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2025年 第46卷 第5期    刊出日期：2025-05-31

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横流对尾翼式超空泡射弹入水过程的影响

吕科余, 张焕好, 靳笑宇, 赵子杰, 周标军, 刘想炎

2025, 46(5):  240192.  doi:10.12382/bgxb.2024.0192

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为研究横流作用下尾翼式超空泡射弹入水时的空泡流动与弹道特性,采用重叠网格技术和6自由度运动模型对横流干扰下射弹垂直入水过程进行数值模拟研究,分析横流对尾翼式超空泡射弹入水空泡形态、流体动力特性及入水弹道特性变化的影响。研究结果表明:横流的作用限制了迎流侧空泡的径向发展,而对背流侧空泡的扩张则起促进作用,使得整体空泡形态沿流向发生偏移,从而增大了迎流侧弹肩和尾翼的沾湿面积,改变了沾湿处压力场的分布,使射弹的尾拍幅频远大于无横流情况。同时,射弹在空泡内尾拍运动的加剧,增大了升/阻力系数,加速了射弹速度的衰减。此外,空泡形态沿流向的偏转,使俯仰角在背流侧的摆动幅度大于迎流侧,弹道轨迹发生偏移,因此横流对射弹的轨迹和姿态角变化产生明显的影响。

基于S-ALE数值水池的水陆两栖飞机滑行水动响应

魏佳庆, 彭相富, 吴彬, 江婷, 王明振, 杨扬

2025, 46(5):  240289.  doi:10.12382/bgxb.2024.0289

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水陆两栖飞机在水面滑行过程中会不可避免地会遭受波浪等复杂海况的水动冲击,严重时可能引起机身结构变形破坏,对机体及机乘人员的安全造成威胁。以国产大型水陆两栖飞机为研究对象,采用结构化任意拉格朗日-欧拉(Structured-Arbitrary Lagrangian-Eulerian,S-ALE)方法,研究水陆两栖飞机在波浪水面滑行过程中的水动响应问题。建立基于S-ALE和罚函数接触算法的流固耦合模拟方法,采用仿物理推板式造波模式与质量阻尼消波法模拟生成数值波浪水池,分别对平静水面和波浪水面滑行过程中的飞机水动特性和耐波性进行研究。研究结果表明:S-ALE方法可以有效地模拟水陆两栖飞机在水面滑行的动响应过程;波高1.2m下飞机以19.4m/s速度稳定滑行时姿态角为7°,对应的谐振波长为机身长度的2~3倍,谐振波长下飞机姿态变化幅度和升沉运动的剧烈程度会显著高于其他波长;飞机机身与波长比值为1、波高为1.8m时垂向过载不断变大,1.2m波高环境下逐渐收敛,波高的变化对纵摇和质心位置升沉规律影响不大。

一种周向周期结构声散射快速计算方法

陈于思, 张宁, 范军, 李兵, 王斌

2025, 46(5):  240291.  doi:10.12382/bgxb.2024.0291

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针对电缆、钢索以及超表面等周向周期结构声散射特性仿真需求,提出一种基于有限元子结构的散射声场快速计算方法。通过对单周期子结构表面声载荷、位移傅里叶级数展开,并对边界载荷、位移施加与阶次有关的相位映射约束,实现各阶散射声场以及总散射声场的快速计算。对实验观察到的非镜像方向散射声场增强现象进行了机理分析。螺旋凹槽结构散射声场仿真与实验结果表明:新方法计算结果具有较高的精度,在计算精度相同的条件下较传统三维有限元方法所需内存更少、计算速度快,其加速比近似等于周向周期数。

浅水规则波中舰船压力场目标特性快速算法

邓辉, 李沛豪, 易文彬, 夏维学, 孟庆昌

2025, 46(5):  240303.  doi:10.12382/bgxb.2024.0303

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舰船航行引起的压力场特性是海战场的重要信息源,而舰船航行遭遇波浪,船-波相互作用引起的压力波动成为舰船自身压力场的背景干扰,影响目标的预判与识别。针对浅水规则波环境,开展舰船航行引起的压力场目标特性快速算法研究。基于浅水波动理论结合造波源项与移动压力项法,建立适用于浅水规则波环境的压力场建模方法,提出灵活高效的算法,并独立编写预报程序,逐步实现浅水规则波环境、静水中舰船压力场模拟以及舰船迎浪航行引起的压力时空演变特性预报。在验证性研究基础上,对比分析船、浪遭遇前后引起的压力场特性,以及亚、超临界航速下压力分布特性,揭示波浪对压力场特性的影响,为海洋环境干扰下舰船目标特性的预报与识别提供理论依据和技术支撑。

