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2020年 第41卷 第11期    刊出日期：2020-11-30

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论文

液体发射药迫击炮内弹道燃烧稳定性

孙明亮， 陆林， 刘宁， 张相炎

2020, 41(11):  2145-2154.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.001

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为研究液体发射药迫击炮内弹道特性，搭建60 mm液体发射药迫击炮瞬态测试系统，对其燃烧室压力变化与迫击炮弹初速进行测试。在试验基础上，基于非定常欧拉-拉格朗日模型和液体发射药蒸发-燃烧模型建立带燃烧反应的液体发射药迫击炮两相流计算模型，对内弹道过程中的反应流场进行模拟，分析复杂气相流场与液体发射药喷射燃烧间的耦合关系及压力振荡形成机理。结果表明：60 mm液体发射药迫击炮燃烧稳定性好，具有工程化潜力；数值模拟与试验结果吻合度较高，且可以复现压力振荡现象，计算模型具有合理性；液体发射药的喷射与燃烧均受燃烧室内气涡的影响；反射波引发的液体发射药集中燃烧使压力表现为一种振荡发展。

液力自动变速器换挡控制轨迹优化方法

李春明， 简洪超， 李娟， 罗小梅， 闫清东

2020, 41(11):  2155-2169.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.002

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随着液力自动变速器挡位数不断增加，出现了换挡过程中需要多个离合器协同操纵的多切换式换挡方式，使得换挡品质控制问题变得更加复杂。为同时满足自动变速器在传统单切换以及多切换式换挡中的换挡品质需求，建立了包含发动机动态模型、液力变矩器动态模型、行星变速器、离合器和车辆负载的车辆换挡过程动力学模型，并通过非道路车辆的实车试验结果对所建动力传动系统仿真模型进行了验证。结合换挡品质客观评价指标，利用hp自适应Legendre-Gauss-Radau正交配点法，对车辆换挡过程中的离合器/制动器油压轨迹进行了优化。建立换挡品质控制硬件在环实验平台，开展了变速器在多切换以及单切换式换挡过程控制实验。结果表明，换挡品质优化方法能够有效提高车辆在各换挡过程中的换挡品质。

基于条件深度循环生成对抗网络和动作探索的行星轮轴承剩余寿命预测

于军， 刘可， 郭帅， 于广滨， 郭振宇

2020, 41(11):  2170-2178.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.003

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为解决小样本和变工况下行星轮轴承剩余寿命预测准确率低的问题，提出一种基于条件深度循环生成对抗网络(C-DRGAN)和动作探索(AD)的行星轮轴承剩余寿命预测方法。将门控循环单元神经网络与条件生成对抗网络相结合，构建C-DRGAN，从非静态和非线性信号中提取故障特征，实现小样本和变工况下行星轮轴承的剩余寿命预测；采用基于AD的训练算法训练C-DRGAN，提高收敛速度，降低训练时间；根据训练后的C-DRGAN，利用多元线性回归分类器预测测试样本中行星轮轴承的剩余寿命。通过行星轮轴承加速疲劳寿命试验验证该方法的有效性。结果表明，该方法具有较强的非静态和非线性信号处理能力，并能在小样本情况下取得出色的行星轮轴承剩余寿命预测效果。

基于干扰观测器的弹药传输机械臂非线性连续时变反馈控制

王茜， 侯保林， 姚来鹏， 文浩

2020, 41(11):  2179-2188.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.004

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针对弹药传输机械臂在工作过程中由于受到基础振动干扰和负载不确定性的影响，存在定位精度低、定位速度慢的问题，以结构和工作原理相同的实验用原理样机为对象，提出一种基于干扰观测器扰动补偿的非线性连续时变反馈控制方法。该方法在控制律形式上类似比例微分（PD）控制，但其中比例和微分系数取决于系统Lyapunov函数，是系统误差变量的可微函数。为消除基础振动干扰和负载不确定性带来的非线性影响，采用一种有限时间非线性干扰观测器设计补偿环节。实验结果表明，基于观测器的扰动补偿可以将机械臂的定位时间由2.18 s缩短到1.32 s，缩短了39.4%；在所有基础振动干扰和不同负载的实验工况下，新控制方法都可以快速、稳定、精确地完成控制目标，验证了算法的有效性。

