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2023年 第44卷 第4期    刊出日期：2023-04-28

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反潜战斗部对耐压壳结构的毁伤威力评估方法与实验

王树山, 桂秋阳, 卢熹, 贾曦雨, 高源, 梁策

2023, 44(4):  919-928.  doi:10.12382/bgxb.2021.0871

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针对反潜(鱼雷/深弹)战斗部多类型、水下爆炸多效应以及目标结构多样式等特点,研究归一化的战斗部毁伤威力表征与评估方法。基于最具代表性的艇体结构(耐压壳)毁伤,综合考虑大变形、撕裂破口和聚能穿孔等效应,提出一种通过综合毁伤威力指数量化表征并评估战斗部毁伤威力的方法,适用于各种典型反潜战斗部以及典型单层、双层壳体结构。设计模拟单层、双层壳体结构的毁伤效应靶标,进行爆破、聚能和聚爆3种模拟战斗部的海上试验,分别获得了3种战斗部对两种壳体结构的综合毁伤威力指数,并据此完成了量化对比与分析。研究结果表明:所提评估方法可量化给出同一战斗部对不同艇体结构,以及不同战斗部对同一艇体结构的毁伤威力差别;同等条件下,爆破和聚能战斗部分别对单层、双层壳体靶标具有相对更大的毁伤威力,聚爆战斗部对两种类型结构靶标伤威力均优于单纯的爆破或聚能战斗部; 不同战斗部对双层壳体靶标较单层壳体靶标的毁伤威力均有所下降,其中爆破战斗部下降90%以上,聚爆战斗部下降近80%,而聚能战斗部下降只有不到20%。

机场跑道内爆炸毁伤效应及工程化函数模型

胡榕, 姜春兰, 卢广照, 王在成, 毛亮

2023, 44(4):  929-939.  doi:10.12382/bgxb.2022.1220

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针对反跑道弹药战斗部对机场跑道内爆毁伤效应评估的需求,为系统开展机场跑道在装药内爆载荷作用下的毁伤效应研究与构建工程函数模型,在量纲分析的基础上开展不同装药质量、不同装药埋深下的机场跑道内爆毁伤实验和数值仿真,探究装药量和装药埋深对机场跑道毁伤形态以及毁伤场参数的影响规律。研究结果表明:装药量一定时,有效毁伤半径R_ed随装药埋深的增加呈先增大、后减小的趋势;装药埋深一定时,毁伤效应参量随装药量的增加而增大;装药量和装药埋深的最适匹配可达到理想的毁伤效果。基于实验与数值仿真研究获得的弹坑形态和裂纹特征与跑道内爆炸作用机理分析,提出将毁伤模式和毁伤场特征参量相结合的评估方法来有效表征多层混凝土介质内爆毁伤效应,采用敞坑、隆起和隐坑3种毁伤模式来描述跑道的破坏形态,采用特征参量弹坑半径R_c、有效毁伤半径R_ed、最大爆腔半径R_ic,以及弹坑深度H定量描述跑道内爆毁伤场区域;结合大量仿真和实验数据拟合得到机场跑道内爆毁伤模式和毁伤场特征参量的工程化函数模型,可对机场跑道内爆毁伤效应进行快速预测。

基于MEMS激光雷达的车辆目标识别算法

霍健, 陈慧敏, 马云飞, 郭鹏宇, 杨旭, 孟祥盛

2023, 44(4):  940-948.  doi:10.12382/bgxb.2021.0822

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针对传统线阵激光雷达对地面目标识别准确率低的问题,设计一种基于MEMS激光雷达推扫成像点云识别算法。引入直通滤波和栅格分割算法缩减原始点云数据,有效提高算法的运算速度。结合MEMS激光雷达点云有序化处理方法,提出基于数学形态学的点云聚类算法,将去除地面后的点云分割为相互独立的点云簇。在此基础上使用自适应阈值的分布直方图去噪算法,去除点云簇周围的离群噪点。设计多特征复合判据,直接处理聚类去噪后的三维激光点云,实现对目标的准确识别。分析典型实验条件下的数据处理结果,识别准确率达到了94.9%,表明该方法具有良好的泛化能力和准确性。