轴对称结构声辐射预报的等效面声源与点声源联合算法

刘宝, 王小二, 张卫

2025, 46(5):  240317.  doi:10.12382/bgxb.2024.0317

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轴对称结构作为工程中的常见结构,其声学仿真计算受到工程界广泛关注。对轴对称结构的声辐射问题,提出一种综合利用等效面声源与点声源的方法。针对传统等效点声源在对应结构内部Dirichlet特征频率处解非唯一和对于声学参数灵敏度较大问题,在结构内部布置面声源进行结构外声场的匹配运算,点声源则位于面声源内部以保证解的唯一性。根据结构的对称性,将表面声压与振速按旋转角度展成Fourier级数形式,利用级数之间正交性建立各项待定系数表达形式。基于波叠加原理,建立等效源强度与Fourier级数待定系数之间的关系方程,并把虚拟面积分方程转变为轴对称结构外侧边界积分和旋转角度积分的乘积形式;进一步利用形函数对结构外侧边界进行插值处理,以此获取轴对称结构表面声压与振速之间的传递函数。采用新方法与传统等效点声源法、面声源法与解析法等结果作对比,结果表明了新方法的精确性。

水下航行体出水破冰载荷特性数值模拟

赵洁, 蔡晓伟, 吴祥清, 焦艳梅, 张军, 黄达

2025, 46(5):  240358.  doi:10.12382/bgxb.2024.0358

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为研究潜射导弹在极地水下环境下发射的相关机理,基于有限元分析软件、采用任意拉格朗日-欧拉方法和光滑粒子流体动力学方法分别搭建流体和无限大整冰模型,并针对冰力学性能对应变率敏感的特性,采用添加了状态方程的塑性压缩张量材料模型,构建水下航行体出水破冰的流固耦合仿真模型。在完成关键数值计算方法有效性验证的基础上,通过数值仿真分析研究不同冰层厚度、航行体速度条件下航行体所受载荷变化情况,并得到航行体在破冰过程中所受到的碰撞接触力和破冰过程中航行体及冰的应力分布。研究结果表明:航行体出水破冰过程中,随着冰层厚度的增加,航行体受到的接触作用力增大,作用时间增长;随着破冰速度的增大,航行体所受接触作用力增大,作用时间缩短。

基于双系统理论的海上舰艇编队作战指挥有限理性决策模式

聂俊峰, 陈行军, 孙东普

2025, 46(5):  240384.  doi:10.12382/bgxb.2024.0384

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作战指挥决策是联合作战活动的核心内容,是作战活动成功与否的关键。为了从认知心理学角度破解海上编队作战指挥决策能力弱的难题,在系统分析海上编队作战指挥决策问题的基础上,基于决策双系统理论对海上编队作战指挥有限理性决策进行科学映射,构建海上编队作战指挥有限理性决策函数模型,划分海上编队作战指挥有限理性决策类型,识别海上编队作战指挥有限理性决策认知偏差,提出海上编队作战指挥智能混合决策框架,形成海上编队作战指挥有限理性决策能力增强策略。研究结果表明,新框架具有较好的科学性、有效性和智能性,可有效提升指挥员的作战指挥决策能力,为开展下一代辅助决策支持系统的研制提供有力的理论和技术支撑。

基于控制障碍函数的欠驱动无人水下航行器椭圆障碍物避障制导

野汶博, 方洋旺, 洪瑞阳, 胡祁东

2025, 46(5):  240404.  doi:10.12382/bgxb.2024.0404

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为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条件的二次规划问题,通过与无障碍环境下的制导律相结合,得到闭式解形式的避障制导律。仿真结果验证了所提方法的有效性,可全局上满足安全性和稳定性要求,对于无人水下航行器在复杂海洋环境中的安全航行具有实际应用价值。

