兵工学报

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基于磁异探测的侵彻引信计层方法

王益利, 李长生, 王鑫, 张合, 王晓锋

2024, 45(3): 695-704. doi:10.12382/bgxb.2022.0645

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针对侵彻弹药打击多层建筑物时传统加速度传感器探测方法存在信号振荡混叠、粘连严重、难以精确计层的问题,提出基于磁异探测的侵彻过程精确计层方法。楼层建筑结构中的钢筋会对周围地磁场分布产生扰动,引信随战斗部侵彻目标时,利用磁传感器探测楼层周围地磁场畸变产生的磁异信号,从而完成侵彻过程的状态识别。建立多层钢筋混凝土靶板磁场仿真模型与弹丸侵彻多层目标磁场仿真模型,得到楼层周围空间磁场分布特征与侵彻过程引信部位磁场强度变化规律,分析了斜侵、钢筋疏密、弹体材料等对侵彻过程磁信号变化的影响。发现侵彻过程中磁信号幅度与楼层位置存在明确的对应关系,信号特征明显,且弹体材料磁导率越低、靶板钢筋含量越高,越利于磁探测的信号处理。设计了磁异探测实验室实验,测试结果表明,穿靶过程磁异信号清晰易辩,原理可行。

基于塑性弦线法的深水爆炸下加筋锥柱壳变形模型

汪海洋, 龙仁荣, 张庆明, 刘博文, 廖晨

2024, 45(3): 705-719. doi:10.12382/bgxb.2022.0726

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为探究凸型加筋锥柱壳在静水压与深水爆炸载荷联合作用下的动态响应,在塑性弦线模型基础上考虑静水压载荷、锥角因素,将问题简化为求解拥有初边界值的波动方程,利用特征值展开将肋间板壳径向位移表示为无穷级数的形式,并对每个特征值计算相应的卸载时间,以此显示冲击波载荷的衰减特性。使用有限元程序Abaqus对半锥角为20°的凸型加筋锥柱壳开展最大深度500m、最大冲击因子0.79kg^0.5/m的水下爆炸数值模拟研究,对邻近结合处的柱段、锥段肋间板壳的理论模型计算结果进行验证对比和讨论。研究结果表明:与不计静水压相比,静水压使得肋间板壳刚度减小——最大位移出现时刻延滞,最终径向位移随水深而增大;在不同冲击因子下,理论模型与数值模拟最终径向位移误差最大为21.7%(锥段),最小为2.0%(柱段);由于锥角的存在,肋间板壳位移不再关于中心点对称分布,中心点最终位移较柱段减小40%以上。

偏心药型罩在D型装药中的设计及成型性能研究

高鹏, 王芳, 汪聪, 牛文煜

2024, 45(3): 720-730. doi:10.12382/bgxb.2022.0781

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为改进整体式多爆炸成型弹丸(Multiple Explosively Formed Projectile,MEFP)战斗部中位于边缘位置处的药型罩口部闭合较差的问题,设计一种沿周向壁厚不同的偏心药型罩。将该药型罩应用于D型装药结构战斗部中,通过理论分析以及数值仿真方法,针对药型罩较厚一侧朝向和偏心距大小对药型罩成型的影响规律进行研究,开展爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)软回收试验。研究结果表明:偏心药型罩较厚侧朝向及偏心距大小对EFP各方向速度基本无影响,对EFP成型效果影响较大;药型罩较厚侧朝向战斗部中心时成型效果最佳;偏心距的大小能够调整药型罩周围微元向中心压合的速度差,改善药型罩口部包合情况;试验中回收到的EFP成型结果与仿真结果吻合度较高;偏心药型罩通过调整药型罩壁厚与爆轰波强度的匹配关系能够改善非对称爆轰下EFP的成型,有效解决D型装药结构MEFP战斗部位于边缘位置处药型罩成型较差的问题,为整体式MEFP战斗部边缘位置处药型罩结构设计提供参考。