基于泛函序列时变自回归滑动平均模型的弹箭时变模态参数递推估计方法

余磊， 张永励， 袁梦笛， 刘瑞卿

2020, 41(11):  2189-2197.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.005

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随着弹簧系统朝着大型化、高速化、智能化发展，飞行状态下弹箭系统的固有特性对整体结构的影响不可忽视。针对弹箭在飞行状态下的时变模态参数辨识问题进行研究，基于泛函序列时变自回归滑动平均（FS-TARMA）模型，提出一种时变模态参数的递推估计方法。该方法采用墨西哥帽小波基作为TARMA模型时变系数的空间基底，并借鉴于无结构化TARMA模型递推估计思想，将投影参数矩阵视为振动响应数据长度的变量，实现了投影参数矩阵的递推估计。通过有限单元法建立阿里安V号芯级运载火箭时变有限元模型，对所提方法进行验证。结果表明：递推辨识方法与传统批量算法相比，在辨识精度上，3阶模态频率辨识结果最大相对误差在5%以内；在计算效率上，递推辨识方法的计算时间缩短了9.38倍。

梯度硝基发射药的设计原理与实现方法

李世影， 丁亚军， 梁昊， 赵先正， 肖忠良， 李纯志， 贺云

2020, 41(11):  2198-2205.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.006

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为实现发射药能量释放高渐增性，根据枪炮内弹道学原理提出梯度硝基发射药(NGDP)的概念，并论证NGDP能量释放渐增性的基本原理。与传统钝感发射药相比，NGDP氧平衡较高，理论上具有低烟雾、低残渣特征。基于最小自由能算法，分析邻苯二甲酸二丁酯、樟脑和二硝基甲苯钝感的发射药与NGDP燃烧产物中可燃组分(CO、H₂)的含量，发现NGDP燃烧产物中可燃组分含量最低。阐述了NGDP的制备过程，通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪以及激光共聚焦显微拉曼光谱仪表征NGDP的微观结构；进行密闭爆发器实验，证实了NGDP具有能量释放高渐增性。结果表明，NGDP是一种有别于现有制式发射药的新型发射药，有望消除或者减少传统表面钝感、包覆发射药存在的烟雾、火焰、残渣、储存稳定性等诸多问题。

基于内聚力法则的高能硝酸酯增塑聚醚推进剂开裂过程细观模型

侯宇菲， 许进升， 古勇军， 周长省

2020, 41(11):  2206-2215.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.007

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为从细观角度研究高能硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂的破坏机理，采用分子动力学算法生成细观颗粒填充模型，利用Python脚本语言在颗粒与基体界面及基体内部嵌入零厚度粘结单元。针对NEPE推进剂延展性失效特点，基于多项式内聚力法则建立一种多项式-梯形内聚力法则，并进行子程序VUMAT开发。对比考虑颗粒与基体界面脱湿及基体失效的数值模拟结果发现，NEPE推进剂颗粒与基体界面脱湿引起基体内部形成孔洞，孔洞周围形成的高应力区是导致推进剂开裂的关键。实验验证得知，多项式-梯形内聚力法则较双线性内聚力法则和多项式内聚力法则能更准确地描述推进剂的失效过程。

异形炸药部件的水射流安全分解技术

王金涛， 余文力， 王涛， 杭贵云， 沈慧铭， 张青， 张聪

2020, 41(11):  2216-2224.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.008