基于多域特征融合的通信辐射源个体识别方法

王检, 张邦宁, 张洁, 魏国峰, 郭道省

2023, 44(4):  949-959.  doi:10.12382/bgxb.2021.0880

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为解决利用单一特征进行通信辐射源个体识别识别率不高的问题,提出一种基于多域特征融合的通信辐射源个体识别方法。提取通信辐射源发射信号的多个变换域特征,并组合这些特征为多域特征。构建多通道卷积神经网络,利用多通道卷积操作对多域特征进行深层次提取。通过神经网络的分类器,完成对通信辐射源个体的分类。在低信噪比和瑞利信道条件下,使用所提方法对20个CC2530设备进行识别。研究结果表明:与基于单一特征的辐射源个体识别方法相比,该方法充分利用了通信辐射源发射信号的多个变换域特征,结合神经网络的强大细微特征挖掘能力,实现了对通信辐射源个体的有效识别;该方法能够显著提升在低信噪比的识别准确率和时效性,在0dB条件下的识别效果仍可达到91.01%。

基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制

卢佳兴, 刘海鸥, 关海杰, 李德润, 陈慧岩, 刘龙龙

2023, 44(4):  960-971.  doi:10.12382/bgxb.2022.0009

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为解决定参数轨迹跟踪控制器工况适应性差的问题,基于改进粒子群优化(IPSO)、多层感知机(MLP)算法,设计一种双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制算法。离线状态下,基于采集的实车数据,以轨迹跟踪的高精度、高稳定性、低时间成本为目标,利用IPSO算法构建了不同运动基元下的最优参数组合数据集,并以运动基元类型和车速等为特征向量,控制时域长度、时间步长为标签,采用学习率自适应优化算法完成MLP神经网络模型的训练。在线状态下,根据规划层下发的轨迹信息和车辆状态反馈信息,由MLP神经网络输出预测的最优控制时域长度和控制时间步长,作为双参数输入到模型预测控制算法中,完成自适应轨迹跟踪控制。基于ROS-VREP的联合仿真和基于双侧独立电驱动履带平台进行实车试验。研究结果表明,在包含大曲率转向的综合工况下,与相同计算时间成本的定参数轨迹跟踪控制算法相比,所设计的轨迹跟踪控制器横向偏差均值、航向偏差均值以及转角变化率均值分别降低了30.5%、17.2%、7.8%,证明了算法的可行性和有效性。

多模态告警和认知负荷对装甲车辆乘员反应的影响

孙晓东, 金晓萍, 解芳, 孙厚杰, 郑思涓

2023, 44(4):  972-981.  doi:10.12382/bgxb.2022.0018

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为探究敌车方向的多模态告警对不同认知负荷水平下装甲车辆乘员反应的影响,招募20名成年男性开展告警类型和认知负荷水平双因素工效学实验。基于装甲车辆乘员任务虚拟仿真实验平台,面向装甲车辆乘员某一假定作业任务,针对敌车方向对不同认知负荷水平下的乘员进行告警。实验结果表明:相比视觉告警,包含触觉的多模态告警更容易使乘员理解且更符合乘员的认知状态,显著减少了乘员的反应时间、歼敌时间和反应错误率;相比低认知负荷水平,高认知负荷水平下乘员的信息理解能力显著下降,反应时间、歼敌时间和反应错误率显著增加;在视觉通道信息量过载或认知负荷增大时,可采用多模态告警来加快乘员的反应时间,提升作战绩效。该研究可为装甲车辆舱室多模态人机交互告警设计提供理论依据。

非均匀氢气/空气混合物中一维爆轰波的振荡特性

郗雪辰, 杨鹏飞, 王宽亮

2023, 44(4):  982-993.  doi:10.12382/bgxb.2021.0804

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波前介质的非均匀性对气相爆轰的传播影响显著,但二者的相互作用机制尚不明确。采用两步诱导-放热反应模型研究一维氢气/空气爆轰波在非均匀介质中的传播特性,分析了扰动波长对不同振荡模态爆轰波的影响规律。研究结果表明:爆轰波的固有振荡频率与扰动频率越接近,其内在不稳定性越容易被激发,表现出更不规则的振荡行为;扰动影响下的爆轰波存在两种压力振荡支配机制,对弱不稳定爆轰波,压力振荡由外界扰动主导,其振荡主频与扰动频率一致,对强不稳定爆轰波,压力振荡由内在不稳定性主导,是无主频的低频振荡,扰动仅起到增大振幅的作用;施加外界扰动时,常压和高空状态下的爆轰波均具有上述振荡特征,进一步佐证了外界扰动调控爆轰波传播特征的可行性。

