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2020年 第41卷 第4期    刊出日期：2020-04-30

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论文

侵彻战斗部-引信系统动力学建模与仿真

程祥利， 刘波， 赵慧， 刘军

2020, 41(4):  625-633.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.001

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为揭示侵彻过程中引信电路模块的动态响应机理，将机械振动理论引入侵彻过程理论分析与计算，提出一种简化的侵彻战斗部-引信系统动力学模型。以侵彻战斗部-引信系统的载荷传递关系为基础，基于多自由度弹簧-质量-阻尼系统建立模型的动力学微分方程；通过谐响应分析确定固有频率、阻尼比等动力学参数，并采用数值积分的方法预测不同侵彻工况下的响应特性；从系统幅频响应特性的角度分析响应特性与传统经验公式解有很大差异的原因。与谐响应分析结果、火炮试验实测过载信号的对比分析表明：提出的动力学模型能准确、快速地预测战斗部、引信在侵彻过程中的响应特性；考虑轴向振动后，侵彻战斗部表现出明显的振动放大特性与周期振荡特性，而且是影响引信电路模块响应特性的首要因素。

以毁歼数为判据的高炮毁歼概率试验方法研究

谢杰涛， 吴娟， 王树恩， 范兆军， 韩百刚

2020, 41(4):  634-640.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.002

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为进行高炮毁歼概率的直接检测，从毁歼概率定义出发，分析各类试验方法，指出应优先选择以毁歼数为判据的直接试验方法。给出毁歼事件的可检测定义，推导计算模型，进行以毁歼数为判据的试验设计；采用递推计算代替查表计算，解决表格精度制约计算精度的问题。通过具体算例，证明不能简单采用毁歼概率的最大似然估计作为评判标准；分析指标要求、试验风险和最小毁歼频率的关系，完成具体型号试验次数与预期最小毁歼数的计算。结果表明，直接试验方法具有可行性，能够支撑试验设计的优化。

基于相关旁瓣平均的混沌码与线性调频复合调制无线电引信抗数字射频存储干扰方法

乔彩霞, 郝新红, 陈齐乐, 孔志杰, 王雄武

2020, 41(4):  641-648.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.003

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为提高复合调制无线电引信的抗数字射频存储(DRFM)干扰性能，设计去周期的混沌码与线性调频复合调制无线电引信发射波形，并提出基于相关旁瓣平均的复合调制无线电引信抗干扰方法。针对DRFM干扰特点，复合调制引信发射信号不同调频周期采用不同初值的混沌码调相，实现发射信号波形去周期化设计；在信号处理模块，采用相关旁瓣累计平均方法获得引信输出的统计特征，进一步抑制DRFM干扰对引信的影响。理论分析和仿真结果表明：基于相关旁瓣平均的混沌码与线性调频复合调制引信抗干扰方法能够显著抑制引信相关旁瓣，提高无线电引信的抗DRFM干扰性能。

基于空中机动目标拦截的制导和引信及战斗部一体化设计研究

汪金奎， 娄文忠， 刘伟桐， 苏子龙

2020, 41(4):  649-655.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.004

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为实现对空间机动目标的可靠拦截，研究防空导弹制导盲区情况下常规破片战斗部的制导和引信及战斗部一体化设计方法。在已知目标最大机动能力作为先验信息条件下，通过目标最大机动能力估计制导盲区内目标潜在运动的状态集合;建立破片飞散的数学模型，根据目标状态集合和破片飞散特性求解防空导弹最佳交会状态和引信最佳起爆时间；采用Gauss伪普法，以末端弹目相对位置、弹目视线角和速度矢量夹角作为约束，求解导弹实时最优控制输入，使防空导弹到达最佳拦截位置。仿真分析结果表明，所提制导和引信及战斗部一体化设计方法能够实现引信最佳起爆控制和目标可靠拦截，对战斗部设计提供了依据。

基于深度学习的高超声速飞行器再入预测校正容错制导

余跃， 王宏伦

2020, 41(4):  656-669.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.005

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针对故障条件下高超声速飞行器的容错制导问题，提出一种基于深度学习的预测校正容错制导算法。在纵向制导律设计中，求解故障下满足配平要求的攻角剖面和升力、阻力系数；构建并训练输入端包含升力、阻力系数变化量的深度神经网络来预测落点，以避免传统预测校正制导算法中大量的积分运算；侧向制导采用基于航向角误差走廊的倾侧角反转逻辑；构造扩张状态观测器对气动参数变化量进行估计，实时输入深度神经网络。仿真结果表明，所设计的容错制导算法制导精度高、实时性好，且在故障和参数摄动条件下能实时解算出满足飞行要求的制导指令。