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针对大尺寸、异形炸药部件的安全分解问题，提出基于水射流技术的炸药安全分解技术的设计方案。根据炸药部件的结构特点和材料属性，建立水射流切割炸药部件的有限元数值仿真模型；通过分析炸药材料在不同水射流速度下切割过程、极限应力水平及损失情况，不断优化水射流速度，在确保形状复杂的炸药部件不被冲击引爆和几何结构不遭受彻底破坏情况下对炸药部件进行分解。分解后的炸药块保持形状完整，内部无损伤缺陷，能够为进一步分析炸药部件的物理化学性能提供有效样品。对厚度为75 mm的百千克级空心圆柱型炸药部件的实施分解试验，按照该设计方案最终获得优化后的水射流速度为293 m/s. 试验结果证明，炸药分解设计方案可行，设计的分解装置通用性强，能够为安全分解大尺寸、大当量、复杂结构炸药部件提供有效的技术支持，具有一定的推广应用价值。

引入角加速度测量的柔性飞行器姿态控制方法

张博伦， 周荻

2020, 41(11):  2225-2233.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.009

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讨论大气层外细长型柔性飞行器的姿态控制问题，该问题的本质是在测量器件附加柔性影响的情况下控制刚体姿态跟踪指令。提出动态面姿态控制方法，以实现姿态指令跟踪。建立柔性形变的2阶动态模型，结合刚体角速度与柔性形变的关系建立非线性模型并设计卡尔曼滤波器。针对轨控发动机质心偏移等因素产生的干扰力矩，引入角加速度计的测量，经过陷波滤波器处理后得到各轴向的估计力矩，将其作为卡尔曼滤波器的输入。仿真结果表明，对于柔性飞行器，采用所提出的状态估计及控制方法，可以保证姿态跟踪误差在0.5°以内。

固体火箭发动机矩形粘接试件多角度拉伸过程变形测量与破坏模式

伍鹏， 李高春， 韩永恒， 赵汝岩， 谭洁， 刘著卿

2020, 41(11):  2234-2242.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.010

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为了研究固体火箭发动机矩形粘接试件多角度拉伸过程的变形特点与破坏模式，按照航天行业标准QJ 2038.1A—2004制作了矩形标准试件，对其分别进行了0°、22.5°、45°、67.5°、90°角度拉伸试验。采用数字图像相关方法对拉伸过程试件变形进行测量，获得了多角度拉伸条件下粘接试件应变场分布；分析45°单角度拉伸条件下粘接试件破坏模式与多角度拉伸过程试件的应变演化规律。研究结果表明：0°拉伸时粘接试件强度最大，90°拉伸时伸长率最大；界面尚未脱粘时粘接试件的应力随外界拉伸应变的增大而线性增大，界面脱粘后应力随拉伸应变的增大而开始下降；界面法向方向的变形更容易导致界面的脱粘；拉伸角度的变化使界面关键位置发生不同程度的变形，造成粘接试件不同的破坏模式。

多层复合装药爆炸冲击波信号能量谱

洪晓文， 李伟兵， 李文彬， 徐赫阳， 李军宝

2020, 41(11):  2243-2251.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.011

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为研究多层复合装药爆炸冲击波在不同频段内的能量谱特性，进行了不同长径比多层复合装药的爆炸试验。利用小波包分析原理分析爆炸试验测得的冲击波压力信号，获得不同长径比复合装药的冲击波压力信号能量谱，得到了不同频段内冲击波压力信号的能量谱特征规律。结果表明：复合装药的冲击波能量谱值随装药长径比的增加而增加，冲击波能量主要集中在低频段，不同长径比复合装药爆炸冲击波具有不同的能量分布且各频段的能量差异明显；近距离及大长径比复合装药爆炸冲击波的低频段能量具有较大的能量增长百分比，内外同时起爆时多层复合装药的冲击波压力信号总能量是中心起爆的1.55倍。研究结果可为复合装药结构下毁伤威力可控战斗部的设计及毁伤效能评估提供参考。

超短波多径信号相关干涉仪测向算法

高婕， 牛刚， 杜太行， 雷正伟

2020, 41(11):  2252-2259.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.012