加工参数对T800碳纤维增强复合材料铣削质量的影响

高航, 兰宝华, 许启灏, 陈亮子, 肖光明

2023, 44(4):  994-1005.  doi:10.12382/bgxb.2021.0857

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增大层厚和增加牺牲层加工工序,是控制大型航空碳纤维复合材料构件形变和装配精度的重要手段,然而如何对其牺牲层进行大余量高效铣削的同时确保无撕裂分层损伤面临挑战。表面柔软的玻璃纤维保护层和内部坚硬的碳纤维复合材料牺牲层因二者的材料性能差异较大,在铣削加工过程中很难同时确保二者均无毛边和分层。为此以某大型航空构件使用的T800碳纤维增强复合材料侧面铣削为例,开展了加工参数对材料铣削质量的影响试验研究,通过分别对硬质合金玉米铣刀、金刚石涂层铣刀、碳纤维专用复合铣刀和双刃聚晶金刚石铣刀4种不同结构形式刀具的铣削力、铣削温度以及加工表面粗糙度进行试验研究,分析了不同加工参数对表面加工质量的影响。试验结果表明:加工表面毛边高度随主轴转速的增加有减小的趋势,随进给速度和径向切深的增加有增大的趋势;较高的铣削温度会引起不同方向的纤维断裂位置发生偏移,导致加工表面粗糙度增大;采用锋利的刃形和多微刃铣削方式,在确保内部碳纤维增强复合材料加工质量的前提下,能够显著改善加工表面的毛边现象,使用左右旋微刃结构的刀具可以使铣削过程更加稳定。

扫频式干扰对超宽带无线电引信干扰机理

董二娃, 郝新红, 闫晓鹏, 于洪海

2023, 44(4):  1006-1014.  doi:10.12382/bgxb.2022.0088

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针对超宽带引信实施干扰,需要在分析超宽带引信的工作原理、瞄准式干扰与扫频式干扰信号特征基础上,构建干扰信号与超宽带无线电引信交互作用模型。以信干比增益为表征参量,解析推导干扰信号作用下超宽带引信从接收干扰信号到接收机相关输出部分的处理增益,并进行仿真实验,理论计算、仿真结果与实验室静态对抗实验结果相吻合。研究结果表明:与点频干扰相比,扫频调幅类干扰是对超宽带无线电引信成功实施干扰的有效敏感波形样式,其中正弦波调幅类干扰效果最优;通过合理设置扫频式干扰参数,可以有效提高干扰效果。

薄壁钛合金T形接头摆动激光填丝焊组织与性能

武鹏博, 徐锴, 黄瑞生, 杨义成, 邹吉鹏, 曹浩

2023, 44(4):  1015-1022.  doi:10.12382/bgxb.2021.0894

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在摆动激光填丝焊接中,热输入是影响焊接接头组织与性能的关键因素,因此开展热输入与组织和力学性能的相关性研究,为进一步提高薄壁钛合金接头的力学性能提供数据支撑及相关理论依据。采用摆动激光填丝焊对2mm厚的TC4钛合金T形接头进行焊接试验,对比分析不同位置的微区组织与力学性能。研究结果表明:焊缝表面成形良好,无未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷;焊缝组织主要由α'马氏体和初生β相组成,并有少量的孪晶和位错产生;热影响区主要由母材中未发生相变的α相和α'马氏体组成;焊接接头硬度值在286~413HV之间浮动,其中焊缝区硬度值最高,与母材相比硬度值约提升38%,随着焊接热输入增大,相变生成α'马氏体越多,显微硬度增大;焊接接头平均抗拉强度为1076MPa,略高于母材,拉伸试件断裂位置为母材,断口呈现出韧性断裂特征;焊接接头平均剪切强度为679MPa,剪切试件断口起裂位置为焊缝内部,焊缝区断口呈沿晶断裂特征,热影响区断口呈解理和准解理穿晶断裂特征。

反无人机图像导引头远距空中目标探测技术

赵飞, 娄文忠, 冯恒振, 苏子龙, 汪金奎, 宣炜琨

2023, 44(4):  1023-1033.  doi:10.12382/bgxb.2021.0873

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以低成本反无人机制导弹药为研究背景,开展针对远距无人机目标探测的研究工作,并设计一种局部视觉显著聚类测量算法。将局部对比测量思想引入可见光图像中,通过度量局部成像域的光谱聚类性实现对目标的检测,更具体的是度量局部像域的平均光谱值与相邻像素光谱值的最小距离。为解决多尺度目标问题,设计相应的多尺度滑窗测量方法。对原始RGB图像帧进行分频中值滤波,将滤波后的RGB图像转换到Lab颜色空间;通过滑窗模型进行无人机成像域搜索;使用显著性检测方法度量光谱差异性,得到显著测量图;利用阈值化算法获得潜在无人机目标的像素位置。根据无人机目标成像条件,开展远距无人机图像数据集的实地拍摄和人工合成工作。定性实验结果表明局部视觉显著聚类测量算法可在复杂背景下将小尺度无人机辨识,定量实验结果表明该算法的检测准确率可达到100%。