空天飞行器多源多余度模糊容错导航系统设计方法

景羿铭， 王融， 熊智， 赵耀， 刘建业

2020, 41(4):  670-680.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.006

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空天飞行器多任务、多工作模式的特征，要求导航系统具有灵活性且保证精确性和稳定性。在空天飞行器中，常用多种导航传感器组成多源容错组合导航系统，但是单余度组合导航系统并不能满足空天飞行器可靠性的要求。针对上述问题，提出一种多源多余度模糊容错导航系统设计方法，在每个余度系统已设计故障诊断和隔离的基础上，通过模糊评估计算每个导航系统的品质因子，从而有效地诊断和隔离惯性导航系统的故障，保证导航系统的精度和可靠性，该方法对软、硬故障均具有较好的处理能力。仿真结果表明，基于该方法的导航系统结构具备容错性能，在系统出现故障的情况下，比传统多源导航系统具有更优的性能，且在不同飞行阶段具备良好的适用性。

气体与液体两相连续旋转爆轰波二维数值模拟研究

王放， 翁春生， 武郁文， 白桥栋， 郑权

2020, 41(4):  681-691.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.007

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为研究汽油与富氧空气两相连续旋转爆轰发动机的工作特性，使用非结构化三角形网格守恒元与求解元(CE/SE)方法对气体与液体（简称气液）两相连续旋转爆轰波进行了二维数值模拟。通过数值模拟获得连续旋转爆轰波传播的不同模态，研究了进气总压和当量比对两相连续旋转爆轰波的影响，分析了不同模态下连续旋转爆轰发动机的工作特性，并对数值模拟结果进行了试验验证。结果表明：液滴的蒸发和剥离过程，延缓了液滴燃料的燃烧，导致了两相爆轰压力和温度的不完全耦合，降低了两相爆轰波的传播速度；当量比对连续旋转爆轰波的传播模态影响较大，当量比越低、越容易形成单波模态，当量比越高、越容易产生多个波头；单波模态的爆轰波压力和传播速度波动最小，双波模态居中，三波模态波动最大；发动机推力波动规律与压力波动规律相反，单波模态推力波动最大，双波次之，三波模态推力波动最小；计算所得旋转爆轰波波速与试验结果吻合较好，旋转爆轰波流场与实验研究定性一致。数值研究方法发展了非结构化CE/SE算法，研究结果对气液两相连续旋转爆轰发动机的试验研究和工程应用具有一定的指导意义。

高维参数不确定爆轰的不确定度量化

梁霄， 陈江涛， 王瑞利

2020, 41(4):  692-701.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.008

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由于测量技术等因素导致物理参数的随机波动，加上化学反应率方程、状态方程均是唯象建模，使得爆轰系统含有不同类型的高维相关不确定度。评估输入不确定度对输出结果的影响具有重要的理论意义和应用价值。针对参数敏感的绕爆问题拐角效应，使用基于回归方法的非嵌入多项式混沌方法研究此问题的不确定度量化。使用Rosenblatt变换将一列相关随机变量组转化成服从独立标准均匀分布的随机变量组。先用采样法将积分转化成欠定线性方程组，进而选择优化方法求解回归方程，再借助基追踪方法将优化问题转化成线性规划问题。给出拐角附近拉格朗日参考点的速度分量、压力、位置的期望和置信区间。结果表明：拐角处位置临近的两个拉格朗日参考点，轨迹差别很大；不确定度随着时间演化而逐渐增加，预测系统的长期动力行为难度加大；研究方法可推广到其他爆轰问题。

无线自组织网络协作时间同步优化算法

刘大鹍， 陈桂芬， 王义君

2020, 41(4):  702-710.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.009

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针对无线自组织协作网络时间同步算法同步误差大及能量消耗高的问题，在分析网络时间同步模型基础上，提出无线自组织网络协作时间同步优化算法。该算法利用指数延迟模型，通过构建时间同步似然函数，对成对节点的时钟偏移及时钟漂移进行联合估计；对网络进行三角剖分，通过染色确定参考节点，然后参考节点选取主节点，利用拓扑结构的自适应变化实现全网节点时钟同步；通过时钟联合估计及自适应拓扑建立协作时间同步优化算法，其整体执行保证节点通信链路时间同步。仿真结果表明，在所提三角剖分拓扑结构控制下，与传统分簇拓扑相比，协作时间同步优化算法在平均同步误差、同步算法能量消耗方面得到了性能提升。

