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2018年 第39卷 第3期    刊出日期：2018-03-30

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论文

事件触发容积卡尔曼滤波及其在火控探测网络中的应用

梁苑， 盛安冬， 武兆斌， 张蛟， 戚国庆， 李银伢

2018, 39(3):  417-427.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.001

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为减小传感器网络中各探测单元和融合中心间的数据传输量，设计了基于双重判断准则的事件触发机制，以控制各探测单元到融合中心的数据传输。为得到比已有事件触发融合估计算法更高的估计精度，提出了一种基于所提事件触发机制和平方根容积卡尔曼滤波的非线性融合估计方法。仿真和试验结果表明：所提方法与基于周期传输机制的容积卡尔曼滤波相比，可减小数据传输量；与已有事件触发融合估计方法相比，可在数据传输量基本一致情况下获得更高的估计精度。

对置活塞二冲程柴油机换气子阶段完成比例研究

刘宇航， 张付军， 慕连好， 高宏力， 王苏飞

2018, 39(3):  428-435.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.002

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针对对置活塞二冲程柴油机自由排气、扫气和后充气3个换气子阶段，开展不同换气子阶段对换气过程影响研究，了解不同换气子阶段在整个换气过程中的完成比例。以某对置活塞二冲程柴油机为研究对象，在建立一维仿真模型并验证其准确性的基础上，通过缸内二氧化碳质量的变化研究了该柴油机3个换气阶段在整个换气过程中的完成比例。通过改变转速、压差和排气背压研究了这3种影响 因素对不同换气阶段的影响。结果表明：该柴油机在发动机转速1 200 r/min、压差0.013 MPa、 背压0.18 MPa时，自由排气、扫气和后充气3个阶段在换气过程中的完成比例分别为64.42%、35.57%和0.01%；自由排气完成比例随着转速的增加而逐渐下降，扫气阶段完成比例逐渐增加；进排气压差的影响效果与转速相似；排气背压的改变对不同换气阶段完成比例的影响不明显，只对换气过程中缸内二氧化碳的质量变化影响较大。

高原环境下重型柴油机的性能优化研究

谭丕强， 王德源， 王成官， 李远， 楼狄明， 李云广， 刘胜， 杨振寰

2018, 39(3):  436-443.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.003

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为改善重型柴油机在高原环境下的动力下降和燃烧恶化等问题，针对某型重型柴油机进行了不同海拔高度（简称海拔）及不同柴油-空气-燃烧室（简称油-气-室）匹配方案的性能优化研究。通过模拟海拔4 500 m的高原进气状态，开展了重型柴油机不同压缩比、涡流比和喷油器喷孔直径的试验研究。结果表明，随着海拔的升高，柴油机实际运行工况呈现由低速、低负荷向高速、高负荷工况迁移的特性。研究了海拔4 500 m高原环境下柴油机5种油-气-室匹配方案下的性能，5种方案分别为：方案A（涡流比2.2，喷油器10×0.32 mm，压缩比13.3）、方案B（涡流比2.2，喷油器10×0.32 mm，压缩比14.1）、方案C（涡流比1.5，喷油器10×0.32 mm，压缩比13.3）、方案D（涡流比1.5，喷油器10×0.32 mm，压缩比14.1）和方案E（涡流比1.5，喷油器10×0.30 mm，压缩比14.1)。油-气-室匹配仿真与试验研究结果显示：适当提高压缩比、降低涡流比以及选取适当的喷孔直径，可提高柴油机在高原环境下油-气-室的匹配状况；最佳方案D的油-气-室匹配效果最优，柴油机动力性、经济性和排放性均有较明显的改善。

侧倾角对机械弹性车轮刚度及接地特性的影响

赵又群， 杜现斌， 林棻， 王强， 付宏勋

2018, 39(3):  444-450.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.004

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为提高车辆行驶的安全性，对一种新型非充气式机械弹性安全车轮在不同侧倾角工况下的刚度特性及接地特性进行了研究。在充分考虑輮轮体层合结构基础上，基于有限元法建立了包含橡胶材料的不可压缩性、大变形及车轮与地面接触非线性等特征的机械弹性车轮三维有限元模型，并通过加载试验对模型进行了精度验证。将车轮刚度特性及侧倾接地特性的仿真和试验结果进行对比，分析了侧倾角对车轮垂向刚度、下沉量、接地印迹及压力分布等特征的影响。结果表明：车轮的垂向刚度随侧倾角的增大而减小；侧倾角的存在加剧了车轮胎肩部位的应力集中，使接地区域压力分布的均匀性变差。研究结果为分析机械弹性车轮侧倾特性、輮轮胎面的不均匀磨损及其结构优化等提供了参考。