不同持续射击发数对火炮身管寿命的影响

许耀峰, 王军, 刘朋科, 朱文芳, 杨雕

2023, 44(4):  1034-1040.  doi:10.12382/bgxb.2021.0852

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火炮在服役过程中,面临不同弹种、不同装药(强装药、全装药、减装药、高温装药等),以及快速持续射击与性能检验射击,因此有必要研究不同弹种、不同装药及不同持续射击发数对火炮身管寿命的影响。目前身管寿命评定主要通过国家军用标准等效折算系数将不同弹药类型射弹数等效折算为标准弹药或规定配比的标准弹药,但现有国家军用标准身管寿命等效折算方法仅包含膛压、初速两个因素,未考虑持续射击发数对身管寿命的影响,导致无法有效评估火炮不同持续射击发数下的身管寿命。基于阿伦尼乌斯方程研究身管材料热化学烧蚀模型,分析发现不同持续射击发数对身管寿命具有重要影响,火炮持续射击发数越多,火炮身管寿命越低。通过对比某火炮不同持续射击发数下身管寿命仿真与试验结果,验证了身管热化学烧蚀模型对预测不同持续射击发数下火炮身管寿命的准确性。

基于高斯-拉普拉斯滤波的增强局部对比度红外小目标检测算法

马鹏阁, 魏宏光, 孙俊灵, 陶然, 庞栋栋, 单涛, 蔡志勇, 刘兆瑜

2023, 44(4):  1041-1049.  doi:10.12382/bgxb.2021.0767

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针对单帧图像红外小目标检测算法在低空复杂背景下虚警率高的问题,提出一种基于高斯-拉普拉斯(LOG)滤波的增强局部对比度算法来检测低空复杂背景下的红外小目标。通过LOG滤波运算快速提取候选目标像素,同时通过像素灰度指数运算增强目标。根据局部区域目标与背景的灰度特征计算目标显著图,通过自适应阈值分割提取目标。针对不同的低空复杂场景,构建了测试数据集,从信噪比增益、背景抑制因子、检测率、虚警率及算法计算效率方面将所提算法与Top-Hat算法、Max-median算法、RLCM算法、IPI算法及MPCM算法进行对比分析。实验结果表明,在不同场景中,所提算法相较于对比算法不仅具有较高的信噪比增益和背景抑制因子,而且具有较高的检测率、较低的虚警率和较高计算效率,验证了该算法的有效性和鲁棒性。

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

沈超, 张磊, 周章涛, 刘建湖

2023, 44(4):  1050-1061.  doi:10.12382/bgxb.2022.0037

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以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型,依药量和爆距不同进行 7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程,收集试验产生的飞片,并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析,验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明:板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片,飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系;爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势;当爆距大于2倍装药半径后,不同药量在相同的距径比下,板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。

火炮自动装填系统摆动机构的运动精度可靠性与灵敏度

翟文宇, 钱林方, 陈光宋

2023, 44(4):  1062-1070.  doi:10.12382/bgxb.2021.0868

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为高效准确地分析某自动装填系统摆动机构的运动精度可靠性,并分析其尺寸参数的可靠性灵敏度,构建摆动机构运动学模型。考虑摆动机构尺寸误差以及铰接间隙的影响,利用稀疏网格数值积分方法获得运动学响应变量的前4阶统计矩,通过鞍点估计方法得到运动学响应变量的概率密度函数,获得某自动装填系统摆动机构运动精度可靠度,并以此为条件通过计算得到尺寸参数的可靠性灵敏度分析结果。研究结果表明:新方法的计算结果能够较好地吻合蒙特卡洛方法获得的结果,且所需样本点较少,验证了方法的有效性,同时计算所得的摆动机构运动精度的失效概率较小,运动精度可靠性较高;主动臂长度对运动可靠性影响较大,其余参数影响较小,为摆动机构基于可靠性的设计提供了参考。

