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2018年 第39卷 第10期    刊出日期：2018-10-25

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论文

光电稳定平台伺服机构低速及稳定性能控制方法研究

祁超， 范世珣， 谢馨， 陈宁， 范大鹏， 江献良

2018, 39(10):  1873-1882.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.001

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由于光电稳定平台伺服机构中不可避免地存在转矩扰动，传统控制方法难以对其补偿达到满意性能，针对此问题，提出一种状态扩展Kalman滤波算法。结合前馈控制提升伺服带宽，实现伺服机构低速平稳性和稳定精度的优化；为验证该算法的有效性，对采用直驱、谐波传动以及摆线针轮行星传动的光电伺服机构开展了多组控制性能实验对比。实验结果表明，相比于传统控制方法，所提控制算法能够更为有效地补偿转矩扰动，显著提升光电伺服机构的低速平稳性及稳定性能。

重型车辆柴油机气缸当量漏气面积检测模型研究

杨绍卿, 翟振东, 王宪成， 王雪

2018, 39(10):  1883-1891.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.002

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针对非拆解状态下重型车辆柴油机压缩过程缸内漏气状况难以定量检测的问题，建立柴油机缸套-活塞环漏气过程的双环几何简化模型。通过分析压缩行程中缸内气体的流量与压力变化，推导活塞环当量漏气面积的数学表达式。分析缸套-活塞环热变形对漏气面积的影响，建立缸套-活塞环的当量漏气面积检测模型。利用柴油机保险期试验的拆解检测数据验证模型的准确性。结果表明：当量漏气面积计算结果与柴油机缸套磨损状况一致，与柴油机工况相关性较低，该模型能够较为准确地反映柴油机当前的漏气状况。

某型柴油机活塞销轴承磨损分析及表面型线设计

张利敏， 王根全， 王延荣， 赵志强， 张忠伟， 宋现浩

2018, 39(10):  1892-1900.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.003

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针对某型柴油机活塞销轴承初始设计方案在试验中出现的磨损问题，开展了活塞换热分析及活塞温度场仿真与试验对标。在此基础上进行热机耦合变形分析，发现活塞销轴承变形不协调是导致此类问题的主要原因。针对活塞销孔轴承进行热机状态型线匹配分析，开展了活塞销孔轴承热机耦合状态下的型线优化设计，通过仿真及试验验证了该型线优化方案的有效性。分析了桶形型线、指数型线及超椭圆型线对连杆小头衬套轴承载荷分布状态的影响，3种型线对比结果表明，指数型线和超椭圆型线可有效地改善连杆小头轴承载荷分布状态。

不同因素作用下坦克行驶扬尘浓度分布规律数值模拟

陈慧敏， 冯星泰， 王凤杰， 刘伟博， 杨尚贤

2018, 39(10):  1901-1909.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.004

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为了研究典型战场中坦克行驶扬尘的产生机理及不同因素作用下的扬尘浓度分布规律，给坦克行驶扬尘的实验室模拟提供理论支撑与数据参考，基于气体与固体两相流理论，利用计算流体力学软件ANSYS Fluent对坦克行驶引起的外流场变化及不同风速和不同扬尘质量流率下的扬尘浓度分布进行仿真分析。研究结果表明：坦克行驶时在其车身尾部与两侧产生的大量湍流涡旋是引起扬尘颗粒运动的主要原因之一；风速越大，坦克尾部中心扬尘浓度越低，尾部两侧扬尘浓度越高，且浓度变化越迅速；扬尘质量流率越大，扩散速度越快，且在不同典型截面上扬尘平均浓度与质量流率呈线性增加关系，因此可根据某一质量流率的扬尘平均浓度数据推算得出其他质量流率下的扬尘平均浓度。

修正组件结构参数对旋转稳定弹道修正弹稳定性的影响研究

王钰， 于纪言， 王晓鸣， 冯斌

2018, 39(10):  1910-1918.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.005

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为提供修正组件优化与多种弹丸平台适配组件设计的参考与依据，结合弹-翼组合体气动特性理论简化模型与工程算法、复攻角理论及赫尔维兹稳定性原理，推导了与组件结构参数相关的弹道修正弹稳定性判据，并依此研究了修正组件结构参数（组件质量、质心位置、鸭翼翼展、舵偏角）对双旋式旋转稳定弹道修正弹飞行稳定性的影响规律。稳定性理论分析结果表明：相同组件外形(除鸭翼外)下，通过弹体配重或组件结构优化使组合体质心适当前移对弹丸飞行稳定性有利；为增大鸭翼修正力的同时减少对稳定性影响，增大舵偏角的方案相较于增大翼展更优。通过弹道仿真与飞行试验定性地验证了适当地前移质心可增强弹丸的飞行稳定性。