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

王振春， 鲍志勇， 曹海要， 刘福才， 战再吉， 王大正

2018, 39(3):  451-456.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.005

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为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性，通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上，建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较，发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征，为预测轨道损伤提供了参考依据。

基于多分形特征的枪械自动机裂纹故障诊断

任海锋， 潘宏侠

2018, 39(3):  457-462.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.006

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为更好地利用振动信号对枪械自动机的裂纹故障进行诊断，提出基于振动信号多分形特征的故障诊断方法。该方法利用Wavelet Leader 来估计振动信号的多分形谱，通过6个特征量描述多分形谱的形态特征以实现多分形谱的降维，并使用基于Mahalanobis距离的分类器对不同的裂纹故障进行分类。应用该方法对某12.7 mm高射机枪自动机闭锁机构的裂纹故障进行了诊断，诊断正确率达到了82.5%，验证了将振动信号的多分形特征用于自动机裂纹故障诊断的可行性。

基于近红外技术的火药安定期评价新方法

周静， 丁黎， 张俊林， 安静， 祝艳龙， 梁忆

2018, 39(3):  463-467.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.007

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为解决现存火药安定性评价方法安全性差、操作繁琐、耗时等问题，提出一种火药安定期评价新方法。采用热加速老化方法获取不同安定剂含量的实验试样，开展火药老化的动力学方程研究。借助近红外技术与化学计量学方法建立了安定剂含量的近红外定量模型，经过对模型的分析和优化得到安定剂含量的最佳定量模型。实例应用结果表明:该模型的决定系数R²为0.999 6，预 测最大误差低于0.04%，证明了该模型具有高度可行性，可实现火药安定期的无损、快速、实时评估。

装药密度小幅变化对三氨基三硝基苯基聚合物粘结炸药短脉冲冲击起爆特性的影响

谭凯元， 韩勇， 曹落霞， 文尚刚， 王翔， 叶辉

2018, 39(3):  468-473.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.008

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为了研究炸药密度的小幅差异对其短脉冲冲击起爆特性的影响程度和规律，利用爆炸桥箔加载技术（电炮）结合激光干涉测速技术对不同密度的某三氨基三硝基苯(TATB)基聚合物粘结炸药（PBX）开展了短脉冲冲击起爆实验研究。结果表明：TATB基PBX炸药的密度在其正常值1.895 g/cm³上下变化0.01 g/cm³，即从1.885 g/cm³变化到1.905 g/cm³,其起爆的能量阈值相应从5.38 GPa²·μs增大到8.20 GPa²·μs，炸药对短脉冲冲击变得更钝感。由此可见，在实际应用中将炸药密度的一致性至少保持到百分位十分必要。

非持续连通通信拓扑下的多导弹协同制导

叶鹏鹏， 盛安冬， 张蛟， 武兆斌， 戚国庆， 李银伢

2018, 39(3):  474-484.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.009

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针对多导弹协同制导中由通信丢包及时延等引起的通信拓扑随机变化导致实际拓扑非连通甚至通信中断等问题，提出一种分布式协同制导方法。基于通信采样数据设计一种线性控制律，通过构造误差系统并使其稳定来保证导弹相关协调变量达到渐近一致状态；当导弹接近目标时，各导弹断开通信，独立导引至目标。理论分析表明，多导弹协同制导方法不对任意时刻的通信拓扑做出要求，即允许出现拓扑不连通甚至通信中断等情况。对所提通信条件下的多导弹协同制导问题进行了仿真，验证了该制导方法能够确保各导弹的遭遇时间在非持续连通通信拓扑下达到渐近一致。

变体飞行器有限时间切换H_∞跟踪控制

夏川， 董朝阳， 程昊宇， 王青， 王昭磊

2018, 39(3):  485-493.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.010

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针对变体飞行器变形过程中的跟踪控制问题，基于切换线性变参数控制理论建立了变体飞行器模型。为了抑制变形过程中控制器切换和不确定性的影响，保证闭环系统有限时间有界同时满足指定的H_∞性能指标，基于模态依赖平均驻留时间方法和多Lyapunov函数方法，提出一种切换有限时间H_∞跟踪控制器的设计方法，并分析了系统的有限时间鲁棒稳定性，通过求解线性矩阵不等式得到控制器存在的充分条件。仿真结果表明，所提方法能够使飞行器系统准确跟踪指令，且对于控制器切换和不确定性具有鲁棒性，降低了控制器设计的保守性。

