兵工学报

2018, 39(12): 0.

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钨铜变密度聚能射流侵彻模型及应用

王芳，蒋建伟，门建兵

2018, 39(12): 2289-2297. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.001

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钨铜是一种依靠机械摩擦结合的两相复合材料，在钨铜射流成型过程中，爆炸加载及拉伸程度的不同极易导致成分梯度及瞬时空隙，进而形成射流密度梯度。传统侵彻模型大多忽略材料中的微观结构变化，以射流密度定常为基本假设，对钨铜变密度射流侵彻深度的预测误差极大。综合考虑钨铜在聚能射流成型过程中材料拉伸及相分离导致的密度变化，引入射流密度与速度函数，对经典虚拟原点侵彻模型进行修正，建立了考虑射流可压缩性和成分梯度的钨铜变密度侵彻模型。以口径56 mm典型聚能结构为例，采用数值模拟及试验方法获得了钨质量百分比为75%的钨铜射流真实密度分布，并利用变密度侵彻模型计算了侵彻深度，同时利用X光脉冲摄影试验及静破甲试验对计算结果进行了验证。研究结果表明，钨铜变密度聚能射流侵彻模型比经典虚拟原点模型及局部密度修正模型计算的侵彻深度更加接近试验值，证实了钨铜变密度侵彻模型的正确性。

旋转机械轴系装配体位置公差预测方法与优化研究

闫清东，陈修齐，魏巍，黄静秋，杨啟福

2018, 39(12): 2298-2305. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.002

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以多配合面轴系装配体为研究对象，分析多种类型误差耦合传递机制及其尺寸公差的优化设计问题。采用蒙特卡洛方法模拟组成环实测尺寸，获得径向圆跳动公差均值及其分布规律；提出一种变动边界圆径向圆跳动预测方法，建立包含同轴度和轴孔配合公差的综合累计误差模型。将该预测方法扩展到复杂装配体的装配误差建模中，实现了径向圆跳动公差在设计阶段的预测。以装配体末端累积径向圆跳动值为目标，平均装配精度、装配可靠度和加工成本为约束，进行系统结构及其零件公差的优化设计。以某型液力变矩器设计为例，验证了该预测方法预测轴系累积径向圆跳动公差的可行性和实用性。

行星变速箱振动信号的线性量子信息熵特征

丁闯，冯辅周，张兵志，吴守军

2018, 39(12): 2306-2312. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.003

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针对行星变速箱在运行时产生的非线性非平稳振动且故障特征信号微弱等问题，将量子理论引入信息熵的计算中，提出一种全新的特征提取方法——线性量子信息熵。介绍了量子理论的基本概念及振动信号的线性量子表达，建立了振动信号的多量子位系统；基于振动信号多量子位表达提出了线性量子信息熵算法；对行星变速箱故障模拟试验台采集到的齿轮正常、K1小行星轮裂纹、K1大行星轮裂纹、K2行星轮裂纹和K3太阳轮裂纹5种状态振动信号的线性量子信息熵进行求解，并与时频熵、排列熵、样本熵计算结果对比。结果表明，线性量子信息熵能够有效提取行星变速箱的运行状态特征。

面向重型履带车辆的新式电涡流-液力复合型缓速器研究

田金山，李德胜，宁克焱，方青峰，叶乐志，张凯

2018, 39(12): 2313-2319. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.004

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履带车辆要求其辅助制动系统响应快、全速段功率密度高，而现有的液力辅助制动技术难以满足需求。为解决这一问题，基于电涡流和液力缓速技术优点与缺点互补的特性，对电涡流缓速器和液力缓速器进行了集成设计，提出一种电涡流-液力复合型缓速器结构。对此结构应用数值模拟方法预测电涡流制动与液力制动的速度特性，研究该缓速器控制策略，得到最佳制动性能。结果表明，电涡流-液力复合型缓速器电涡流部分响应时间在0.2 s以内、转速600 r/min以内主要依靠电涡流制动，转速600 r/min以上依靠电涡流与液力制动共同作用，在转速1 000 r/min工况下能够提供280 kW制动功率。

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

沈超，周克栋，陆野，乔自平

2018, 39(12): 2320-2329. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.005

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为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响，分析影响枪管寿命的关键因素，在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上，建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解，获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明：内膛损伤导致的弹头挤进过程中，质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变，以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理，提高枪管寿命具有一定的参考意义。