舰炮半穿甲模拟弹对金属靶板斜侵彻研究

裴桂艳, 聂建新, 王秋实, 焦清介, 杜志鹏, 李营

2024, 45(3): 731-743. doi:10.12382/bgxb.2022.0793

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舰炮作为打击海上、空中和岸上目标的主要武器之一,半穿甲弹的侵彻能力是评价其弹药毁伤能力的重要一环,而开展实船射击实验成本高、机会少。为研究舰炮半穿甲弹倾斜侵彻金属靶板的侵彻能力,参考美军MK-45舰炮使用的奥托·梅莱拉127mm弹药设计半穿甲模拟弹,采用实验、数值仿真与经验公式相结合的方法分析靶板破环模式、破口尺寸。实验结果表明,在45°和60°两种靶板倾角、385m/s和500m/s两种着靶速度情况下,半穿甲模拟弹对12mm厚E36钢板具有足够的侵彻能力,模拟弹对靶板侵彻的破坏形式为冲塞破坏,破口尺寸平均为弹直径的1.25倍。仿真结果表明:剩余速度、破口形状与实验结果吻合;Thor公式的计算结果与实验结果较为接近,经过参数优化后实验、经验公式与仿真得到的剩余速度误差不超过10%。

爆炸冲击波超压非均匀分布特性及最优测点数量

张玉磊, 陈华, 袁建飞, 姬建荣, 冯晓军, 刘彦

2024, 45(3): 744-753. doi:10.12382/bgxb.2022.0629

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为掌握炸药爆炸冲击波超压的非均匀分布特性,根据非理想爆轰波特征及空气冲击波的形成机制,探讨了炸药爆炸冲击波超压峰值时空非均匀分布的原因和表现形式,得到了实验影像和测试数据的验证;开展了公斤级和百公斤级装药爆炸冲击波实验,分析了相同对比距离的多个超压峰值测试结果之间的偏离特性,结果表明炸药组分非理想程度越高、装药质量越大、距离装药越近,冲击波超压峰值非均匀特征越显著。在实验数据偏离分析基础上,提出了满足非均匀分布超压准确测试的最优测点数量,将爆炸场划分为对比距离小于1.5m/kg^1/3、1.5~3.0m/kg^1/3、3~5m/kg^1/3和大于5m/kg^1/3共4个区域,对应的最优测点数量分别为6个、5个、4个和2个。

乙烯对煤粉-氧气爆轰波起爆特性影响机制的实验研究

罗永晨, 续晗, 张锋, 郑权, 翁春生

2024, 45(3): 754-762. doi:10.12382/bgxb.2022.0600

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为实现煤粉连续旋转爆轰发动机的可靠点火,开展乙烯对煤粉-氧气起爆特性的影响机制研究。在初始压力p₀=100kPa下,采用高能电点火对有无0.5当量比乙烯氛围下的煤粉-氧气混合物开展直接起爆实验研究。点火能量通过测定在空气中高能电火花产生的爆炸波压强进行计算。计算后发现:采用6.3J的有效点火能量,煤粉-氧气在不含乙烯的氛围下无法起爆;在此能量下,煤粉-氧气在0.5当量比的乙烯氛围条件下可实现直接起爆;将能量降低为3.6J,使其低于乙烯-氧气(0.5当量比)混合物的临界起爆能量,虽然乙烯-氧气无法直接起爆,但是在加入煤粉后却可以形成稳定的自持爆轰波。研究结果表明:若要实现煤粉-氧气的直接起爆,则需要添加一定量的助爆气体(如乙烯);煤粉的加入还可以拓宽乙烯-氧气混合物的起爆极限。所得结果可以为煤粉连续旋转爆轰发动机的点火起爆提供理论依据并提供技术支撑。

火工分离螺母作动噪声的预示和解耦

杨拓, 熊诗辉, 汪靖程, 赵象润, 温玉全

2024, 45(3): 763-773. doi:10.12382/bgxb.2022.0641

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火工分离装置在水下武器应用中,可能会由于其作动噪声过大的问题给目标带来暴露的风险。利用有限元+边界元的数值计算方法,建立了火工分离螺母作动噪声的仿真预示模型,展示了分离过程中瞬态辐射噪声的传播过程,分析了火工分离螺母作动噪声的来源和产生机理,结合试验和仿真模型计算了各声源的辐射声功率,对噪声源进行了定量解耦。研究结果表明,在10~6000Hz的频段内,内套筒撞击的贡献量约为50%,螺母瓣撞击的贡献量约为23%,燃烧噪声的贡献量不到1%,但是在低于400Hz的低频段内,燃烧噪声的贡献较大,约为22%,仿真结果与试验测试结果一致性较好。