低速巡飞器倾斜转弯鲁棒反演控制律设计

王娜， 孙瑞胜， 杨智刚， 傅健

2018, 39(3):  494-501.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.011

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针对低速巡飞器倾斜转弯非线性控制系统存在耦合、不确定项的特点，设计了一种倾斜转弯（BTT）鲁棒反演控制律。将巡飞器的动力学模型写成适用于反演算法的块控模型，假设其由标称模型与不确定项组成，利用微积分学中的Leibniz法则推导不确定项。采用反演算法推导控制律的基本形式，并通过改进的符号函数抵消非匹配不确定项，利用Lyapunov理论重新设计技术补偿匹配不确定项。仿真结果表明，与传统反演法相比，该系统能够快速、准确地跟踪攻角、侧滑角、倾斜角参考指令，具有强鲁棒性。

激光陀螺捷联惯性导航系统解析对准误差特性分析

陈河， 张志利， 周召发， 刘朋朋， 赵晓枫

2018, 39(3):  502-510.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.012

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为使惯性器件精度满足初始对准要求，对激光陀螺捷联惯性导航系统初始对准的误差特性进行了分析。从解析对准法的增量计算公式出发，采用扰动法推导了惯性器件测量误差带来的对准失准角及其随机特性，并根据姿态角与姿态矩阵之间的关系分析了对准失准角带来的姿态角误差。通过仿真和试验对理论分析结果进行了验证。研究结果表明：对准误差均值取决于惯性器件的常值误差和载体姿态，与对准时间无关；对准误差标准差和惯性器件的随机游走系数与载体姿态有关，且与对准时间的平方根呈反比。

一种新的捷联惯性导航系统姿态四元数方程求解方法

周召发， 胡文， 张志利， 徐梓皓， 陈河

2018, 39(3):  511-518.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.013

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为了解决传统四元数算法计算精度不高的问题，借鉴三子样旋转矢量法的求解过程，提出了一种新的四元数微分方程求解方法——三子样四元数法。三子样四元数法结合四元数微分方程求解旋转四元数的高阶导数，用抛物线拟合载体的角速度并给出角增量形式的计算公式，再根据旋转四元数泰勒展开式建立求解模型。仿真结果表明，当三子样四元数法取到9阶时，整体结果优于三子样旋转矢量法。

细长体自旋与锥动耦合运动作用下的流动结构研究

彭程， 郭洋

2018, 39(3):  519-527.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.014

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利用刚性网格运动技术和计算流体力学数值模拟相结合的方法，分析了带鸭舵细长体锥形运动和自转运动耦合作用下的空气动力学特性。研究了带鸭舵细长体耦合运动下的气动力系数随旋转角变化情况，对相同转速、不同攻角下的鸭舵诱导涡系结构和尾翼流场结构进行了对比分析。研究结果表明：耦合运动状态下，细长体的流场结构兼顾锥形运动和自转运动的特点，但又互相干扰、相互融合，涡系发展情况更为复杂，气动力曲线呈现周期性且有规律的振荡；攻角的增加将加剧涡系结构的破坏程度，并改变尾翼附近环状压力等值线的分布形状。

HIFiRE-1飞行器激波与边界层干扰气动热研究

毛宏霞， 贾居红， 傅德彬， 姜毅

2018, 39(3):  528-536.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.015

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高超声速飞行器存在典型的激波与边界层干扰，由此产生的流动分离与再附会带来严重的气动加热问题。采用雷诺平均方法对HIFiRE-1飞行器激波与边界层干扰气动热进行了数值模拟。讨论雷诺数、马赫数等来流参数和飞行器裙体张角、裙体长度等结构参数对气动热的影响，并分析其影响机理。研究结果表明：柱裙拐角处由于存在边界层分离、再附及强烈的激波干涉，导致飞行器壁面存在严重的气动热问题，控制边界层分离和流场结构能有效控制飞行器壁面热环境。改变来流参数和结构参数会对边界层分离、再附和流场结构带来较大影响,具体表现为：来流雷诺数变化时流场结构变化较小，但会大幅度影响再附热流密度；来流马赫数变化时分离激波与飞行器壁面夹角发生变化，相应的气动热有较大变化；裙体张角变化时引起分离区尺度变化，进而改变壁面热流分布；裙体长度变化时影响边界层分离、再附特性，导致壁面热流分布发生变化。