负载阻抗特性对引信磁共振耦合无线装定系统传输特性影响

曹娟，张合，王晓锋，缪东辉

2018, 39(12): 2330-2337. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.006

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接收端负载阻抗特性对引信装定系统的能量传输性能有重要影响，针对该问题建立了非纯阻性负载条件下的磁共振耦合无线装定系统电路模型，理论结合试验分析了负载阻抗特性对系统传输性能的影响规律。结果表明：负载中的容性或感性成分会使共振频率产生偏移，并对传输性能带来不利影响，其根本原因在于负载阻抗通过耦合映射会引起中继回路等效电容值或电感值的变化；负载阻抗角小于0°时，共振频率较纯电阻情况向下偏移，共振频率变小，随着阻抗角的增大，频率偏移量及对传输性能的影响程度逐渐减弱，当负载中电容成分增大到一定值后，这种影响可以忽略；阻抗角大于0°时，共振频率偏移特性相反，随着电感值的增大，负面影响越来越严重，最终会破坏收发端的共振耦合状态，造成装定结果失败；理论分析结果与试验结果吻合较好。

光-磁复合方位动态探测概率密度统计分布

甘霖, 张合

2018, 39(12): 2338-2344. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.007

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针对近程来袭目标方位全向精确探测问题，基于激光近程探测理论和磁近感理论，提出了光-磁复合方位测量方法。建立了近程探测脉冲激光信号模型和旋转扫描等效磁荷数学模型。利用Monte Carlo仿真实验方法，研究了方位角测量统计分布规律，分析了传感器与磁芯间距、旋转扫描探测周期和信号检测阈值对方位角测量统计分布规律的影响。结果表明：方位角测量概率密度分布随着传感器与磁芯间距的增加向左迁移，且半峰全宽增大，均值偏离真实值；测角分布峰值随着旋转扫描转速的增加而变大且向较大的角度移动；随着阈值增加，测角分布变得集中，达到最大值后趋于分散，峰值前后测角分布曲线呈现出不同的上升沿和下降沿。

氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性影响的实验研究

魏万里，翁春生，武郁文，郑权，李宝星

2018, 39(12): 2345-2353. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.008

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为了研究氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播特性的影响，以H₂为燃料、空气为氧化剂，在喷孔-环缝式连续旋转爆轰发动机上开展了一系列试验研究。基于燃烧室内高频压力信号和氧化剂集气腔内的压力信号，分析了氧化剂喷注面积对连续旋转爆轰波传播过程、速度亏损和稳定性以及爆轰波波头高度的影响。试验结果表明：当推进剂质量流量不变时，增大氧化剂喷注面积，爆轰波传播速度亏损增大，爆轰波稳定性变差，同时爆轰波波头高度减小；在氧化剂喷注面积为217.1 mm²、当量比为0.9时，爆轰波平均速度达到1 800 m/s，为理论Chapman-Jouguet速度的93%，同时爆轰波表现最为稳定；当氧化剂喷注面积不变时，随着当量比的增大，爆轰波传播的稳定性先升高、后降低。

喷射压力对等离子体射流在液体中扩展的影响

刘怡，余永刚，莽珊珊

2018, 39(12): 2354-2362. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.009

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在液体推进剂电热化学炮的内弹道过程中，等离子体射流的喷射压力对等离子体与液体之间的相互作用影响较大。为了研究喷射压力带来的影响，设计了等离子体射流在圆柱形充液室中扩展的观察试验，建立了等离子体射流在液体介质中扩展的二维轴对称非稳态数学物理模型，并进行了数值计算，计算结果和试验结果吻合较好。分析了喷射压力对等离子体射流扩展特性和流场分布特性的影响，结果表明：等离子体射流在液体介质中扩展，喷嘴附近出现了颈缩现象以及高低压相间分布结构，射流头部出现了局部高压区，侧面出现了局部低压区，等离子体射流的形状由椭圆形逐渐变为纺锤形，射流内部的主漩涡逐渐变大并向下游移动。喷射压力越大，Taylor空腔轴向扩展能力越强，轴向长度与破膜压力和时间呈指数关系；同时头部高压区移动越快，侧面低压区出现越晚，射流内部的主漩涡越大，温度波动越剧烈。增大喷射压力能够加强等离子体射流的扩展能力，但是不利于等离子体射流扩展的稳定性。

沿飞行弹道的扰动引力逼近方法

周欢，丁智坚，郑伟

2018, 39(12): 2363-2370. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.010