攻角对超空泡射弹出水流动特性的影响

李赫, 王旭, 吕续舰

2025, 46(5):  240408.  doi:10.12382/bgxb.2024.0408

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超空泡射弹出水过程往往会因为发射扰动、横流、波浪等情况出现攻角,影响射弹运动轨迹,对射弹成功出水造成干扰。基于流体体积多相流模型和移动计算域方法,建立超空泡射弹带攻角出水数值计算模型,对不同攻角、速度的射弹出水过程进行仿真。计算结果表明:水中运动阶段射弹存在较小攻角时对空泡形态影响很小,攻角继续增大时射弹肩部和尾部出现沾湿,肩部沾湿产生的二次空泡可能会重新包裹尾部,并导致空泡在迎流侧径向分布更长、不对称明显,空泡在射弹穿透液面后存在扩张趋势。射弹在运动初期表面压力较高,随着空泡的生成高压区域迅速减小,后续运动中会由于局部沾湿、液面附近空泡闭合以及与液面飞溅碰撞而出现局部高压。局部高压多出现在迎流侧,导致该侧压力大于背流侧,射弹出现侧向力和偏航力矩,使射弹的运动轨迹和姿态改变以及攻角减小,初始攻角越大对射弹运动中的攻角、偏航角变化和运动轨迹的影响越明显。当射弹处于5°攻角且速度持续增大时,速度对空泡形态、射弹运动轨迹和偏航角的影响减弱。

舰载机任务分配与弹药配置协同优化

郭放, 韩维, 刘洁, 苏析超, 潘子双

2025, 46(5):  240461.  doi:10.12382/bgxb.2024.0461

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随着现代海战复杂性的增加,舰载机在复杂战场环境中的作用日益凸显。为提升舰载机的作战效能和资源利用效率,减轻指挥人员制定作战规划方案的负担,研究了舰载机任务分配与弹药配置协同优化问题。系统分析了协同决策过程中的关键要素,以最大化任务收益、最小化舰载机被击毁成本和弹药成本为优化目标,建立舰载机任务分配与弹药配置协同优化问题模型。结合模型特点,提出了一种基于适应度的自适应全局人工蜂群算法用于模型求解。仿真结果证明了新提出的模型和算法的有效性,能够显著提高舰载机任务收益,同时降低作战成本。研究成果可为舰载机作战方案的制定和完善提供理论参考和决策依据。

基于LSTM-GBSVDD模型的飞行轨迹异常检测方法

李琳, 曾雅琴, 朱惠民, 孙世岩, 梁伟阁

2025, 46(5):  240489.  doi:10.12382/bgxb.2024.0489

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为解决传统检测方法在处理复杂、动态以及数据长度实时变化的飞行轨迹数据时特征提取不准确、检测效率较低的问题,提出一种结合长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络和支持向量数据描述(Support Vector Data Description,SVDD)的无监督异常检测方法。利用LSTM网络提取可变长度飞行轨迹的关键特征,并将其转化为固定长度的序列表示;通过SVDD算法构建多维超球分类器,对正常飞行轨迹进行建模,从而识别潜在异常轨迹。为进一步提升模型性能,引入基于梯度的优化算法(Gradient-Based training algorithm,GB),实现LSTM与SVDD参数的联合训练,大幅度提高检测精度和计算效率。仿真实验结果表明,新提出的基于梯度优化的长短时记忆网络和支持向量数据描述模型(Long Short-Term Memory network and Support Vector Data Description model based on Gradient-Based training algorithm optimization, LSTM-GBSVDD)的飞行轨迹异常检测方法在处理复杂、多变的飞行轨迹异常检测任务中表现出较好的有效性和优越性,有较强的应用前景。

基于BP神经网络的超空泡射弹优化设计方法

巩世龙, 党建军, 李少星, 黄闯

2025, 46(5):  240496.  doi:10.12382/bgxb.2024.0496

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有效射程是超空泡射弹最重要的性能指标之一,受到外形和衡重参数的耦合影响。为了增加超空泡射弹的有效射程,建立计算超空泡射弹有效射程的数值模型,根据正交试验设计原则设计四因素五水平工况组合,通过仿真计算获得外形及衡重参数影响下的超空泡射弹有效射程数据集,结合反向传播 (Back Propagation,BP)神经网络方法和遗传算法,建立超空泡射弹设计参数优化方法,获得全域最大有效射程及其对应的外形和衡重参数设计结果。研究结果表明:超空泡射弹的水下弹道具有稳定的尾拍特性,通过极差分析,质量对有效射程的影响最大;在没有精确数学模型的情况下,运用BP神经网络,基于有限个数据点训练出的有效射程预测模型精度高,平均误差为0.735%;通过遗传算法获得了四因素耦合影响下的全域最优射程,较数据集中的最好结果提高了5.01%,较正交优化结果提升了1.95%。所得研究结果可为超空泡射弹总体设计工作提供参考。