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测向系统是开展无线电管理工作必不可少的工具之一，其中超短波无线电测向系统经常受到多径传播的影响而导致其实际性能严重下降。基于广泛使用的相关干涉仪软件和硬件系统，提出了一种存在多径传播情况下的测向算法。该算法将参考阵元与选通阵元的电压信号的互相关值分解为稀疏表示形式，并将多包测量数据获得的互相关值以联合稀疏表示的形式进行求解。计算机仿真和暗室实验验证了该算法的性能。与传统相关干涉仪算法相比，所提算法可以在直达径与非直达径的功率相近时仍可正确测向，且可以同时给出直达径和非直达径的方向，提高了相关干涉仪技术对于多径传播的适应性。

虚假数据注入攻击下的自适应补偿控制

李小杭， 张志虎， 宋春林， 吴强， 董方勇

2020, 41(11):  2260-2265.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.013

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针对信息物理系统的虚假数据注入、执行器受到攻击问题，提出系统执行器在受到常值虚假数据注入攻击与有界时变虚假数据注入攻击时的自适应补偿控制器设计方法。自适应补偿控制算法应用于虚假数据注入攻击中，所设计的自适应律具有收敛速度快、估计参数准确等优点。该补偿控制算法能够基本上补偿虚假数据注入攻击产生的影响，可以证明最终闭环系统的所有信号是有界的并且系统状态能够渐近收敛到0. 仿真实例验证了状态反馈自适应补偿控制器的有效性。

基于DSP2812的半导体激光器恒功率系统

谭立龙， 王鹏， 仲启媛， 张翠

2020, 41(11):  2266-2273.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.014

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针对样机陀螺仪中由于半导体激光器功率变化带来的寻北精度降低问题，设计一种基于位置敏感探测器控制的稳恒功率控制系统。其原理是：在阈值电流以上，激光器的输出功率具有与驱动电流呈正比的特性，设定基准电流，以测定电流与基准电流的差值作为反馈信号；在满足设计要求情况下，尽量减少元器件等硬件的使用，提高系统可靠性；软件设计上利用差值电流实现负反馈。通过软件与硬件结合的方式实现对激光器功率的稳恒控制。实验结果表明：与不增加功率稳恒电路相比，新的控制方式使激光器输出功率稳定度提高了50%，基本保持在4.65 mW；陀螺仪寻北精度提高大约70%，极大改善了陀螺仪的寻北性能。

基于广义随机Petri网的鱼雷系统级测试性参数确定方法

孙亚平， 李宗吉， 张宁， 孙强， 孙玉臣， 汤建林

2020, 41(11):  2274-2280.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.015

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在装备论证阶段，提出科学合理的测试性指标要求，可以有效指导测试性设计。目前鱼雷武器系统还缺乏有效的测试性参数定量分析方法，在综合比较现有各种测试性需求分析模型的基础上，提出了一种基于广义随机Petri网的测试性建模方法。通过构建鱼雷武器系统基层级维修保障流程的广义随机Petri网模型，得到状态可达图，并利用同构法，求解了测试性参数与可用度之间的关系；以可用度和平均故障修复时间为设计指标，对国外某型鱼雷的测试性参数进行了求解，并利用Petri网 建模工具PIPE4.3.0软件进行了仿真分析，验证了模型和算法的有效性。

石墨微胶囊改性超高分子量聚乙烯舰船水润滑尾轴承复合材料的摩擦学性能

杨振祥， 郭智威， 袁成清

2020, 41(11):  2281-2291.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.016

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舰船水润滑尾轴承用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料在低速重载工况下常出现严重磨损，填充石墨能够提高材料的自润滑性，但会因团聚效应难以共混均匀，将石墨微胶囊化可提高分散性。通过复乳液法制备芯材为石墨、壁材为脲醛树脂的微胶囊，与UHMWPE共混制成复合材料，并制备石墨共混材料作为对照组。在载荷为0.6 MPa、转速分别为150 r/min和250 r/min的工况下测试复合材料的摩擦磨损性能；利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损面形貌，分析磨损机理。结果表明：石墨微胶囊在基体材料中具有良好的分散性，能够降低材料的摩擦系数并且使摩擦系数变化更为稳定；适量的石墨微胶囊能改善磨损面形貌，降低磨损量；试验中微胶囊含量为5%的材料摩擦学性能最好，150 r/min时摩擦系数为0.110，与纯UHMWPE相比降低了23.61%.