机载光电跟踪系统的自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制方法

高雨轩, 侯远龙, 高强, 侯润民

2023, 44(4):  1071-1085.  doi:10.12382/bgxb.2022.0890

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机载目标跟踪系统由于受到外部干扰、内部参数摄动和未建模动态等扰动的影响,使跟踪控制分系统设计面临巨大的挑战。以两轴四框架的光电稳定平台为对象研究抗扰动控制方法,针对自抗扰控制的扰动补偿一般留有扰动残差和滑模控制会引入较大抖振的问题,设计一种自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制的方法。利用线性扩张状态观测器来估计总扰动量并在控制端进行补偿,从而允许设计滑模控制的控制率时采用较小的滑模切换增益,并通过设计快速非奇异终端滑模面得到控制率,加快系统收敛的同时避免非奇异现象。数值仿真结果表明,该组合控制方法在外部扰动和模型不确定性的影响下,可以实现快速收敛与高跟踪精度的同时引入较小的抖振,并且实现了机载目标跟踪系统需求的快速响应性能,验证了这个组合控制方法的有效性。

爆轰不稳定性及初始压力对螺旋爆轰轨迹角的影响

赵焕娟, 刘克庆, 庞磊, 刘婧, 林敏, 董士铭

2023, 44(4):  1086-1096.  doi:10.12382/bgxb.2021.0860

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为研究爆轰不稳定性及初始压力对螺旋爆轰轨迹角的影响,开展了预混气螺旋爆轰实验研究。利用内径63.5mm、长4m的爆轰管道系统对4组预混气(气体Ⅰ:2H₂+O₂+50%Ar,气体Ⅱ:C₂H₂+2.5O₂+85%Ar,气体Ⅲ:C₂H₂+5N₂O,气体Ⅳ:CH₄+2O₂)进行爆轰实验;采用烟膜技术记录螺旋爆轰波的胞格结构,测量不同预混气在不同压力下右旋、左旋横波与管轴形成的轨迹角α⁺、α^-,分析轨迹角的变化、初始压力以及爆轰不稳定性对其影响。实验结果表明:4种预混气的螺旋爆轰轨迹角均位于30°~50°范围内;爆轰不稳定性相对较弱的气体(气体Ⅰ,气体Ⅱ,气体Ⅲ),轨迹角测量值与声学理论计算得到的理论值吻合度较好,不稳定性强的气体(气体Ⅳ),测量值与理论值吻合度较差;4种预混气的轨迹角离散度大小及变化趋势与壁面胞格离散度一致;随着初始压力增大,4种预混气的轨迹角均明显减小,减小幅度相近,且在高频螺旋阶段,初始压力比爆轰不稳定性对轨迹角的影响作用更强。

超声波测量大尺寸固体火箭发动机燃速的关键技术

孙得川, 贤光

2023, 44(4):  1097-1106.  doi:10.12382/bgxb.2021.0805

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确定固体火箭发动机工作时的真实燃速是发动机研制中的难题,而利用超声波测量是目前比较可行的方案。综述了利用超声波测量动态燃速和大尺寸发动机燃速的相关技术,并针对低频超声波开展了钢壳体/推进剂组合件的静态试验和钢壳体固体发动机热试车试验验证。通过综述和试验验证指出采用低频超声波是测量大尺寸固体发动机燃速的最可行的方案,提出进一步的研究方向是优化探头布置方案,并给出超声数据处理的建议。

基于区间不确定性参数辨识的某软后坐火炮发射过程建模

郭书奇, 侯保林

2023, 44(4):  1107-1117.  doi:10.12382/bgxb.2021.0885

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火炮软后坐发射技术是降低火炮发射后坐力的重要途径。为研究影响软后坐火炮的工作特性,以某软后坐火炮为研究对象,提出一种新型中心流口与变深度筒壁沟槽结合的多流口制退机结构,并通过CFD流体仿真,建立结合流量分配特性的制退机的伯努利方程,提高了制退机的模型精度。以此为基础,又根据区间不确定性理论与遗传算法,以一发实测数据对该软后坐火炮的典型参数进行不确定性参数辨识,建立软后坐火炮发射过程的不确定性参数辨识模型。采用辨识结果的仿真结果与试验数据的相似度可达92.78%。另外,通过第2、第3发试验的对比验证,对应的仿真结果与发射试验结果相似。综合辨识与验证结果来看,结果较好地反映了两种试验工况下的发射过程,表明了建模准确,辨识结果有效,为软后坐火炮系统的设计提供理论指导。