不同攻角下绕平头回转体初生空化流动特性研究

杨龙， 胡常莉， 罗倩

2020, 41(4):  711-719.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.010

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为了分析近壁面流场结构对附着型空化初生特性的影响规律，通过数值模拟方法开展不同来流攻角条件下绕平头回转体初生空化的形成及流动特性研究。采用均质两相流模型并耦合大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型，对绕平头回转体初生空化进行数值模拟。研究结果表明：LES方法 可以较好地模拟绕平头回转体的初生空化流动，计算得到的空穴形态及其随时间的演变过程与实验结果基本一致；各攻角条件下的初生空穴均呈不规则的团泡状，不对称地分布在回转体肩部的分离涡区域内；随着攻角增大，回转体迎流区域的初生空穴分布范围逐渐减小，背流区域的初生空穴分布范围逐渐扩大；初生空穴的分布规律与时均分离涡结构紧密相关；随着攻角增大，迎流面分离涡尺度逐渐减小并向回转体头部及壁面移动，背流面分离涡尺度逐渐增大；大攻角条件下，在回转体背流面的分离再附着点附近出现二次分离现象，促使初生空化在此处形成。

旋成体高速入水可压缩性影响研究

李国良， 尤天庆， 孔德才， 李静， 周伟江

2020, 41(4):  720-729.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.011

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针对目前高速（≥100 m/s）跨水-气体界面多相流数值模拟中空化效应和水介质可压缩性影响等问题，建立一套高速入水数值模拟方法。以旋成体为计算模型，采用剪应力传递(SST) k-ω、 标准(Standard)k-ε、重整化群(RNG)k-ε及可实现(Realizable) k-ε 4种湍流模型进行数值模拟，得到速度衰减与入水深度随时间变化的结果及入水1 ms时的空泡形态，并与理论解比较。基于SST k-ω湍流模型与文献［15，17］实验开展对比研究，选取入水速度50 m/s、100 m/s、200 m/s、400 m/s、800 m/s进行计算。研究结果表明：采用SST k-ω湍流模型的数值模拟结果与理论解一致性最好，入水速度衰减、空泡发展与实验结果基本一致，证明该方法的有效性；在入水速度≤100 m/s时， 液体可压缩性对入水冲击载荷基本没有影响；在入水速度≥200 m/s时，随着入水速度增加，液体可压缩性对入水冲击载荷影响越大，会弱化入水冲击载荷及延缓最大载荷出现的时间；在考虑液体可压缩性时，空泡形态有收缩现象；入水速度越大，入水过程速度衰减越快，加速度值在入水初期较大；在计算模型周围被超空泡包裹的航行阶段，随着入水深度增加，加速度逐渐减小，加速度的变化逐渐平缓。

轴频电场与静电场一体化腐蚀相关电场隐身方法研究

孙强， 姜润翔， 喻鹏， 程锦房

2020, 41(4):  730-736.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.012

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为降低舰船腐蚀相关电场信号，分析电流补偿方法对轴频电场信号和主动轴接地(ASG)技术对静电场的影响，基于电流补偿与ASG之间的关系，提出轴频与静电场一体化的电场隐身控制方法。把ASG系统的补偿电流值视为船体的轴电流值，并将电流补偿方法中补偿电流与轴电流之间的比值κ作为电流控制量，实现了先轴频电场隐身、后静电场隐身；研制轴频电场与静电场一体化电场隐身控制原理样机，通过模型试验和海上试验结果对轴频电场与静电场一体化控制方法的性能进行检验。结果表明：该方法能够有效降低静电场与轴频电场信号。

绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的运动学建模与碰撞干涉检测

王立栋， 陈原

2020, 41(4):  737-749.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.013

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针对海上多维波浪运动补偿，设计一种6自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构。依据海上波浪运动特点分析波浪补偿装置的功能需求，结合封闭矢量环法构建该机构位姿逆解模型，计算出机构的速度雅可比矩阵，推导出驱动绳和中间刚性支链上的速度、加速度模型，并利用ADAMS仿真软件验证所建数学模型的正确性；建立整体机构静力学模型，采用力封闭算法计算柔性驱动绳和中间刚性支链上的张紧力分配大小，通过搭建的等比实验平台验证该算法的有效性；基于几何矢量法对机构内各部件之间进行碰撞干涉检测分析；通过数值仿真和实验验证分析，从理论和实验两方面验证该绳驱动刚柔混合式波浪补偿机构应用于海上多维波浪运动补偿的可行性，所得结果对进一步研究波浪补偿机构的张紧力算法优化和张力控制具有一定参考意义。

自主水下航行器多终点航路规划的距离正则化混合水平集算法研究

盛亮， 邱志明， 于邵祯， 焦俊杰

2020, 41(4):  750-762.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.014

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为进一步提升水平集算法求解自主水下航行器(AUV)时间最优航路的计算效率，结合局部化思想和多项式距离正则化方程，提出一种用于AUV多终点航路规划的混合水平集算法。通过引入简单多项式距离正则化项，融合海流模型，推导新的水平集演化方程，并给出数值实现方法。所提算法无需重复初始化窄带且一次演化就能获得至多终点的所有最优航路集，解决了AUV多终点航路规划时计算效率不高、规划时间过长的问题。仿真结果表明，相较于蚁群算法和量子粒子群算法，在AUV的多终点航路规划中，混合水平集算法计算效率是蚁群算法的6.4倍，是量子粒子群算法的1.6倍，且鲁棒性更佳。

一种新型物料装填机器人的设计与轨迹优化

郑昱， 广晨汉， 李前， 杨洋

2020, 41(4):  763-770.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.015

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为提高车辆等载具内的物料装填效率，设计一种车内受限空间中使用的圆柱物料装填机器人，并对机器人的关节轨迹进行优化。在考虑圆柱物料输送要求和车内空间限制的基础上，提出物料装填机器人总体设计方案，给出机器人工作时的关节运动流程。建立机器人运动学模型，对机器人的工作空间进行分析。使用分段高阶多项式函数拟合机器人关节运动轨迹，采取插值时间变量代替系数变量的简化求解方法和粒子群算法优化关节轨迹。研究结果表明，该物料装填机器人工作空间可覆盖车内空间且满足车内空间限制，优化后的关节轨迹可平稳快速地完成物料装填作业。

一种全金属网面轮胎的设计、仿真与试验研究

赵正龙， 宋彬， 吕建刚， 何忠波， 戴志广

2020, 41(4):  771-782.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.016

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为避免车辆轮胎因扎刺或弹片侵彻等引起的爆胎问题，设计一种非充气型全金属网面车轮结构。建立关于轮胎的垂向刚度预测、垂向振动的理论分析模型；结合三维建模软件Pro/E、有限元前处理软件ANSA和有限元仿真软件Abaqus建立轮胎仿真模型；制作与235/70 R16型号充气轮胎同尺寸的轮胎样机，开展轮胎静力学压板试验和车辆平顺性试验。仿真结果表明，该金属轮胎在各向力作用下不会产生塑性变形，满足轮胎使用的强度条件；通过垂向刚度试验，验证了仿真过程的准确性和轮胎较强的承载能力；平顺性试验表明，金属轮胎在减振性能上略差于充气轮胎，但具有更好的抓地特性。

微凹坑超声电解滚蚀加工间隙多物理场特性及成形规律

王明环， 王嘉杰， 童文俊， 陈侠， 许雪峰， 王芯蒂

2020, 41(4):  783-791.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.017

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针对径向超声能场滚蚀微细电解加工（RUR-EMM）间隙物理场变化复杂、能观性较差等问题，基于数值模拟方法，对加工中间隙多物理场耦合作用及变化规律进行研究。建立加工间隙内电场、两相流场、温度场、声场等多场耦合理论模型，通过数值仿真分析得出多场耦合相互影响变化规律、多场耦合下凹坑成型规律。研究结果表明：在振动频率20 kHz、振幅10 μm、加工间隙50 μm、工具阴极旋转角速度0.6°/s、电解液电导率7.9 S/m工况下，超声能场激励微细电解加工中，间隙内电解液周期性流入、流出加工区；电流密度随振动周期发生周期性变化；电解液温度随超声激励与电化学反应的综合作用升高；与滚蚀微细电解加工相比，RUR-EMM间隙内温度上升3.63%、电流密度提高1.45倍，间隙脉动流场有效促进了产物排出，RUR-EMM凹坑深度最大增加14.21%；微凹坑加工试验结果验证了理论模型的正确性，仿真与实际加工试验深度误差在17.07%以内。