基于电磁力滤波的潜载定向能随动系统振动控制

刘宗凯, 李占江

2020, 41(11):  2292-2302.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.017

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潜航器在潜行时，由于来流和艇体的相互作用，潜航器及其所搭载的光电跟瞄系统会受到外界流场的扰动，使其产生不同频率和幅度的振动。通过壁面电磁流体边界层控制来抑制光电跟瞄系统的流致噪声，估计目标处能量累积控制效果。基于有限体积方法，分析雷诺数1×10⁷条件下同时具有6°偏航角和10°俯仰角的潜航器在有无流向电磁力控制时的流体动力学特征；对复合轴控制过程中直流力矩电机和快速反射镜两个执行机构进行建模并推演了系统的传递函数；大地坐标系下的潜航器力矩扰动通过坐标变换的方式转化到光轴坐标系下，将其作为扰动输入给复合轴控制系统，进一步用MATLAB仿真估计电磁力优化滤波方式对复合轴输出误差的补偿与控制效果。结果显示，电磁流体控制能改变艇体壁面的流场结构，抑制高频扰动涡，且能有效地增强目标区域内光斑的能量累积密度。

基于混合神经振荡器的爬行四足机器人运动协调控制

刘志成， 郑莉芳， 王旭

2020, 41(11):  2303-2312.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.018

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中枢神经模式振荡器常用于多足机器人运动协调控制。为实现含有主动柔性躯干的爬行四足机器人运动协调控制，构建一种混合神经振荡器。该振荡器利用Hopf振荡器和Kuramoto振荡器对机器人四肢和躯干进行协调控制，并通过建立二者之间的耦合关系实现四肢与躯干的协调运动。利用仿真平台搭建爬行四足机器人虚拟样机，对静走步态、对角步态以及两种步态间柔顺切换分别进行直线运动仿真，同时对该协调控制进行可行性验证，获得虚拟样机运动图像以及其足端轨迹曲线。仿真结果表明：该混合神经振荡器可实现机器人的静走与对角步态直线运动；通过建立静走和对角步态下四肢与躯干之间的协调关系，并改变机器人各腿部振荡器之间的相位差，能进行两种步态之间的柔顺切换。

7.62mm手枪弹高速冲击下超高强钢塑性强化机理

李潭， 王璋， 李照昌

2020, 41(11):  2313-2319.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.019

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超高强钢越来越广泛地应用于军事车辆、装备防护等领域。为分析超高强钢在弹头高速冲击作用下的塑性变形及变形机理，开展了7.62 mm手枪弹高速冲击超高强钢靶板试验研究。运用曲面重构方法测量和计算超高强钢的延伸率和断面收缩率，并对超高强钢微观组织进行分析。结果表明：在10⁴ s^-1应变率下超高强钢塑性变形能力与静态拉伸试验结果相比显著提升；其变形机制由静态拉伸下的单一位错滑移运动，变为孪生和滑移协同作用；同时，超细晶粒和均匀弥散的强化相使得在高速冲击下晶粒塑性变形充分，进一步提高了超高强钢在弹头高速冲击作用下的塑性性能。

钛合金表面化学气相沉积钼复合涂层制备工艺

程文涛， 马捷， 魏建忠， 李洪义， 吴龙

2020, 41(11):  2320-2325.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.020

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在钛基体表面制备结合良好的钼涂层，提高钛合金耐蚀、耐磨性能，为进一步制备二硫化钼、二硅化钼涂层提供基础。采用磁控溅射、化学气相沉积(CVD)等方法在钛上制备出钼复合涂层；测试分析磁控溅射、CVD等方法制备钼复合涂层与钛基体的结合力；对钼复合涂层的结构、成分、组织形貌、硬度、耐磨性等进行分析。研究结果表明： 钛基体上磁控溅射铜后CVD钨进而CVD钼，复合涂层临界载荷提升至168.5 N，表面硬度提升至649.3 HV，磨损率从0.035%降到0.007 3%；在钛合金表面利用磁控溅射铜与CVD钨相结合的方式制备的铜/钨复合过渡层可有效防止沉积钼过程中钛基体表面发生氢脆和侵蚀，使钼涂层与钛基体的结合力显著提高，钛基表面硬度和耐磨性明显增强。