Al/Ti基纳米复合燃料热反应性及燃烧性能

杨素兰, 张皓瑞, 聂洪奇, 严启龙

2023, 44(4):  1118-1125.  doi:10.12382/bgxb.2022.0132

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为有效促进Al/Ti金属间反应,利用高能球磨法制备Al/Ti@AP/NC和Al/Ti@PVDF/CL-20两种核壳型复合燃料。采用扫描电子显微镜评估复合颗粒的包覆效果,利用综合热分析仪研究复合燃料的热反应性能,通过氧弹燃烧仪测试复合燃料的能量性能,借助综合燃烧诊断系统研究复合燃料的燃烧特性,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究Al/Ti基复合燃料燃烧产物的形貌及成分。研究结果表明:采用高能球磨法可使含能复合物均匀包覆在Al/Ti表面;Al/Ti的加入促进了含能复合物分解,同时含能复合物包覆增强了Al/Ti金属间反应、提高了燃料的火焰传播速度和燃烧波温度;尤其是采用AP/NC含能复合物为包覆层的复合燃料,其火焰传播速度(246.6mm/s)较相同配方未包覆含能复合物的Al/Ti(23.5 m/s)增加了9.5倍,燃烧波温度(1703.2℃)较Al/Ti(1069.3℃)提高了59.3%。复合燃料凝聚相燃烧产物成分取决于包覆物元素组成,凝聚相燃烧产物主要包含AlTi₂C和Ti(O_0.19C_0.53N_0.32),表明在燃烧过程中Al/Ti与含能复合物发生了化学反应。

航行体水下高膛压与高速发射载荷特性

刘越, 赵子杰, 戴琪, 王安华, 张辉

2023, 44(4):  1126-1138.  doi:10.12382/bgxb.2021.0802

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水下高膛压高速发射航行体后形成的多相流场复杂多变,产生的载荷影响尚未明确。针对某小口径水下航行体高膛压、高初速冷发射过程,开展发射载荷特性研究,分析航行体发射过程中内弹道阶段、溢出燃气与水相互作用阶段、水锤效应阶段的流场特性与力学特点。基于多相流模型和动网格方法,建立航行体水下高速冷发射过程数值模型,进行气-汽-液多组分数值仿真,对不同时期发射筒的载荷特性及其成因进行分析。研究结果表明:水下航行体高速发射载荷主要来源于内弹道过程与水锤效应,航行体出膛后筒内燃气溢出造成的低压区产生载荷较小;与低膛压、低初速发射工况不同,高膛压发射工况下筒内气体高速大量溢出,水锤效应压力峰值的幅度衰减明显。

一维慢速烤燃模型点火点位置及其温度的理论计算

张坤, 智小琦, 肖游, 王帅

2023, 44(4):  1139-1147.  doi:10.12382/bgxb.2022.0599

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为理论分析凝聚炸药慢速烤燃过程,及为烤燃研究奠定理论基础,根据炸药的热传导理论方程,利用叠加原理和分离变量法,将炸药非反应性热传导项与自热反应热传导项拆分,推导得到凝聚炸药一维慢速烤燃模型的温度分布解析解。计算并分析自热反应温度最高值所在位置随加热时间的变化规律以及自热反应温度最高值及温度梯度随厚度的变化规律。根据慢烤试验结果,对温度沿轴向的分布情况进行验证;利用数值计算方法对药柱烤燃的点火点位置、点火温度及时间进行验证。研究结果表明:理论确定的点火点位置与试验测量的点火点位置相符,理论确定的计算结果与数值计算结果吻合;对于一维RDX炸药,自热反应最高温度所在位置的变化从始至点火不足2%,即炸药自热反应的最高温度所在位置在烤燃过程中几乎不变;且当炸药厚度达到0.3m后,随着炸药厚度的增加,点火点位置至边界的距离趋于恒定值 0.015m,炸药内部温度梯度相似。

水下声波异常透射水-空气界面特性

强伟, 李宁, 黄孝龙, 康杨, 李灿, 翁春生

2023, 44(4):  1148-1157.  doi:10.12382/bgxb.2021.0891

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为探究水下声波关于水-空气界面的异常透射特性,开展了非均匀波作用下水下声波异常声透射理论与实验研究。分别针对实验室理想环境和千岛湖开阔水域真实应用环境搭建水下声波透射实验系统,获取非均匀波作用下水下声波透射水-空气界面的变化规律和影响因素,深入分析了非均匀波作用机理。研究结果表明:当声源深度和水下声波波数乘积小于1时,非均匀波的作用不可忽略,透射系数较大;非均匀波与均匀波能量占比接近时,透射系数随声波频率增大出现波动减小,随声源深度增加平滑减小;水下声波透射入空气时的辐射角范围受非均匀波作用影响较大,随着非均匀波作用的增强,辐射角度范围逐渐增大;研究结果为水下声波异常透射技术在实际环境中的应用奠定基础,对声信号跨介质传递研究提供数据支撑。