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为实现导弹飞行过程中的扰动引力补偿，提出了一种基于网函数逼近理论的扰动引力模型构建和快速赋值方法。推导了该方法的赋值误差，分析了影响赋值精度的主要因素，计算了该方法应用于不同射程、不同射向及不同区域弹道中的扰动引力重构结果以及由赋值误差产生的落点偏差。结果表明，对于射程为12 000 km的弹道，当存储量约为1 000个数据时，即可将赋值误差及其引起的落点偏差控制在10^-2 mgal量级和8 m以内，全程弹道生成时间远小于其他方法。该方法能够实现沿任意飞行弹道的扰动引力快速赋值，其赋值精度、计算速度和存储量均满足弹道计算要求。

沿临近空间机动弹道的扰动引力重构模型优化

周欢，丁智坚，郑伟

2018, 39(12): 2371-2379. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.011

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以高超声速滑翔飞行器滑翔段弹道为研究对象，针对沿弹道的扰动引力快速计算问题，提出一种基于延拓逼近理论的扰动引力快速重构方法。基于多岛遗传算法，建立了重构模型的优化算法。在求解优化问题过程中，为降低计算规模，基于最优拉丁超立方试验设计方法和径向基神经网络构建了原始重构模型的代理模型。仿真结果表明，所提重构方法可适应机动飞行下的复杂环境，在满足弹载计算机存储量要求的前提下可有效地提高弹道精度。

采用奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪设计

张恒浩

2018, 39(12): 2380-2388. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.012

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针对传统三回路自动驾驶仪在工程应用中对开环穿越频率约束不足的问题，设计了一种使用奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪方法。该方法将奇异摄动裕度信息引入三回路自动驾驶仪中，对自动驾驶仪进行开环穿越频率极点设计和预测校正，使三回路自动驾驶仪能够有效地对开环穿越频率进行约束，不再依赖于控制系统的闭环自振频率，同时计算得到的奇异摄动值可有效地反映控制系统性能。试验结果分析证明，采用奇异摄动裕度的三回路自动驾驶仪克服了传统设计方法的缺点，对产生的干扰能够有效快速地进行抑制，并能通过奇异摄动值准确地反映控制系统工作效果。

基于连续2阶滑模的带碰撞角约束制导律设计

张文广，易文俊，管军，袁丹丹

2018, 39(12): 2389-2398. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.013

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针对导弹拦截移动目标的要求，将滑模干扰观测器和一种新颖的连续2阶滑模方法相结合，设计了一种满足碰撞角约束的鲁棒性制导律。将目标加速度视为干扰项，基于超扭曲算法设计2阶滑模干扰器对其进行估计；不同于广泛使用的边界层方法，该方法可以在满足控制精度的前提下有效地避免抖振问题。通过使用Lyapunuov稳态标准，给出了该闭环制导系统有限时间内稳定的严格证明。理论分析和数值仿真结果表明，所提出的方法可以满足大范围碰撞角的约束，并能取得较高的目标拦截精度。

基于最大似然估计和混合梯度优化的射手模型辨识

吴骏雄，林德福，王辉，袁亦方

2018, 39(12): 2399-2409. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.014

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光纤制导过程中射手对于光电显示的响应及其控制行为将直接影响弹药的制导控制性能。针对此问题,将最大似然估计法应用于射手模型辨识研究中。为解决辨识过程中遇到的非线性优化问题，采用遗传算法和高斯-牛顿优化算法混合策略提高寻找全局最优解的概率，并使用单纯形法提高算法鲁棒性。基于交叉原理提出适用于导引头回路的精确模型，设计仿真实验平台并进行了多轮次人在回路实验，将输出误差框架下的最大似然估计方法成功应用于实验数据中。结果表明：混合梯度优化算法能够找到全局最优值，辨识模型能够准确反映射手本身的动态特性，辨识方法和辨识的射手模型对于光纤寻的弹药制导控制系统设计具有一定的实际意义。

多次冲击下泡沫铝动态压缩力学性能试验与本构模型研究

高华，熊超，殷军辉

2018, 39(12): 2410-2419. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.015