一种簇结构的胚胎电子细胞阵列

李丹阳， 蔡金燕， 孟亚峰， 朱赛

2018, 39(3):  537-552.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.016

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针对胚胎电子细胞阵列中存在的故障自修复能力有限、资源利用率低、硬件资源消耗大等问题，设计了一种由簇内开关盒、簇内电子细胞和控制单元构成的电子细胞簇结构。基于这种结构提出了一种簇内基因移位的故障自修复方法。仿真实验以累计加法器为例，对电子细胞簇的功能进行了验证，并对电子细胞簇的硬件资源消耗和基于簇结构的电子细胞阵列可靠性进行了分析。仿真和分析结果表明，基于基因移位的故障自修复方法在修复故障的同时可有效保存时序电路的中间状态，而且随着阵列规模的增大，基于簇的电子细胞阵列平均失效前时间更长，硬件资源消耗更低。

基于Fisher判别字典学习的辐射源调制特征识别

吴笑天， 王星， 王志鹏，周一鹏， 陈游

2018, 39(3):  553-559.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.017

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针对基于字典的信号调制类型识别方法中解析字典原子形态单一、无法与复杂辐射源信号最优匹配的问题，提出一种基于Fisher判别准则的字典学习方法。对辐射源信号进行时频分析，借鉴图像处理的方法提取信号时频特征列向量，在字典训练过程中加入信号调制类型信息，根据Fisher准则训练字典，使字典原子类间距离最大同时类内距离最小，以增强字典的识别性能；通过仿真分析Fisher判别字典的识别性能以及原子个数对字典性能的影响。研究结果表明：该方法相比于解析字典法和无监督字典法，具有更好的识别性能，在低信噪比时识别性能突出、抗噪声干扰性能好；综合考虑识别性能和计算量，当字典原子数取20时该方法性能最优。

低亚声速射弹垂直入水的流体与固体耦合数值计算研究

胡明勇， 张志宏， 刘巨斌， 孟庆昌

2018, 39(3):  560-568.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.018

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基于多物质的任意拉格朗日-欧拉-拉格朗日流体与固体耦合算法，考虑水的可压缩性，建立了低亚声速射弹垂直入水的流体与固体耦合计算模型。对低亚声速射弹入水时空泡、流场与弹道间的多介质耦合问题进行了数值计算，得到了不同入水条件下入水深度、速度变化曲线和空泡面闭合、空泡深闭合时间。模拟了高速射弹入水后的空泡演化过程，得到了射弹初始入水速度对空泡面、空泡深闭合时间的影响规律以及射弹加速度、应力、应变响应。将阻力系数数值计算结果与经验公式计算结果进行了比较，二者吻合良好，表明该数值计算方法是可行的。

舰艇抗损性的全系统建模及仿真平台研究

王康勃， 侯岳， 浦金云， 柴卓野

2018, 39(3):  569-576.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.019

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目前舰艇抗损性的建模及计算只是针对局部的系统对象，没有考虑任务功能与各类系统设备之间的逻辑关系，缺少交互性强的仿真平台。为实现抗损性评估从系统级到任务级的突破，构建了抗损性的全系统逻辑关系模型和仿真算法，并设计开发了可自定义逻辑关系以及设计方案的交互式仿真平台。应用测试结果表明，该平台可定量分析不同设计方案的抗损性指标，有效指导舰艇抗损性的优化设计工作，是提升舰艇生命力设计水平的一种评估手段。

刀轴侧倾角对薄壁叶片加工变形的影响

黄涛， 刘志兵， 王西彬， 潘霖， 闫正虎， 冷寿阳

2018, 39(3):  577-583.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.020

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加工变形是决定薄壁叶片加工质量和加工效率的主要因素。针对薄壁叶片加工中出现的变形问题，分析了铣削加工中的刀轴倾角，建立了刀具-工件切削力系统下的工件变形模型，并预测加工后薄壁叶片的变形规律。以控制加工变形为目标，为叶片加工规划了合适的刀具路径和加工工艺。设置不同侧倾角的对比实验，测量了切削力和加工变形，并对测量结果进行了分析。实验结果表明，薄壁叶片的实际变形规律与模型预测的结果一致，15°~20°为较优的刀轴倾角。