喷水系统对W形地下空间热发射流场的影响

张曼曼, 姜毅, 史少岩, 邓月光

2023, 44(4):  1158-1170.  doi:10.12382/bgxb.2022.0014

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采用喷水系统改善导弹地下空间热发射过程的流场,以达到削减压力脉冲峰值、缓解压强振荡和降低流场温度的目的,即减压、降温。结合三维黏性可压缩Navier-Stokes方程、Mixture多相流模型和相变模型,建立气-液两相流控制方程组,并用燃气射流缩比试验数据验证数学模型和数值方法的有效性,采用计算流体力学数值计算方法分析喷水系统对导弹地下空间发射过程流场环境的影响。研究结果表明:在W形地下空间底部建立喷水系统,可以很好地改善导弹地下热发射过程空间内流场环境特性;喷水系统对初始超压现象有很好地抑制效果,弹底压强振荡由8次减少到4次,压强没有产生剧烈振荡,在1atm上下缓慢变化,最大压强仅为1.20×10⁵Pa左右,大大削减了初始超压峰值,并降低了压强振荡的频率和幅值,实现了减压效果;通过液态水剧烈汽化、动量交换等过程,喷水系统强烈而有效地抑制了燃气反溅现象,燃气被约束在筒底位置,导弹底部的最高温度从3000K降低到了400K左右,实现了降温效果。

发动机部件CT图像特征提取与区域生长算法

章斌, 卢洪义, 刘舜, 桑豆豆, 杨禹成

2023, 44(4):  1171-1180.  doi:10.12382/bgxb.2021.0893

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针对工业计算机层析成像(CT)图像中金属伪影和噪声会干扰部件分割提取的准确性和精度问题,提出一种基于标准差权重阈值和区域生长的工业CT图像特征提取算法。采用标准差权重的二维最大类间方差和二维最小交叉熵阈值分割方法去除图像背景,利用图像的邻域均值实现多种子点区域自动选取,添加Scharr算子计算梯度改进生长准则完成对部件特征的提取。实验结果表明:该算法相对于其他区域生长法,精确率提高了9.1%,准确率最大接近1,相似性系数提高了5.3%,交并比提高了4.1%最大;该算法部件提取效果更好。

TiH₂粉尘火焰传播速度及温度分布的高速二维测量

程扬帆, 王中华, 胡芳芳, 张蓓蓓, 夏煜, 沈兆武

2023, 44(4):  1181-1192.  doi:10.12382/bgxb.2021.0842

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为探究储氢合金TiH₂在温压弹中应用的可行性,利用开放式和半开放式哈特曼管,分别模拟温压弹在空中和地下坑道内的爆炸过程,并利用基于比色测温和轮廓检测技术的高速二维测量平台,研究不同浓度TiH₂粉尘云火焰特征参数及其影响因素。实验结果表明:在开放空间内,TiH₂粉尘火焰温度在2150~2400K范围内,随着粉尘浓度的增加,火焰温度呈下降趋势,其初期火焰传播速度和加速度受粉尘浓度影响不大,后期随浓度的增加而增加;在管道受限空间内,不同浓度TiH₂粉尘云稳定燃烧的温度都在2430K左右,粉尘浓度越大、火焰传播到顶部所需时间越短,管道内粉尘的稳定火焰温度较开放空间内的高50~210K,其火焰传播速度是开放空间内的 6~15倍。 与传统爆炸测试手段相比,比色测温方法可以准确重构某区域的瞬态温度分布云图,轮廓检测技术可以实现火焰前锋面速度和加速度的精确测量,从而为温压弹的配方设计和毁伤效能鉴定提供了一种新的技术手段。