基于地磁辅助的弹载两轴陀螺传感器校正方法研究

鞠潭， 于纪言， 王晓鸣， 顾晓辉

2018, 39(10):  1919-1926.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.006

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为解决弹载环境下两轴陀螺传感器难以实现三轴校正的问题，提出基于地磁辅助的两轴陀螺 传感器校正方法。建立两轴陀螺传感器测量误差模型，由单轴地磁信号解算得到弹丸x轴 角速率，解决了因陀螺传感器量程限制而无法测量低旋弹丸x轴滚转角速率的问题；研究线性最小二乘模型和卡尔曼滤波模型校正两轴陀螺传感器相关参数的方法，数值仿真分析弹丸x轴角速率解算误差和陀螺传感器测量噪声对校正结果的影响；半实物仿真模拟两轴陀螺传感器在工程中的应用，研究基于地磁辅助的两轴陀螺传感器校正方法校正效果。数值仿真结果表明：当弹丸x轴 角速率解算误差在0.261 8 rad/s以内且当陀螺传感器测量噪声在0.001 6 rad/s以内时，经过校正后，弹丸y轴和z轴角速率校正误差在0.01 rad/s以内。半实物仿真结果表明：当弹丸x轴角速率解算误差在0.8 rad/s以内时，两种校正模型均能将陀螺传感器的测量误差从－0.30~－0.05 rad/s范 围减小到－0.02~0.02 rad/s范围内。数值仿真和半实物仿真结果证明：基于地磁辅助的两轴陀螺传感器校正方法具有较好的校正效果。

上升扫描式末敏子弹对坦克目标的毁伤效能评估

于涛， 郝永平， 郑斌， 李建伟， 李广林

2018, 39(10):  1927-1935.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.007

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针对上升扫描式末敏子弹毁伤效能研究较缺乏的问题，提出一种毁伤效能评估的解决方案。通过对上升扫描式末敏子弹的作用过程进行分析，建立上升扫描式末敏子弹的扫描识别模型、起爆命中模型和坦克目标的毁伤模型，形成了上升扫描式末敏子弹毁伤效能评估模型，并给出了采用Monte Carlo法的计算流程。对不同初始扰动、转速、弹目距离和目标速度下上升扫描式末敏子弹的扫描识别概率和命中概率进行计算，对上升扫描式末敏子弹的毁伤效能进行评估，得到毁伤效能与子弹初始扰动、子弹转速、弹目距离和目标速度的变化规律。分析结果表明：扫描识别概率随子弹初始扰动和目标速度的增大而降低、随转速的增加而提高，在初始扰动不大于0.5 rad/s且转速不小于20 r/s时对坦克目标的扫描识别概率大于97.5%；命中概率随弹目距离和目标速度的增大而降低；上升扫描式末敏子弹对不同速度坦克目标的毁伤效能大于70%.

球谐域传播算子快速声定向算法

潘曦， 佟颖， 王华阳

2018, 39(10):  1936-1944.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.008

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为了在低信噪比情况下宽带声源可以获得较好的波达方向（DOA)估计并且降低运算量，将正交传播算子算法推广应用于球谐域。在建立球阵列声场模型基础上，提出两种基于球谐传播算子定向算法，即使用球傅里叶变换成分获得传播算子的算法和使用球傅里叶变换成分的交叉谱矩阵获得传播算子的算法。分析了不同半径的球阵列频率适应范围，解决了宽带声源频率适应性问题；比较分析了上述两种算法和球谐域多重信号分类算法在不同信噪比下的DOA估计性能，进行声源定向实验并测试3种算法的DOA估计用时。实验结果表明，两种算法均具有运算量小、花费时间少且定向准确的特点。

基于七维状态向量反向无迹卡尔曼滤波的弹道外推算法

谢恺， 秦鹏程

2018, 39(10):  1945-1950.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.009

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针对弹道模型误差、参数估计误差以及外推距离过长导致定位精度低的问题，建立了基于七维状 态向量的反向无迹卡尔曼滤波外推算法。为精确建立状态模型，该算法将弹道系数作为状态参量，纳入滤波过程。采用无迹卡尔曼滤波算法，以提高非线性估计精度。此外，由于正向滤波外推距离长，模型误差积累大，该算法采用反向滤波处理，将雷达测得的首点作为滤波终点，通过4阶龙格-库塔方程外推炮位。仿真结果表明，该算法定位精度相较原算法提高约50%.