大攻角条件下制导弹滚转稳定控制方法

王雨辰, 王伟, 李宁, 朱泽军, 石忠佼

2024, 45(3): 774-788. doi:10.12382/bgxb.2022.0853

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制导弹跨域飞行过程中,伴随着大攻角下的涡流非对称以及跨音速气动转捩,这些干扰将引起控制失稳,进一步增大脱靶量。针对以上问题,考虑气动模型强非线性、强参数不确定性及强外界干扰,建立制导弹滚转通道动力学模型,进而提出一种基于滑模观测器与非奇异终端滑模的滚转姿态组合控制方法。以此为基础框架,结合微分跟踪器设计一种反步控制方法,以补偿执行机构动力学。利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统稳定性及有限时间收敛特性。通过仿真实验验证了所设计控制方法的优越性及普适性。

考虑输出约束和输入饱和的弹仓自适应控制

鲍丹, 卫俞凯, 金鑫, 侯保林

2024, 45(3): 789-797. doi:10.12382/bgxb.2022.0896

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针对存在参数不确定性和外部扰动的某链式回转弹仓的位置跟踪控制问题,提出一种自适应控制方案。该方案基于神经模糊系统(Neuro-Fuzzy System, NFS)、非线性扰动观测器(Nonlinear Disturbance Observer, NDO)及障碍Lyapunov函数(Barrier Lyapunov Function, BLF),在实现高精度控制的同时满足输出约束和输入饱和的工程条件。通过BLF的设计,保证弹仓的位移跟踪误差约束在给定范围内。结合神经网络的函数逼近能力和模糊逻辑系统的推理能力,用于估计系统中的不确定性,减小对模型的依赖;两者结合的NFS作为NDO的一部分,进一步补偿估计误差和外部扰动,提高控制性能。此外,控制器设计考虑了运动过程中的执行器输入饱和问题。仿真结果表明,所设计的控制器在3种典型工况以及系统参数变化情况下均可实现弹仓的高精度位置跟踪控制,满足系统的约束条件。

考虑时空协同的滑翔制导炮弹单炮多发快速弹道规划

尹秋霖, 陈琦, 王中原, 王庆海

2024, 45(3): 798-809. doi:10.12382/bgxb.2023.0614

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针对单炮多发应用场景,研究在时间、空间协同等多约束条件下的滑翔制导炮弹快速协同弹道规划问题。为平衡序列凸优化(Sequential Convex Programming,SCP)算法在快速性与最优性之间的冲突,提出一种改进的SCP算法;考虑到多约束条件下可行域较小、初值敏感性较高的特点,设计两种迅速且有效的迭代初值生成方案;为充分发挥弹群整体控制能力,采取集中式的协同规划策略,同步求解所有方程组,以达成全局规划目标。仿真实验结果表明,新算法能够较好地解决多约束条件下的协同规划问题,与现有文献中的常见算法进行对比,具备良好的收敛性能和较高的计算效率。

基于状态空间的反坦克导弹毁伤效能精准评估方法

徐文旭, 李召, 陆凡东

2024, 45(3): 810-817. doi:10.12382/bgxb.2022.0686

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反坦克导弹毁伤效能评估贯穿反坦克导弹论证、研发、验收和作战运用等装备全寿命周期,其毁伤评估方法的科学性和评估结论的准确性是设计方和使用方高度关注的问题。为解决传统反坦克导弹毁伤评估标准简单粗略、不能反映坦克整体功能毁伤的现状,提出一种基于状态空间的反坦克导弹毁伤效能精准评估方法。通过全面分析弹靶作用机理,研究射击敏感性向量和毁伤致命性向量,形成功能毁伤评估矩阵,用于精准评估导弹与坦克各种可能交汇条件下坦克三类功能的下降程度。实例仿真结果表明,功能毁伤评估矩阵能够精准评估反坦克导弹的毁伤效能,评估结果可应用于现役反坦克导弹毁伤效能摸底和新型反坦克导弹毁伤效能精准预测。该评估方法也可以用来支撑其他反装甲武器的毁伤研究需求。