基于雷达-红外成像特征级融合的角反射器智能识别算法

孙殿星, 窦钥聪, 彭锐晖, 董云龙, 郭玮

2025, 46(5):  240501.  doi:10.12382/bgxb.2024.0501

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海面角反射器具有极强的雷达回波特性,其形成的假目标在时域持续干扰,制造虚假态势,给导引头的精准打击带来很大挑战。针对该问题,利用红外传感器不受角反射器干扰的优势,提出一种基于雷达-红外特征级融合的多目标场景下角反射器智能识别算法。通过YOLOv8网络对红外图像的目标干扰进行初次判别,高置信度目标图像直接输出识别结果;对低置信度目标图像单独裁剪,利用雷达-红外角度信息进行目标关联并提取雷达特征;将雷达特征与红外图像作为双通道融合网络的输入,实现对低置信度目标的二次判别。经实测数据验证,所提方法的识别准确率在96%以上,所做工作对角反射器干扰识别具有参考意义。

基于舰机协同的岛礁巡航路径规划

张闯, 卫超强, 李延通, 喻妍, 刘锦超

2025, 46(5):  240505.  doi:10.12382/bgxb.2024.0505

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为进一步提升海上巡航效率,对基于舰船和无人机动态协同的岛礁巡航路径规划问题进行研究。该问题具有舰机动态协同、时空精确耦合、离散与连续变量同时优化等复杂特点。构建一种混合整数2阶锥规划模型以最小化巡航任务完成时间,实现对舰船航行路径、无人机飞行路径及无人机起降位置等的组合优化。应用自适应大邻域搜索(Adaptive Large Neighborhood Search, ALNS)算法,设计3种破坏算子、2种修复算子及其自适应机制进行求解。基于某海域若干岛礁数据开展案例分析,证明舰机协同模式下巡航时间可减少45%以上。算例实验结果表明,ALNS算法可在90s内求解最多包含80个岛礁的算例,其求解能力和效率显著优于CPLEX求解器和两阶段启发式算法。新提出的基于舰机协同的岛礁巡航路径规划方法,为高效遂行海上维权执法任务提供了方法参考。

基于改进变异萤火虫优化粒子滤波的无人机目标定位

闫啸家, 朱惠民, 孙世岩, 石章松, 姜尚

2025, 46(5):  240549.  doi:10.12382/bgxb.2024.0549

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针对无人机光电平台受到严重非线性因素影响,从而导致目标定位精度显著降低的问题,提出一种基于改进变异萤火虫优化粒子滤波(Improved Mutant Firefly Algorithm-Particle Filter,IMFA-PF)算法,用于无人机对地面目标精确定位。首先,建立无人机光电平台目标观测的状态方程和测量方程;利用IMFA-PF算法对目标地理位置进行估计,通过引入多重变异策略和弹力机制来改变粒子之间的相互作用模式,解决由严重非线性因素以及过度优化导致的粒子退化问题;通过一维非线性不稳定仿真系统和实测飞行实验验证了该算法的有效性。实验结果表明,所提算法能够改善粒子分布受观测非线性的影响,有效解决粒子退化的问题,与已有算法相比具有更好的鲁棒性和定位精度。