基于多尺度子带能量集特征的膛口波识别方法

谢萌蕤， 赵兆， 李阳， 许志勇

2018, 39(10):  1951-1957.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.010

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面向实际复杂环境下的枪声探测应用，提出一种基于多尺度子带能量集特征的膛口波识别方法。采用一组低频子带滤波器增强膛口波信号，通过膛口波检测和波峰搜索确定候选膛口波的起点位置，并基于该起点以嵌套方式截取候选膛口波及其各子带分量的多尺度数据片段，用各片段数据的短时能量和能量比构成多尺度子带能量集特征输入支持向量机和k近邻分类器，进行膛口波和非膛口波识别。对372段外场实录枪声数据进行数值实验，结果表明：所提方法对膛口波识别的查全率、查准率均高于93%，加权调和平均高于0.95；两种分类器下的识别结果无明显差别，但所用特征维数和计算耗时却远低于常用的离散小波方法，更接近实际应用需求。

水溶性氧化剂在微孔球形药中原位超细化分散方法研究

牟科赛， 古勇军， 蔺向阳， 郑文芳， 潘仁明

2018, 39(10):  1958-1964.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.011

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为了研究水溶性氧化剂在微孔球形药中原位超细化分散方法的可行性，在微孔球形药制备过程中，向内相水溶液中添加不同浓度的水溶性氧化剂，使氧化剂填充于微孔球形药内部孔隙中并实现均匀分散。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析和X射线光电子能谱分析等手段对含有不同氧化剂的微孔球形药及氧化剂颗粒物进行表征。结果表明:采用浓度不超过30%的氧化剂水溶液均可制备出内部均匀分散了氧化剂颗粒的微孔球形药，分散进入微孔球形药中的氧化剂颗粒平均粒径不超过3 μm；随着氧化剂溶液浓度的上升，进入微孔球形药中的氧化剂颗粒逐渐增多；原位分散方法可以实现水溶性氧化剂在微孔球形药中的超细化分散。

超临界二氧化碳在球扁药中的溶解性能研究

吴文龙， 丁亚军， 应三九

2018, 39(10):  1965-1970.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.012

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为研究超临界二氧化碳（SC-CO₂）在双基球扁药中的溶解性能，采用静态法并依据Fick扩散定律分析了SC-CO₂在不同弧厚球扁药中的溶解量和扩散系数，并研究了共溶剂对溶解量和扩散系数的影响。结果表明：SC-CO₂在球扁药中的溶解量随着饱和时间的增加而增大，8 h后趋于稳定，达到16%；溶解量随着饱和压力的升高而增大；溶解量随着饱和温度的升高而减小，在40 ℃时有较高的溶解量；共溶剂的加入对SC-CO₂溶解量增大有促进作用，溶解量可达到22.6%；球扁药弧厚对SC-CO₂的饱和溶解量基本没有影响；在常温和常压环境条件下的解吸附扩散系数远大于在超临界条件下的吸附扩散系数；在不添加共溶剂条件下，SC-CO₂饱和溶解量可达到16%；加入共溶剂后，SC-CO₂饱和溶解量可达到22.6%，提高了41.3%. 通过调节工艺参数与加入共溶剂可有效增加SC-CO₂在球扁药中的溶解量，为微孔球扁药的制备提供了参考。

基于全相位预处理的低旁瓣波束形成方法

郑恩明， 陈新华， 宋春楠

2018, 39(10):  1971-1978.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.013

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为降低常规波束形成输出旁瓣级和背景噪声对弱目标检测的影响，依据波束形成指向性函数在目标波达方向上输出值为1、在非目标方向上输出值为小于1的特性，提出一种基于全相位预处理的低旁瓣波束形成方法。对水平直线阵接收数据进行分组处理；按搜索角度对各组数据进行相移预处理，并对各组数据相移预处理结果进行组合，得到一组新数据；对该组新数据进行相移、求和，可得到该搜索角度对应波束值。理论推导分析和仿真实验结果均表明：相比常规波束形成方法，新方法对水平直线阵接收数据进行分组组合处理，波束形成指向性函数发生了变化，旁瓣级得到13 dB以上的改善，信噪比提高1.7 dB，有效降低了旁瓣级和背景噪声对弱目标检测的影响，并消除了搜索角度与波达方向不一致时的波束域数据相位不一致性；新方法在没有进行Chebyshev滤波和其他约束优化情况下，只通过相移预处理就能够优化波束形成指向性函数。