高速条件下细长旋成体背风区流动特性试验研究

李晓辉, 王宏伟, 熊红亮, 石伟龙, 任少洁, 黄湛

2024, 45(3): 818-827. doi:10.12382/bgxb.2022.0688

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导弹全方向攻击时会产生由旋涡主导的复杂流动,发生转捩和流动分离,对导弹的机动性和控制能力具有重大影响。为探索攻角及马赫数对弹体流动形态的影响,针对某细长旋成体在FD-12风洞开展高速粒子图像测速及荧光油流试验,来流Ma分别为0.4、0.6、0.8,攻角范围α为0°~180°,获取了细长体背风区的流场特性演化规律。研究结果表明:当攻角α<90°时,随着攻角的增大,模型背风区流场从附着流变化为分离流,且分离涡从对称变为非对称,最终演化为非定常流动;当攻角α>90°时,情况有所不同,α=100°及α=120°时背风区存在非定常涡脱落现象,时均流场具有明显的非对称性;当攻角α=150°时,迎风面分离区出现不对称偏移,初始分离区下边界已越过模型端面,在模型中后部形成分离线;当攻角α=180°时,时均流场没有明显的特征,在模型头部位置出现了环形分离区及再附区,表明由于底部扰动的影响,该截面流场呈现局部的非定常、非线性流动状态;在攻角相同情况下,增大流场的来流Ma,不但会使分离涡的影响范围变大,也会导致分离涡的位置抬高。

超空泡航行体锥段结构对其尾拍运动影响的数值研究

张亮, 胡常莉, 吴小安

2024, 45(3): 828-836. doi:10.12382/bgxb.2022.0744

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超空泡航行体的外形设计关乎其尾拍运动特性。为获得航行体的锥段结构对其尾拍运动特性的影响规律,采用动网格技术结合流体体积多相流模型、SST k-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4种不同锥段结构的航行体尾拍运动特性开展数值模拟研究,分析超空泡航行体的尾拍运动过程及弹道特性。研究结果表明:在一定俯仰角速度扰动下,航行体锥段结构变化对其尾拍稳定性的影响体现出非线性特点,锥段部分过长或过短均会导致航行体的肩部沾湿而形成二次空泡,二次空泡的发展会抑制航行体尾部沾湿,从而回转力矩无法促使俯仰角减小,导致尾拍运动失稳,弹道稳定性较差。该研究成果可为超空泡航行体外形设计提供一定的理论指导。

舰船舱内爆炸载荷下Y形夹层板动响应及抗爆性能影响因素

姚梦雷, 侯海量, 李典, 谢悦

2024, 45(3): 837-854. doi:10.12382/bgxb.2022.0761

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针对反舰武器攻击下舰船结构抗毁伤防护问题,采用小型舱室模型实验结合有限元数值分析的方法,分析不同爆距下Y形夹层板结构的动响应特性,总结得到Y形夹层板结构面板的7种变形模式,发现面板变形模式与爆距和与其相连芯层刚度的相对强弱有关,爆距较小时面板易发生局部隆起变形,爆距较大则易发生整体碟形变形或板格变形,芯层强、面板弱时面板易发生板格变形,面板强、芯层弱时则易发生整体碟形变形,迎爆面板和V形芯层的刚度较大时背爆面面板则发生整体碟形变形。总结了Y形芯层在舱内爆炸载荷作用下的3种典型变形情况,即V屈曲I失稳、V屈曲I不变、V不变I不变;探究了迎爆面面板厚度、V形芯层厚度和I形芯层厚度对Y形夹层板结构抗爆性能的影响,发现增加迎爆面面板厚度和I形芯层厚度都可以显著降低背板变形,但增加迎爆面面板厚度会使得结构总吸能降低,增加I形芯层厚度则结构总吸能基本不变,增加V形芯层厚度则V形芯层吸能急剧下降,背板最大变形先增加再减小,结构总吸能下降。

基于生成对抗网络的弹载图像盲去模糊算法

苏迪, 王少博, 张成, 陈志升, 刘超越

2024, 45(3): 855-863. doi:10.12382/bgxb.2022.0639

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低速旋转弹导引头具有抖动和旋转等运动特性,使得其采集图像存在严重的模糊特点,直接影响了后续图像算法对目标识别的准确性,进而影响制导精度。针对以上问题,提出一种基于生成对抗神经网络的盲去模糊算法。利用复合运动模糊仿真系统,实现了对弹载图像抖动和旋转等运动模糊的模拟,并制作弹载图像模糊数据集。使用卷积神经网络作为生成器和判别器的基本架构,并设计多个损失函数共同优化网络,以减小图像在修复复原过程中的噪声并保持图像平滑。实现了弹载图像的去模糊,并获得更加稳定、清晰的图像序列。实验结果表明,该算法的去模糊效果在峰值信噪比、结构相似性指标上比现阶段其他算法更好,更符合人类视觉的主观感受,具有工程应用价值。