运动磁体感应电场特性分析

刘瑞杰, 张伽伟, 谢涛涛

2025, 46(5):  240577.  doi:10.12382/bgxb.2024.0577

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为分析运动磁性物体产生的感应电场,改进现有模型的不足,提出一种更适用于任意方向运动的目标感应电场计算模型。对比现有运动磁体感应电场模型的适用范围及局限性,以磁偶极子的矢量磁位模型为理论基础,推导出运动磁体感应电场的数学模型。通过理论分析和仿真计算验证该模型的适用性,并结合实船磁场特性进行实例计算。理论分析和仿真计算结果表明,该模型适用于沿任意方向运动的磁性物体感应电场计算,且其推导和计算过程较基于库伦定律和毕奥-萨伐定律的传统模型更为简洁。实例计算结果表明,磁性船舶运动产生的感应电场具有明显的区域特性,电场强度量级可达mV/m,是船舶静电场的重要组成部分。新提出的感应电场模型为运动磁性物体的电场探测提供了更准确的理论支持,可有效应用于船舶电场的探测与分析。

航母舰载机保障作业任务分配及弹药转运调度优化方法

袁子龙, 何非, 赵建波, 王少参, 江明明

2025, 46(5):  240595.  doi:10.12382/bgxb.2024.0595

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针对航母舰载机弹药保障作业的时限性和复杂性,在已知保障任务的前提下,通过场景建模和任务分配等手段,提出一种面向阱口的舰载机弹药保障作业的调度优化方法。构建以避障原则的运输路径模型、以均衡原则的弹药分配模型,与兼顾实战性和高效性的舰载机弹药转运调度模型。结合实际作业情况,通过Safe A^*算法和贪婪算法确定各阱口的保障对象,提出一种基于染色体片段编码的改进遗传算法,以最小化弹药保障作业完成时间为目标对调度模型进行求解。研究结果表明,新方法在优化方案耗时和资源利用等方面均优于其他分配策略和调度算法,验证了其在实际弹药保障过程中具有可行性和高效性。

空间适应性分割尺度下的海底底质声学图像分类

尚晓东, 董理, 赵建虎, 张志强

2025, 46(5):  240599.  doi:10.12382/bgxb.2024.0599

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针对目前面向对象的海底声学图像分类中分割尺度的确定存在经验性和受人为因素影响显著等问题,提出一种以混淆指数作为客观指标的空间适应性分割尺度确定方法。通过给定一组分割尺度,计算得到对应的分割对象的回波强度均值和标准差。采用非监督聚类K-means算法,计算不同分割尺度下分类结果的混淆指数,选择最小混淆指数对应的分割尺度作为提取海底图像特征的最优尺度。基于最优分割尺度提取海底图像特征,联合采样数据建立监督分类模型,预测整个测量区域的底质分布结果。研究结果表明,采用空间适应性分割尺度,能够显著提高底质分类的精度。实验采用交叉检验,验证了新方法的有效性,而且针对回波强度特征较为一致的底质,在实验中通过引入地形特征进一步提高了分类精度。

基于改进生成函数的多元状态复杂系统可靠性重要度分析

史跃东, 钱超, 邵松世, 胡俊波

2025, 46(5):  240604.  doi:10.12382/bgxb.2024.0604

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研究多元状态复杂系统的可靠性重要度,有助于分析并确定系统设计的潜在技术薄弱环节,对于实现系统状态性能的精细化管理意义重大。通过引入改进生成函数模型,并构建面向特定“状态可达门限”的系统层级生成函数,给出一类能够适应“多元”状态复杂任务功能系统的可靠性重要度通用化封闭解算体系与高精度分析算法。工程案例验证结果表明:新算法适用范围广、可靠性重要度分辨精度高,更便于实现复杂系统可靠状态的精细化管理;新算法程式化运算资源要求低,可规避大维度复杂系统状态微分解算的技术瓶颈,工程应用价值更突出。研究结果可拓展应用于多元状态复杂系统其他通用质量特性的重要度分析与精细化管理,对于科学筹措配套保障资源、合理规划预防性维修工作具有重要技术指导作用。

退化趋势平滑约束下基于BLSTM-VAE的剩余寿命预测方法

王旋, 石章松, 佘博, 孙世岩, 秦奋起

2025, 46(5):  240635.  doi:10.12382/bgxb.2024.0635

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剩余寿命(Remaining Useful Life,RUL)预测对于维护工业设备的可靠性和安全性至关重要,但现有的RUL预测方法在处理高维传感器数据以及捕捉时间退化模式方面仍然面临诸多挑战。为了解决上述问题,提出一种退化趋势平滑约束下基于双向长短时记忆网络-变分自编码器(Bidirectional Long Short Term-Memory-Variational Auto Encoder,BLSTM-VAE)的RUL预测方法。该方法首先进行数据预处理,包括数据降噪、滑动窗口分段和标签修正等步骤。然后设计基于BLSTM的VAE型特征提取器,以有效提取时间序列数据中的非线性关系和长距离依赖关系。最后提出一种基于流形学习的退化趋势平滑约束模块,通过局部不变性假设来增强模型的稳健性和泛化能力。通过航空发动机数据集数据集进行验证,结果表明所提出的RUL预测方法在数据集上的表现优于现有的多种RUL预测方法,具有更低的预测误差和更高的稳定性。