316L不锈钢圆路径下的动态应变时效分析

金丹， 张江玉， 李江华

2018, 39(3):  584-589.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.021

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对316L不锈钢进行873 K圆路径不同应变范围的低周疲劳实验，分析其动态应变时效(DSA)的循环周次、应变范围和受载状态相关性。实验发现，循环初期DSA现象明显，随后逐渐减弱，大应变幅值下失效前产生了大量Snoek溶质原子气团，使得该阶段DSA现象再次显著。从应变范围相关性分析中可以看出，应力跌幅和锯齿密集程度随着应变范围的增加而增大，位错增殖造成了大应变范围下锯齿数量的增多。热力学分析表明，当压缩向卸载阶段转变时，静水压力方向使空位的扩散性得到抑制，压缩阶段锯齿屈服现象更为明显。扫描电镜结果显示，0.7%和1.0%两等效应变范围下材料的失效是疲劳、动态应变时效和氧化共同作用的结果。

基于复合函数的复杂机械系统分层响应面建模与可靠性分析

王骞， 张建国， 彭文胜， 杨乐昌

2018, 39(3):  590-597.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.022

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针对复杂机械系统可靠性问题，提出一种基于复合函数的分层响应面法(HRSM)。根据系统结构组成的层次和物理关系，建立基本变量到各零部件的响应函数，作为中间层节点；针对基本变量及中间层响应综合作用的系统性能，拟合其极限状态的响应面模型，作为顶层节点；采用一次2阶矩法及蒙特卡洛仿真法求解系统失效概率。以某双轴驱动机构为例，从误差逐级传递的角度，成功应用HRSM对其运动精度可靠性问题进行了建模分析。经对比可知，该方法输出的最大失效概率与蒙特卡洛仿真抽样结果基本一致，且不随样本点系数波动，充分验证了HRSM的稳健性和有效性。

偏导射流伺服阀建模及动态特性研究

王书铭, 左哲清， 延皓， 许玲玲， 董立静

2018, 39(3):  598-607.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.023

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为研究偏导射流液压放大器内部结构与伺服阀动态性能的内在联系，分别建立力矩马达、偏导射流液压放大器、功率级液压放大器的解析数学模型。分析接收口的复杂流动情况，提出一种简化的前置级液动力计算方法。构造偏导射流伺服阀完整模型，揭示射流口宽度、射流盘厚度及喷射口宽度对伺服阀动态特性的作用机理。针对整阀动态特性的漂移问题，探究了偏导射流前置级流量增益的非线性变化规律及其对动态特性的影响规律。仿真和试验结果表明，该数学模型能够有效地复现实际伺服阀动态特性，可为偏导射流伺服阀的设计和优化提供理论基础。

柔性整流罩地面展开试验仿真分析与飞行状态分离预测

程修妍， 范博超， 荣吉利， 张涛， 项大林

2018, 39(3):  608-617.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.024

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大型整流罩的地面分离试验难以在真空环境下进行，为实现对飞行状态中分离情况的准确预测，需根据地面试验数据修正建立的有限元模型。基于耦合欧拉-拉格朗日算法，对大型柔性整流罩的地面展开试验进行流体与固体耦合仿真分析，获得了整流罩在空气阻力作用下展开的运动特性及呼吸变形，结果表明仿真结果与试验数据一致，验证了该模型及方法的正确性。采用相同模型对飞行状态下的整流罩分离进行仿真预示，并分析了空气阻力、轴向过载对分离特性和呼吸运动的影响规律。研究表明：空气阻力会降低整流罩的运动速度和呼吸运动频率，增大呼吸运动幅值；随着轴向过载的增大，呼吸运动幅度增大；整流罩的呼吸运动与其1阶振型相关。

研究简报

连续电磁发射过程中轨道受力分析

张永胜， 鲁军勇， 谭赛， 李白， 武晓康， 娄建勇

2018, 39(3):  618-624.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.03.025

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获取电磁轨道发射器轨道受力特性是分析轨道材料失效机理及极限安全连续发射边界的前提。通过建立电磁-温度-应力多物理场耦合计算模型，得到了动态发射过程中包括电磁力、温度应力和预紧力的多成分轨道应力载荷时空分布特性。分析结果表明：轨道受到的电磁力载荷在脉冲电流平顶沿电枢经过位置基本上均为峰值；轨道热量主要集中于电枢运动起始段，且热量密度在脉冲电流上升段结束时刻附近电枢经过位置达到最大值；轨道在脉冲电流上升段结束时刻附近电枢经过位置受力最为严酷；喷淋冷却可有效降低轨道中的温度应力；最优的预紧力大小以恰好满足动态发射时轨道与绝缘支撑体不分离使身管保持整体式稳定结构为判据。