基于通用发生函数与成功流法的多态系统可靠性分析算法研究

曹慧， 段富海， 江秀红

2020, 41(4):  792-798.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.018

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针对成功流(GO)法可靠性分析过程复杂问题，将通用发生函数(UGF)与GO法结合，提出适用于复杂系统可靠性分析的UGF-GO算法。该算法通过分析GO图中各操作符结构关系，建立相应的系统结构UGF计算公式分析系统可靠性，不仅降低了GO图的计算复杂度，而且还简化了GO图共有信号修正过程。通过对比概率公式算法与UGF-GO算法的可靠性分析结果，验证了UGF-GO算法应用于复杂多态系统可靠性分析的有效性与简便性。UGF-GO算法应用于某型飞机供电系统，结果表明从失效机理到退化建模，UGF-GO算法能完整地分析具有性能退化行为的系统可靠性。

基于多通道电感测量的圆周等分孔位置度在线快速评定方法

李兵， 樊寅斌， 孙彬， 兰梦辉， 龙兴元， 侯颖

2020, 41(4):  799-809.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.019

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针对工业机器人RV减速器精密零件行星架与摆线轮的加工精度在线测量问题，提出一种位置度极角二分法搜索寻优算法，并研制出一种融合位置度量规、坐标测量技术以及多通道电感协同测量技术的圆周等分孔位置度在线快速测量仪。利用多通道电感传感器采集零件被测孔的坐标数据，通过孔心多边形旋转变换和极角二分法迭代寻优，迅速准确得到各孔满足最优的位置度误差。设置单个零件测量节拍小于10 s，以适应生产线上的测量要求。基于分析测量仪的误差源，完成传感器静态标定实验和非线性误差补偿。算法仿真实验、重复性实验和精度对比实验结果表明：所提算法精度小于1.4 μm，精度较高；测量仪重复性精度小于1.5 μm，再现性小于1.0 μm；测量仪与三坐标测量机结果对比误差平均小于2.6 μm，证明了位置度在线测量仪具有较高的稳定性和可靠性。

双层环形桁架可展天线机构运动特性与动力学分析

韩博， 许允斗， 姚建涛， 郑东， 李永杰， 赵永生

2020, 41(4):  810-821.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.020

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为改善单层环形桁架式可展天线在大口径时刚度较低的问题，设计一种双层环形桁架可展机构，作为大口径星载天线的支撑与展开机构。对双层环形桁架可展天线进行结构分解，绘制闭环可展机构单元的旋量约束拓扑图，分析机构自由度，得出双层环形桁架可展机构只有一个自由度；基于螺旋理论分析各个构件的旋量速度，通过矢量运算得到各个构件的角速度和质心线速度，并得到速度雅可比矩阵；利用旋量导数分析机构中各个构件的旋量加速度，计算得到各个构件的角加速度和质心线加速度；基于牛顿-欧拉方程和虚功原理，建立整体双层环形桁架可展机构的动力学方程，进行数值计算与仿真验证。研究结果表明：计算和仿真结果验证了理论分析的正确性；所提双层环形桁架可展天线机构整体结构简单，仅需一个驱动便可顺利展开；基于螺旋理论的运动学和动力学分析方法具有明确的物理意义，且分析过程较为程式化，易于编程。

综述

车辆惯容器-弹簧-阻尼器悬挂构型设计方法综述

徐龙， 毛明， 陈轶杰， 杜甫， 代健健

2020, 41(4):  822-832.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.04.021

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高机动履带车辆中悬挂系统起着承载、缓冲和减振的作用，是实现车辆越野机动性能的核心。惯容器自出现以来，就被广泛应用于被动隔振网络中，并且表现出了优良的隔振性能。针对悬挂构型设计，根据近些年专业技术领域的发展，系统介绍并总结了惯容器-弹簧-阻尼器（ISD）新型悬挂的构型及其设计方法；从悬挂设计的基本方法入手，系统分析了悬挂设计分析法和综合法的优劣；论述了机电相似理论的发展和ISD悬挂构型设计技术的进展。提出了ISD车辆悬挂技术未来的发展方向是：ISD悬挂的工程化和集成化、基于多个惯容器的ISD悬挂系统构型设计和整车悬挂系统的优化匹配。