新型大功率凸轮活塞发动机结构设计与试验

徐勤超， 李善军， 练永庆， 王树宗

2018, 39(10):  1979-1987.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.014

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为满足轻型水下航行器高速航行的功率需求，提出双峰7缸新型凸轮活塞发动机设计方案。在满足强度设计基础上，对凸轮活塞发动机的凸轮机构、缸体、配气阀、活塞等主要部件进行结构设计，确定其主要参数；加工原理样机，设计试验方案，搭建试验系统，对原理样机的性能进行测试，并对试验结果进行分析。试验结果表明：新型凸轮活塞发动机结构设计合理，材料选用正确；原理样机起动可靠，运转平稳；总功率达到92 kW，并稳定运行，成功达到大功率设计目标。

聚脲-编织玻璃纤维网格布复合材料加固钢板抗冲击力学性能研究

廖瑜， 石少卿， 梁朝科， 王文康

2018, 39(10):  1988-1996.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.015

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为提升纯聚脲加固钢板的抗冲击力学性能，提出在传统纯聚脲加固层中添加编织玻璃纤维网格布的技术增强措施。采用有限元数值模拟方法对比研究了纯聚脲加固层和聚脲-编织玻璃纤维网格布复合材料加固层加固钢板的抗冲击力学性能。利用大型激波管试验结果，验证了数值计算结果的可靠性。结果表明：编织玻璃纤维网格布可提升纯聚脲加固层的加固性能，减小纯聚脲加固钢板整体变形和动能；在编织玻璃纤维网格布容许添加层数范围内，与纯聚脲加固层相比，钢板采用聚脲-编织玻璃纤维网格布复合材料加固层后峰值动能最大可降低28%；聚脲-编织玻璃纤维网格布复合材料加固层内能最大可达到纯聚脲加固层的2.75倍。

硬脆钢50SiMnVB激光预控裂纹工艺试验研究

石岩， 刘东炜， 刘佳， 李凌宇

2018, 39(10):  1997-2005.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.016

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为改善传统裂解槽加工效率低、后续加工困难等问题，采用高功率CO₂激光器对硬脆钢50SiMnVB进行激光预控裂纹工艺试验。采用金相显微镜、扫描电镜以及显微硬度测试仪等设备，对激光深熔区的微观组织形貌、裂纹断口形貌以及显微硬度分布进行了测试分析。利用数值模拟软件SYSWELD对50SiMnVB钢激光深熔处理过程的温度场和应力场分布进行模拟分析。结果表明：由于深熔过程受温度梯度和应力梯度的影响，深熔区产生淬硬脆化裂纹；其开裂机理为深熔区底部出现气孔和微裂纹，裂纹再沿中心向上扩展形成宏观裂纹；经工艺试验与模拟仿真对比后得出最优工艺参数范围，即激光功率为3.0 kW，扫描速度范围为1.0~4.5 m/min，所对应的预制裂纹深度范围约为3~7 mm.

大直径超薄筒形件减薄旋压过程鼓形失稳分析

文学， 谭建平， 李新和， 刘溯奇

2018, 39(10):  2006-2015.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.017

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为解决超薄筒形件旋压过程中因鼓形易失稳引起旋压失稳问题，采取以鼓形产生及失稳机理分析出发，研究并确定影响其稳定性的关键因素及规律，以实现超薄壁筒稳定性旋压。结合薄壁筒在旋压时出现的鼓形失稳特征，展开对旋压接触区的边界约束、金属流变及应力场分析，得到旋压过程中鼓形与锁模环的形成机理；结合多组参数下的数值仿真结果，以鼓形比及鼓形刚度为体现鼓形状态参数，分析工模间隙、减薄率、进给率及径厚比对鼓形比与鼓形刚度的影响规律，确定相应参数选择区间；选择三旋轮旋压机床，进行壁厚2.00 mm、外径398 mm薄壁筒的旋压参数适应性及长程旋压实验。在3道次模式下，成功实现了薄壁筒壁厚由2.00 mm减薄到0.53 mm，长度由1 030 mm 伸长至大于3 800 mm的稳定性旋压。通过对鼓形形成及影响因素的研究，为大直径超薄壁筒形件旋压参数制定及长程稳定性旋压提供了理论和实验基础。