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基于分离式霍普金森压杆装置对泡沫铝试样进行多次冲击加载试验，研究泡沫铝在中低应变率下的动态压缩力学性能。通过分析泡沫铝破坏形貌、透波率、应力-应变曲线以及能量吸收效率随冲击加载次数的变化规律，研究了损伤累积对材料动态力学性能以及吸能特性的影响机理。试验结果表明：随着冲击次数的增加，泡沫铝内部胞孔结构逐步崩溃压实，对应力波的衰减作用减弱，弹性极限应力及对应应变均有增强效应，且多次冲击下的损伤累积效应有助于提高理想吸能效率。基于试验所得应力-应变曲线，将损伤累积变量引入Sherwood-Frost方程，建立泡沫铝材料多次冲击下损伤累积本构模型，分析了形状函数参考曲线对应损伤累积能量与多次冲击试验损伤累积能量差值对本构模型准确性的影响，并进行了试验验证。

一种深度强化学习的雷达辐射源个体识别方法

冷鹏飞，徐朝阳

2018, 39(12): 2420-2426. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.016

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针对传统依赖于人工经验提取辐射源个体特征的不足，提出一种基于深度强化学习的雷达辐射源个体识别方法。利用发射机非理想信道造成的辐射源信号包络在信号变化时呈现的不同瞬态信息，以信号包络前沿作为深度神经网络的输入状态，以辐射源类别作为当前输入状态的可选动作，通过卷积神经网络自动提取辐射源包络个体特征，并拟合当前状态动作对的Q值，进而以强化学习模型完成雷达辐射源个体识别任务。讨论了深度Q网络模型、深度双Q网络模型以及Dueling Network模型3种深度强化学习模型在辐射源识别任务中的应用。实测数据仿真实验表明：传统机器学习算法的识别率不足80%，而深度强化学习网络的识别率高达98.42%.

基于切换视线法的欠驱动无人艇鲁棒自适应路径跟踪控制

曾江峰，万磊，李岳明，张英浩，张子洋，陈国防

2018, 39(12): 2427-2437. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.017

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针对欠驱动无人艇（USV）的航路点路径跟踪问题，提出了一种鲁棒自适应控制方法。设计了一个新的切换型视线（LOS）法制导律，以引导USV始终以最佳LOS圆半径趋向期望路径。与传统制导律相比，切换型LOS法制导律具有运算负载小、收敛速度快的特点。考虑到USV模型的不确定性及环境干扰未知时变性，开发了一种复合神经网络控制器来增强系统鲁棒性。通过在网络输入中增加预测误差信息，以提高网络逼近精度。同时，引入最小学习参数思想优化网络结构，对神经网络的在线自适应参数进行压缩，以减轻网络计算负担，并借助李雅普诺夫理论对系统的稳定性进行了分析。通过对比仿真实验验证了所提出控制策略的有效性。

复合防护液舱抗爆效能对比试验研究

孔祥韶，王旭阳，徐敬博，郑成，徐双喜，袁天, 吴卫国

2018, 39(12): 2438-2449. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.018

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液舱是舰船多层防护结构体系中的重要功能舱室，战斗部近距离爆炸时，高速破片和冲击波载荷将对防护液舱产生严重的毁伤效应。针对高速破片和冲击波作用下防护液舱的动态响应特性和毁伤模式，提出了复合防护液舱的结构形式。为了对比该液舱相对常规液舱的抗爆效能，开展了战斗部模型近距离爆炸载荷作用下复合液舱和常规结构形式液舱毁伤的模型试验，得到了战斗部模型破片速度、液舱结构的变形、应变、破口尺寸、舱壁压力等参量。通过对比发现，相对于传统液舱结构，复合防护液舱前面板、后面板最大变形分别减少22.78%和8.47%，结构应变降低30%，冲击波峰值减弱18.62%，该新型结构形式明显提高了液舱抗爆防御效果。

自润滑弹头壳用钢摩擦行为研究

胡春东，董瀚，赵洪山，向多伦，王俊红，李峻松

2018, 39(12): 2450-2458. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.019

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为减轻身管內膛磨损，提高身管寿命，提出了采用销盘摩擦方式模拟弹头与身管內膛的摩擦行为方法。利用扫描电子显微镜和光学轮廓仪对销盘摩擦表面分别进行表征，研究了常用弹头壳用材和自润滑弹头壳用钢对磨Cr层的摩擦行为，并对自润滑机制进行了探讨。结果表明：弹头壳用钢在低硬度范围内（161~227HV0.2），随着硬度的增加，室温摩擦系数缓慢降低（约11%），700 ℃高温时摩擦系数则变化不大，说明通过改变硬度来减小摩擦系数的效果不明显；而在超低碳钢（223HV0.2）中添加S和Pb，可形成固体润滑剂硫化物和Pb，室温摩擦系数可降低约25%，700 ℃高温时摩擦系数可降低23%~34%，有效地减轻了Cr层磨损。