温压炸药近爆作用下RC梁破坏特征和毁伤规律试验研究

刘举, 张国凯, 王振, 姚箭, 李杰, 于思远, 纪玉国

2024, 45(3): 864-874. doi:10.12382/bgxb.2022.0897

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作为一种高能量密度炸药,温压炸药的爆炸毁伤效应及毁伤机理有别于传统炸药。结合敞开空间温压炸药爆炸冲击波及热效应试验,研究温压炸药爆炸冲击波特征及传播规律,采用高速摄像技术和光纤多谱线测温技术分析爆炸火球演化特征及火球表面温度变化规律。为研究温压炸药爆炸荷载对钢筋混凝土结构的毁伤效应,针对两种典型钢筋混凝土梁开展不同比例爆距下的爆炸试验,阐明两种钢筋混凝土梁在不同药量、不同爆距下的破坏特征和毁伤规律。研究结果表明:相比TNT炸药,温压炸药爆炸冲击波具有超压峰值大、正压作用时间长及峰值衰减缓慢的特点,温压炸药爆炸最高温度达到2400K,超过1000K的高温持续时间超过160ms,高冲量爆炸冲击及持续高温作用导致钢筋混凝土结构受到更大程度的毁伤破坏。结合药量对毁伤规律的影响,提出钢筋混凝土梁在温压炸药近区(0.20~0.75m)爆炸荷载条件下基于比例爆距和药量的毁伤判据。

高大毛壳对硝化纤维素的降氮机理

黄娟, 薛会会, 张阿磊, 陈可泉, 周杰, 丁亚军, 肖忠良

2024, 45(3): 875-884. doi:10.12382/bgxb.2022.0832

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针对废旧火药存在严重的安全隐患问题,通过对硝化纤维素(Nitrocellulose,NC)生产的废液处理池及其周边进行采样、富集、驯化和分离纯化,获得5株能够降低NC含氮量的微生物,并对其中降氮效果最佳的高大毛壳进行时间优化实验,发现随着时间的延长,NC含氮量可从13.06% 降至10.83%,X射线光电子能谱结果显示NC表面氮元素含量逐渐降低;利用傅里叶变换红外光谱、显微共聚焦拉曼仪和凝胶渗透色谱仪对NC分子结构和分子量进行表征,红外光谱表明高大毛壳与O—NO₂发生水解反应,导致NC在3400cm^-1左右的—OH峰强逐渐增大,拉曼光谱图显示NC含能基团(O—NO₂)的强度发生了显著降低,同时通过凝胶色谱发现,高大毛壳可使NC的数均分子质量和重均分子质量分别降低2.34%和6.40%。为进一步确定作用于NC的生物酶,利用胞外酶、胞内酶的分离以及硫酸铵梯度沉淀实验,证明0~30%硫酸铵沉淀的胞外酶能够有效降低NC的含氮量;高大毛壳对降低NC含氮量的显著作用,使其在废旧火药的再利用、高渐增发射药的生物脱硝等方面具有广阔的应用前景。

典型小口径自动步枪热散形成原因分析与结果预估

代程, 曹岩枫, 何龙, 徐诚

2024, 45(3): 885-892. doi:10.12382/bgxb.2022.0776

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热散现象是小口径自动步枪在连续射击后出现的射弹散布异常现象,对热枪状态命中率和作战效能有重要影响,形成机理尚不完全清楚。通过冷热枪对比试验发现,热枪状态下枪管向铜材料弹头壳传热,弹头壳温度升高、材料变软,弹与枪相互作用,使弹头出膛速度偏角和弹轴摆角大幅度增大,这是热散的主要原因。基于试验获得的热散机理,提出一种典型小口径自动步枪热散分析计算方法。该方法采用分段建模和参数传递方法,通过建立热枪状态枪管温度场和应力场分析模型、弹-枪相互作用热力耦合计算模型和随机外弹道及射弹散布计算模型,实现了热枪状态射击密集度的定量分析计算。计算结果与试验结果基本一致,为小口径自动步枪热散问题定量分析提供了有效预估策略。