综述

超高速碰撞产生的碎片云研究进展

邸德宁， 陈小伟， 文肯， 张春波

2018, 39(10):  2016-2047.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.018

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弹丸超高速撞击薄板后破碎形成碎片云，被应用于空间碎片防护设计。针对薄板超高速正撞击情况下产生的碎片云进行分析，梳理了主要研究进展及不足，按碎片云形成过程、碎片云分布特性、碎片云模型和碎片云侵彻性能4个部分进行了阐述。综合评述了近30年碎片云研究的进展，提出了未来研究发展趋势和若干建议，以供相关领域研究者参考。

研究简报

考虑不确定性的机枪作战效能综合评估方法

余俊， 明振军， 阎艳， 王国新， 黄静

2018, 39(10):  2048-2055.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.019

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针对现有机枪设计方案评估体系不完备以及评估指标存在不确定性的问题，提出一种考虑不确定性的机枪作战效能综合评估方法。从机枪战术技术要求出发，建立基于区间数的机枪作战效能综合评估指标体系，根据评估指标的不确定性表达形式，结合熵权法和层次分析法确定指标组合权重；采用基于区间数的灰色关联分析与逼近理想解排序算法对不同机枪设计方案进行综合评估，提出一种基于欧氏距离的灰色关联度来表征各评估方案与理想方案的相对接近程度，以解决存在不确定性情况下各方案区分度不高的问题。机枪作战效能评估实例表明，该方法的评估结果与专家评估结果一致，且该方法充分考虑了评估方案间的关联程度和差距，得到的评估结果可信度更高，验证了综合评估指标体系的合理性和评估方法的有效性。

基于Hermite插值的制导炮弹姿态旋转矢量优化方法

邓志红， 汪进文， 尚剑宇， 张翔

2018, 39(10):  2056-2065.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.020

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在制导炮弹姿态解算过程中，角增量提取精度对姿态解算精度的影响显著，为此提出一种Hermite 插值二子样角增量提取算法。进一步优化Hermite插值公式的系数，得出优化Hermite插值二子样角增量提取算法。在锥动环境下，将该算法与Lagrange插值三子样角增量提取算法进行仿真和试验对比。结果表明：采用所提出的Hermite插值二子样角增量提取算法的姿态解算精度优于Lagrange插值，且优化Hermite插值更适用于制导炮弹姿态解算的实际情况；该算法不仅适用于制导炮弹高动态环境，而且在同样精度条件下，可降低姿态更新采样频率，降低了对导航计算机的要求。

基于PIN二极管的快上升沿电磁脉冲防护模块设计与研究

李亚南， 谭志良

2018, 39(10):  2066-2072.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.021

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为了研究PIN二极管对快上升沿电磁脉冲的响应，基于PIN二极管时域等效电路模型，仿真研究了PIN二极管电路在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态电压特性。以集总参数巴特沃斯低通滤波器电路为原型，通过拟合二极管寄生参数值，结合键合金丝电感参数，设计了一款基于PIN二极管的快上升沿电磁脉冲防护电路模块，并对防护电路模块的快上升沿电磁脉冲防护性能进行了测试。结果表明：在1~250 MHz短波、超短波频段内，防护模块的插损小于0.38 dB；当输入方波脉冲为4 000 V时， 限幅响应时间小于2 ns，输出电平小于30 V，满足快上升沿电磁脉冲的防护要求。

基于灰色关联分析的35CrMoV钢活塞杆激光熔覆工艺参数优化

赵丹丹， 焦锋

2018, 39(10):  2073-2080.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.022

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为选取优化合理的激光熔覆工艺参数匹配，获得致密性好、耐磨性强的熔覆层，采用激光熔覆技术对基材为35CrMoV钢的已磨损表面进行修复试验。以激光扫描速度、激光熔覆功率、送粉速度为自变量，以正交试验数据为基础，基于灰色系统的理论模型对试验数据进行处理；通过层次分析法计算多目标权重，运用灰色关联理论，分别计算并得到各工艺参数对理想单目标值的关联系数及对多目标值的关联度；将单目标参数优化转换为综合工艺参数优化，获得了优化工艺参数组合：扫描线速度100 mm/s、送粉速度42.8 g/min、激光熔覆功率1.8 kW；通过试验对优化结果进行了检验，结果表明：在最优工艺参数条件下，熔覆层质量得到明显提高，特别是耐磨性相对提高了43%.