号的时宽与观测时宽不等的情况，基于分数阶傅里叶变换(FRFT)提出了一种新的中心频率估计方法，并据此对基于FRFT的MUSIC算法的波达方向(DOA)估计进行了改进。该算法利用线性调频信号在傅里叶变换域良好的能量聚集性，分析了脉冲信号中心频率随着脉冲信号在观测时间内位置的变化规律，并修正了中心频率估计的方法。在相应的分数阶傅里叶域，构造分数阶傅里叶域的方向向量，利用MUSIC算法进行DOA估计。数值仿真验证了该算法对方位估计的有效性，并仿真分析信噪比（SNR）和脉冲信号时间宽度对方位估计结果的影响。随着SNR的增大、脉冲信号时间宽度的增加，方位估计方差减小。

掩埋水雷在不同海底和掩埋深度的声衰减建模

李通旭， 张效民， 韩冲, 陈瑜

2014, 35(3):  428-432.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.03.021

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采用Biot-Stoll海底模型分别预测了声波在粗沙、沙质泥和粘土质泥3种典型海底的声衰减系数与声透射系数，通过研究多种海底的声传播特性，建立了掩埋条件下水雷在不同海底和不同掩埋深度的声衰减模型，分析了掩埋对水雷声引信性能的影响。研究结果表明：不同的海底底质、不同的掩埋深度和不同的引信工作频段都会在不同程度下影响水雷声引信的工作性能，在相同的掩埋深度下，10 Hz~5 kHz引信频带内，粗沙海底对声引信的影响最大，粘土质泥对声引信的影响最小，随着海底底质平均颗粒直径的减小和孔隙度的增加，掩埋对声引信的影响有逐渐减小的趋势。