基于改进花朵授粉算法与K-means算法的人体姿态库构建方法研究

徐达，焦庆龙

2018, 39(12): 2459-2469. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.020

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为了解决现有人体姿态库构建方法存在的装备维修性仿真验证任务针对性不足的问题，提出了一种基于改进花朵授粉算法与K-means算法的人体姿态库构建方法。针对花朵授粉算法寻优精度不够理想的问题，将乌鸦搜索算法引入花朵授粉算法。提出了一种改进花朵授粉算法。测试结果表明：相比粒子群算法和花朵授粉算法，改进花朵授粉算法具有搜索范围广和寻优精度高的优点。为避免K-means算法易陷入局部最优解，将改进花朵授粉算法引入K-means算法，在提出个体编码方式与定义个体操作函数的基础上，设计了改进花朵授粉算法的计算步骤，使改进花朵授粉算法与K-means算法相融合，进而对装备维修人员的维修作业姿态进行聚类。提取各类中心数据，将其作为人体姿态库中虚拟人体的部位动作角度输入参数，构建了具有装备维修性仿真验证任务针对性的人体姿态库。仿真实验结果表明：相比基于粒子群算法与K-means算法融合的人体姿态库构建方法等5种方法，改进花朵授粉算法与K-means算法的融合方法具有寻优精度高和聚类效果好等优点，适用于装备维修性仿真验证工程实践。

基于梯度下降法的离散概率空间区域射击瞄准点求解方法

贾正荣，王航宇，卢发兴

2018, 39(12): 2470-2479. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.021

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为增强区域射击方法的适用性，解决目标分布不规则条件下的区域射击瞄准点求解问题，提出基于梯度下降法的离散概率空间区域射击瞄准点求解方法。通过在离散空间内描述目标的分布概率，以适应不规则的目标分布情况；通过变分方法求解离散空间内的最优中间函数，以实际中间函数与最优中间函数的差值范数作为优化指标，给出解析形式的指标梯度；构建基于梯度下降法的射击点位置求解模型。在同等初始条件下，分别采用几何法、函数逼近法、梯度下降法求解得到不同目标分布情况下的瞄准点配置，以对比方法性能。结果表明：相比于现有方法，梯度下降法适用性强、求解速度较快、优化程度高，能够求解目标分布不规则情况的区域射击瞄准点配置。

一种基于风洞试验环境的轨迹捕获系统设计

贺云，张飞龙，徐志刚，刘哲

2018, 39(12): 2480-2487. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.022

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为了对投放物（以下称外挂物）相对飞机的分离特性进行考察，设计了一种用于跨声速风洞试验的轨迹捕获系统，来模拟外挂物从飞机上释放时的运动轨迹。针对外挂物轨迹的捕获问题，设计出一种6自由度串联机械臂，并通过有限元方法分析其受气动载荷时的位置精度；对机械臂进行运动学分析，根据外挂物动力学方程设计出机械臂捕获外挂物轨迹的控制器，并对机械臂运动空间进行了仿真分析；对某外挂物运动轨迹和机械臂对该投放物的捕获轨迹进行了仿真模拟。结果表明：该试验系统的允许试验时间大于0.8 s，机械臂对外挂物各方向上运动轨迹的捕获误差不超过1 mm，满足试验精度要求，从理论上验证了所设计的风洞试验轨迹捕获系统对外挂物轨迹模拟的真实性。

基于混合参数证据网络的装备体系贡献率评估

罗承昆，陈云翔，张洋铭，常政，朱强

2018, 39(12): 2488-2496. doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2018.12.023

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针对装备体系能力之间关联关系复杂、评估信息不确定的问题，从能力需求满足度视角出发，提出一种基于混合参数证据网络的装备体系贡献率评估方法。基于同一层次能力之间的关联关系，构建了装备体系贡献率评估证据网络结构模型；分别提出了基于条件信度参数模型的同层次能力需求满足度评估方法和基于信度规则参数模型的跨层次能力需求满足度评估方法，根据效用函数建立了装备体系贡献率评估模型。以某反航母装备体系为例进行了建模分析，结果表明所提方法反映了装备体系整体能力的涌现性，能够全面客观地评估装备体系贡献率。

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