基于红外相机和毫米波雷达融合的烟雾遮挡无人驾驶车辆目标检测与跟踪

熊光明, 罗震, 孙冬, 陶俊峰, 唐泽月, 吴超

2024, 45(3): 893-906. doi:10.12382/bgxb.2022.0602

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战场环境下无人驾驶车辆的感知系统易受烟雾、扬尘等天气的影响,对关键目标的检测与跟踪能力大大下降,造成目标漏检、目标误检、目标丢失等严重后果。针对该问题,开发毫米波雷达和红外相机融合系统,采用目标级融合方式建立简洁有效的融合规则,提炼和组合各传感器的优势信息,最终输出稳定的目标感知结果。对毫米波雷达的目标进行有效性检验和提取,并提出改进的基于密度的含噪声空间聚类应用算法,以减少毫米波雷达噪音干扰。以YOLOv4网络为基础,引入MobileNetv2主干网络,在网络训练过程中运用迁移学习方法,同时对红外数据样本进行扩充,解决了红外图像训练样本少的问题。试验结果表明,相较于仅基于红外相机的算法,融合检测算法在烟雾环境下的精度显著提升,且算法实时性高,实现了烟雾环境下毫米波雷达与红外相机融合的目标检测与跟踪,提高了无人驾驶车辆目标检测与跟踪系统的抗烟雾干扰能力。

考虑不同路面特征的军用履带车辆循环工况构建

王绪, 李睿, 黄英, 沈继伟, 商显赫

2024, 45(3): 907-915. doi:10.12382/bgxb.2022.0828

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为全面有效地评估车辆动力系统的燃油经济性,建立考虑不同路面特征的履带车辆循环工况。收集铺面路、砂石路和起伏土路3种路面的实车运行数据作为原始数据样本,并利用小波分析对数据进行滤波处理。基于处理后的实车数据,综合利用主成分分析法、K均值聚类和马尔可夫链构建3种路面下的典型循环工况,并对构建的工况进行相似度分析。研究结果表明:采用新方法能够有效地构建出符合军用履带车辆运行特点的循环工况,3种路面下循环工况的特征均与原始数据有极高的相似度;3种路面车速-加速度联合概率分布与原始数据的均方根误差分别为0.0356、0.0039和0.0196,新构建的工况能够有效反映履带车辆的真实运行情况。

基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制

李欢欢, 刘辉, 盖江涛, 李训明

2024, 45(3): 916-924. doi:10.12382/bgxb.2022.0788

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针对电驱动履带车辆转向灵敏度不高、控制精度难的问题进行转向控制策略研究,对双电机耦合驱动履带车辆开展动力学分析,利用数学仿真软件建立转向动力学模型。设计一种基于粒子群优化算法对比例-微分-积分控制器(Proportional-Integral-Differential controller,PID)参数优化的转向控制策略,以改进型时间乘绝对误差积分指标为粒子群优化算法目标函数,对PID转向控制策略中的控制参数进行实时优化,动态调节控制参数,实现车辆转向控制系统优化输出。利用硬件在环仿真平台和实车试验,对控制策略进行仿真和实车试验验证,试验结果验证了控制策略的有效性。

半无限区域雪壤与车轮交互作用接触动力学特性分析

闫清东, 朱明, 魏巍, 刘城, 王美伟

2024, 45(3): 925-933. doi:10.12382/bgxb.2022.0772

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车轮与雪壤交互作用是车辆在高原、极地等环境下安全行驶的基础。为构建准确表征车轮与雪壤接触过程的车轮-雪壤交互动态模型,建立圆盘加载仿真模型,获取典型雪壤的压力-沉陷关系;基于硬质雪壤建立车轮-雪壤交互数值仿真模型,对车轮-雪壤交互接触作用力进行数值仿真。利用圆盘加载试验结果和实车试验结果,对建立的数值模型进行有效性验证。基于车轮-雪壤交互平均接触应力关系建立车轮-雪壤交互接触作用力解析模型,利用仿真结果对解析模型进行验证。研究结果表明:半无限区域下的圆盘加载数值仿真模型能够有效反映雪壤的压力-沉陷特性,车轮-雪壤交互数值仿真结果与实际车轮行驶的下陷量、运动阻力系数有较好的一致性;车轮行驶滑移率为正时,车轮载荷-沉陷关系和车轮-雪壤交互接触作用力趋于稳定,车轮行驶滑移率为负时,车轮下陷量变大,由此导致垂向支持力正应力部分和运动阻力增加;车轮行驶滑移率为正时,车轮-雪壤交互解析模型可以准确预测车轮-雪壤交互接触作用力的变化趋势。