基于频率域三维等效源的磁梯度张量转化方法

李金朋, 范红波, 张英堂, 李志宁, 尹刚, 孙富成

2020, 41(11):  2326-2337.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.021

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针对传统空间域条件下等效源计算方法中存在参数设计复杂、受噪声影响较大的问题，提出基于频率域等效源的磁梯度张量正则化转化方法。给出基于频率域地下水平长方体层的磁梯度张量正演理论，为频率域的反演计算提供理论基础；构建频率域三维等效源，并利用迭代法自适应确定地下网格划分深度与精度，实现计算过程的自动化。采用C范数正则化选择方法对地下等效源模型的磁梯度张量数据进行正演计算，提高了计算结果的稳定性。仿真和试验结果表明，在噪声条件下，该方法能够准确还原磁性异常体的磁梯度张量数据，具有较好的抗噪性以及计算效率。

基于交叉效率排序多目标进化算法的备件供应优化

王亚东， 石全， 尤志锋， 王芳， 夏伟

2020, 41(11):  2338-2346.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.022

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为了对备件供应网络进行优化并制定最优供应方案，以缩短总供应时间、减少供应成本和降低中断风险为目标，以备件满足度、库存容量等为约束建立了多目标优化模型。基于交叉效率排序多目标进化算法求得模型的非支配解集，同时决策出最优解。优化过程中采用改进数据包络分析计算各最优解的二次目标交叉效率，指导算法朝最优效率个体收敛，对求得的非支配解进行排序从而选择出最优方案。算例表明：通过交叉效率排序多目标进化算法优化得到了13个互不支配的备件供应方案，且确定了交叉效率为0.927 8的方案为最优方案；新算法优于未采用排序和采用自评效率排序的多目标进化算法。

综述

掺杂光敏物质用于降低火工药剂激光发火阈值研究进展

冯长根， 刘柳， 覃文志， 周阳， 何碧， 甘强

2020, 41(11):  2347-2361.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.023

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在激光火工品研究领域，掺杂光敏物质是降低火工药剂发火阈值的核心技术之一。主要围绕近年来激光点火/起爆药剂研究中的光敏物质，包括炭黑、碳纳米管、氧化石墨烯、近红外吸收染料、金属纳米颗粒，梳理了各自的结构与光学特性之间的构效关系，归纳总结了掺杂光敏物质在火工药剂中用于激光点火研究取得的重要进展，分析了掺杂浓度、掺杂方式对发火性能影响的基本规律。通过对比发火阈值获得了光敏效果的初步排序，即以金纳米棒为首的金属纳米颗粒的光敏效果最佳，炭黑、碳纳米管、碳纳米粉、近红外吸收染料相继次之，并且建议未来需加强激光点火和材料研究领域交叉融合，提高研究系统性、普适性、可比性。

研究简报

装甲装备在铁路输送时解决超限的加高方案

钱润华， 王桥， 洪乃斌， 付磊， 陶治

2020, 41(11):  2362-2368.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2020.11.024

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目前列装部队的装甲装备在铁路输送时普遍存在下部宽度超限问题，为此采用配套装置的加高方案，把装甲装备装载位置加高到我国铁路下部宽度限界以上，充分利用我国铁路中部最大限界宽度，达到使装备在铁路输送时不超限的目的。建立坐标系，推导出计算点是否超限的判定表达式，并进行计算点超限判定；根据超限装备加高后装载轮廓尺寸、限界基本轮廓和重车重心高等约束条件，计算出装备不超限时加高高度的取值范围；通过分析装备加高装载后列车的倾覆稳定性，验证了加高方案解决装甲装备在铁路输送时超限问题的可行性。