精指向机构45°扫描镜光矢量轨迹正交性研究

李向阳, 李向月, 孙雪平, 张建华, 任斌, 张学娇, 陈安和, 陈祥, 张文睿

2023, 44(4):  1193-1199.  doi:10.12382/bgxb.2021.0876

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在空间激光通信终端中,精指向机构45°扫描镜振动轴绕不同轴系振动时,捕获跟踪CMOS相机上的扫描轨迹不正交,使得激光终端扫描概率降低、光轴在轨标定难度增大。为研究其内在机理,利用光学追迹的方法建立三维光矢量扫描轨迹模型,计算并仿真45°反射镜振动轴沿两组常用正交轴扫描时,CMOS相机上光矢量轨迹的正交性,搭建实验测试系统验证该计算仿真在精指向机构扫描过程反射光矢量的性能。研究结果表明:45°扫描镜振动轴绕P=(1/2,-1/2, \sqrt{2}/2)^T和P'=(1/2,-1/2,- \sqrt{2}/2)^T振动扫描轨迹的不正交度为19.47°,不随扫描角度的变化而发生变化,实验验证和理论结果一致;45°扫描镜振动轴绕z轴和P=( \sqrt{2}/2,- \sqrt{2}/2,0)^T振动时,由扫描角度和扫描轨迹正交性曲线关系,得出CMOS相机上扫描轨迹夹角随着扫描角度变化而变化,当扫描角度为9mrad时,扫描轨迹的不正交度为6.4mrad。该研究对空间激光通信终端精指向机构扫描的内在机理、安装方式、轴外视场光轴标定等有深刻的认识和指导意义。

一种无线电引信腔体屏蔽效能计算方法

陈凯柏, 高敏, 周晓东, 毕军建, 王毅

2023, 44(4):  1200-1208.  doi:10.12382/bgxb.2021.0888

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无线电引信内部空间有限,难以通过试验测量其腔体电磁屏蔽效能(Shielding Effectiveness, SE)。为分析引信腔体对强电磁脉冲的防护效果,提出一种基于电磁拓扑理论和Baum-Liu-Tesche(BLT)方程的SE计算方法。该方法通过分析能量流动特性建立腔体传播矩阵,利用等效电路模型计算腔体散射矩阵,推导得出腔内能量传输的拓展BLT方程,进而求得各拓扑节点的电压值。使用CST软件验证该方法的有效性,分别对矩形天线窗模型、圆形天线窗模型、双面圆孔模型和含介质基板模型的腔体电磁SE进行计算,并通过相关系数对计算结果量化分析。研究结果表明,新方法的计算精度优于等效电路法,且占用计算内存低于CST软件,可用于引信圆柱腔体电磁SE分析。

相位调制表面周期非均匀间歇调制方法

孔亚盟, 王国玉, 冯德军, 王俊杰

2023, 44(4):  1209-1216.  doi:10.12382/bgxb.2021.0789

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相位调制表面(PSS)作为一种电磁散射特性动态可调的人工电磁材料,可以通过控制电磁波的反射状态改变雷达目标特性,实现雷达目标模拟或假目标生成。针对相位调制表面周期间歇调制方法控制参数有限、调制效果单一的问题,提出相位调制表面周期非均匀间歇调制方法。在周期性间歇调制信号基础上构建周期性非均匀间歇调制信号模型,根据调制信号特点引入调制系数,对相位调制表面控制参数维度进行扩展。通过理论推导,分析PSS周期非均匀调制方法对雷达线性调频信号的影响。仿真实验结果表明,相比于PSS周期间歇调制方法,该方法具有更为灵活的调制样式和更为多样的调制结果,在雷达目标模拟、雷达目标特性调控等方面具有较高的应用价值。

基于预定毁伤概率的悬浮式深弹使用方法

吴玲, 王丕琨, 卢发兴

2023, 44(4):  1217-1224.  doi:10.12382/bgxb.2022.0005

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利用悬浮式深弹拦截来袭鱼雷时,要在鱼雷可能来袭的航路上布设多枚深弹组成拦截线,以提升对鱼雷的毁伤概率。传统布设方法基于对鱼雷探测误差和深弹毁伤半径,确定目标可能通过区间并均匀配置深弹,没有合理地基于深弹射击误差和预定毁伤概率,确定深弹布设数量和瞄准点。基于预定概率区域射击方法以毁伤概率为预定指标,同时考虑观测误差和射击误差的最优拦截模型;通过构建中间函数求取理论最优毁伤概率,再根据最优毁伤概率,将预定毁伤概率作为输入,迭代求解布设深弹数量。通过分析拦截策略确定深弹布设瞄准点。仿真结果表明:该方法可以基于预定毁伤概率快速得到最优射弹数和瞄准点,验证毁伤概率与预定毁伤概率的误差小于1%,实现了水下拦截线的精确布设。