复杂战场环境下改进YOLOv5军事目标识别算法研究

宋晓茹, 刘康, 高嵩, 陈超波, 阎坤

2024, 45(3): 934-947. doi:10.12382/bgxb.2022.0736

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复杂战场环境下军事目标识别技术是提升战场情报获取能力的基础和关键。针对当前军事目标识别技术在复杂战场环境下漏检误检率高、实时性差等问题,提出一种基于改进YOLOv5模型的PB-YOLO军事目标识别算法。将改进的目标识别算法对于陆战场军事单元的识别锚框进行重新聚类,以提升模型对于目标大小适应度,加速模型收敛;采用通道-空间并行注意力机制,增加模型对复杂战场环境下目标特征信息与位置信息关注度;在特征融合网络部分使用BiFPN以提升模型对于特征的融合能力与速度;采用Alpha_IoU损失函数加速模型收敛,解决当真实框与预测框重合时IoU计算退化问题。实验结果表明,在自建军事目标数据集下,改进算法与主流目标识别算法相比,在保证模型空间复杂度的同时,mAP值达到了90.17%。消融实验对比结果表明,改进后网络较原模型精度提升11.57%,具有较好的识别性能,能够为战场情报获取提供有效的技术支撑。

标量磁位积分方程法计算舰艇三维静磁场

何保委, 周国华, 刘胜道, 宗敬文, 唐烈峥

2024, 45(3): 948-956. doi:10.12382/bgxb.2022.0622

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掌握舰艇磁场分布规律是实施舰艇磁防护技术的重要前提,采用积分方程法计算舰艇三维静磁场是有效手段之一。积分方程法通常建立以剖分单元内磁化强度或者磁感应强度为待求量的方程组,基于所求得的源区值获得整个场域的解。若想进一步提高磁场计算精度,需要增加网格密度,代价则是计算机的内存需求和计算量急剧增加。针对这一问题,采用一种以标量磁位为待求量的积分方程。将铁磁源区划分为四面体单元,根据变分原理将未知函数分片展开,按照单元和节点的相对位置关系寻找奇异积分,采用参数替换的方法转化为非奇异积分。球体解析模型表明:使用标量磁位进行建模仅需将源区离散为粗糙的网格单元即可得到高精度的磁场计算结果;网格加密后,标量建模方法在保持计算精度的同时,内存需求和CPU执行时间大幅小于矢量建模方法。开展了三维舰船磁场的虚拟验证实验,对于大型船体等需要精细划分网格的铁磁物体,标量磁位积分方程法计算得到的磁场与有限元商业软件的计算结果吻合较好,并且与矢量建模方法相比更加高效和节约内存。

某型舰船设备大负载复合材料支承冲击强度试验方法研究

陈辉, 刘建湖, 陈学兵, 黄亚平, 蔡荣坤

2024, 45(3): 957-962. doi:10.12382/bgxb.2022.0613

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舰船设备支承件的冲击特性研究受到各国海军的重视,然而超过常规冲击机能力范围的冲击载荷等要求,使得开展大负载支承件冲击强度试验成为难题。以某型动力设备的大负载复合材料支承为对象,采用水下非接触爆炸的方式,以标准浮动冲击平台冲击环境为输入参数设计其冲击强度试验方法:在低速冲击条件下,通过保证冲击载荷、降低试验负载质量、提高系统安装频率的途径来设计试验装置,依据冲击谱和冲击载荷计算对应的试验冲击因子来设计强度试验工况,并得出了实际试验与设计参数之间因试验系统多个结合面对冲击载荷传递影响的折减系数。试验结果表明,复合材料支承承受的冲击载荷与要求值之间的偏差在5%以内,为今后开展类似试验提供了参考。

小样本驱动特征分段网络的防护材料折痕检测

刘梦真, 黄广炎, 张宏, 周宏元, 刘思宇

2024, 45(3): 963-974. doi:10.12382/bgxb.2022.0884

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防刺服能在恐怖袭击、医闹伤害、违法犯罪等事件中有效保护生命安全,然而在生产制造及穿着使用中易产生机械折痕。立足于防护材料折痕缺陷的快速检测需求,创新性地在图像识别方法中提出特征分段网络结构,实现了小样本驱动下防护材料折痕的快速、精准检测功能。通过引入注意力机制和深度可分离卷积模块,并赋予损失函数与优化器两种典型参数,全面提高了特征分段网络模型的检测精度与效率;提出几何信息标注算法,搭建防护材料缺陷可视化检测平台,实现了机械折痕自动精准定位与几何信息输出。模型训练结果表明,特征分段网络模型的准确率可达96.19%,折痕缺陷几何信息标注误差在2%以内,优异的可视化检测功能可拓展到大型工程化自动检测领域。研究工作为下一步构建含有折痕缺陷的防刺装备防护性能预测模型奠定了基础。

多特征下室内声源定位的复合模型粒子滤波

刘望生, 潘海鹏, 王明环

2024, 45(3): 975-985. doi:10.12382/bgxb.2022.0849

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为提高混响噪声下声源定位的精度和稳健性,提出多特征复合模型粒子滤波算法。该算法以麦克风接收信号的多特征构建似然函数,采用卷积神经网络提取多假设时延估计图像的深度特征,建立基于支持向量回归的时延估计模型;引入波束输出能量融合机制,弥补单特征不能同时抑制噪声和混响的缺陷。针对说话人运动随机性的问题建立声源跟踪的复合模型,改善说话人跟踪系统的鲁棒性。仿真和实测结果表明:在复合模型跟踪下,多特征算法比可控响应功率时延估计算法位置平均均方根误差减少83%以上;在多特征观测下,复合模型比郎之万模型和随机行走模型位置平均均方根误差减少46%以上;新算法实现了对复杂环境下随机运动声源的有效跟踪。

正态型寿命分布设备的可用性分析

陈旭, 张书锋, 李岳, 陈循, 汪亚顺

2024, 45(3): 986-996. doi:10.12382/bgxb.2022.0606

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设备可用性的解析计算方法具有过程直接、结果准确的优点,但其建模过程复杂,目前研究相对较少,而多采用随机过程或仿真的方法进行分析。针对寿命服从正态分布的设备,考虑预防性维修与视情维修情形,推导出设备使用可用度与瞬时可用度的解析求解方法,模拟设备的工作与维修过程,构建了设备使用可用度与瞬可时用度的仿真分析方法。采用不同寿命分布参数的设备进行算例验证,结果表明两种方法具有较好的一致性,可为正态型寿命分布设备的预防性维修与视情维修方案评价与优化提供技术途径。

基于DTW时序距离的故障可诊断性评估方法

吕佳朋, 史贤俊, 肖支才

2024, 45(3): 997-1009. doi:10.12382/bgxb.2022.0693

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对装备中具体故障进行可诊断性评估,可以量化地表明故障被诊断的难易程度。针对故障可诊断性评价方法中存在的不客观及度量方法选择不恰当的问题,提出一种基于动态时间规整(Dynamic Time Warping,DTW)的时序距离度量方法。定义可诊断性评估模型,从实际系统中抽取系统的结构、信号、测试、故障模式4种要素,为故障可诊断性评估工作的开展打下基础。摒弃传统的从信号中提取特征进行相似性度量的做法,将信号看做时序序列,基于DTW方法衡量不同状态下各信号之间的相似程度,作为故障可诊断性的评估依据。使用动量轮系统对新方法进行仿真实验,仿真结果表明新方法在进行可诊断性评估方面具有客观性和有效性。

基于CM-FCE-AHP的战时维修器材供应保障能力评价研究

王金帼, 王亚彬, 郭宇荣, 王帅, 赵建民, 马飒飒

2024, 45(3): 1010-1024. doi:10.12382/bgxb.2022.0681

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战时维修器材供应保障具有高度的复杂性、随机性和动态性,导致战时维修器材供应保障评价的不确定性和模糊性。以战时维修器材供应保障任务与流程为依据构建保障能力评价指标体系,提出一种基于云模型的层次分析法和模糊综合评价方法,对战时维修器材供应保障能力进行客观评价。利用云模型对判断矩阵进行标度并聚合,得到指标权重,降低权重计算的主观性和随机性;利用云模型描述评价矩阵,得到隶属度矩阵。评价结果表明,指标体系能够很好地反映战时维修器材供应保障能力,改进的综合评价方法能有效解决战时维修器材供应保障能力评价中的高度模糊性和不确定性,提高评价结果的鲁棒性和客观性。

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