负泊松比结构缓冲装置入水冲击特性数值仿真

鞠金龙, 杨娜娜, 余雷, 张哲, 吴文华

2025, 46(5):  240640.  doi:10.12382/bgxb.2024.0640

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针对跨介质航行器入水冲击带来的结构损伤问题,提出一种采用负泊松比头罩降载的方法,利用负泊松比结构特殊的拉胀效应,使头罩吸收更多的冲击能量。采用任意朗格朗日-欧拉算法分析了负泊松比头罩对航行器降载特性的影响规律,并通过实验数据对数值方法进行了验证。研究结果表明:与传统降载头罩相比,负泊松比头罩在结构轻量化的基础上可有效降低结构入水冲击载荷,在入水速度分别为20m/s、35m/s、50m/s时,加速度峰值可以降低75%、70%、68%,具有良好的降载缓冲效果;不同胞元夹角、壁厚和边长参数下,负泊松比结构的降载特性有较大差异,在胞元角20°、胞元壁厚0.5mm、1.6倍胞元边长参数下,负泊松比头罩的降载特性达到最优效果。

横流环境中水下电磁发射出筒空泡与弹道特性的数值模拟

张鑫, 周标军, 赵子杰, 李浩永, 戴琪

2025, 46(5):  240690.  doi:10.12382/bgxb.2024.0690

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为研究横流环境中水下电磁发射射弹出筒过程的空泡形态和弹道特性,基于重叠网格技术,结合流体体积多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对不同横流速度下无燃气作用的水下电磁发射出筒过程进行数值模拟,探究横流、出筒空泡与射弹运动的耦合作用机理。研究结果表明:横流作用下,出筒空泡迎流侧半径减小,背流侧半径增大,而膛口附近的弹体迎流面还会沾湿,压力增大,使得射弹出筒后的黏滞阻力增加,压差侧向力作用在横流方向上;随着横流速度的增加,出筒空泡变化更加显著,射弹迎流侧的空泡消失,迎流面完全沾湿,并且背流侧尾流区中压力剧烈减小,导致空泡大幅度扩张,在尾流区的后驻点附近,局部压力增大,使得空泡中间向内坍缩;射弹运动受到的阻力剧烈增强,并且由于弹体锥段的侧向力相比圆柱段更大,俯仰力矩沿着顺时针方向,导致射弹往横流方向偏移,产生顺时针偏转,并随着位移增长变得更加显著,弹道发生失稳。

基于表面吸收率的强光元件温升仿真与试验研究

张赫天, 曾雅琴, 孙世岩, 陈忠, 王亮

2025, 46(5):  240691.  doi:10.12382/bgxb.2024.0691

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连续激光辐照下,强光元件的表面吸收率是导致其异常温升的主要因素。研究发现,强光元件的表面吸收率受多种因素影响,呈现非线性变化。为此提出等效表面吸收率的概念,用于表征强光元件对激光的综合吸收性能。首先建立高斯连续激光辐照强光元件的有限元模型,用于模拟激光辐照下强光元件的温升过程。搭建激光辐照效应试验系统,对强光元件的表面吸收率、表面形貌和表面中心点温升过程进行测试、试验与分析,试验结果验证了所建模型的正确性。根据试验结果修正了模型参数,获得了强光元件对激光的等效表面吸收率。研究结果表明:与实测表面吸收率相比,等效表面吸收率仿真误差更小、精度更高。研究结果可为强光元件的状态监测和污染物防控提供参考。

分布式激光引偏干扰系统布设效能评估方法

孙春生, 吴依伦, 张爽

2025, 46(5):  240718.  doi:10.12382/bgxb.2024.0718

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分布式激光引偏干扰系统的展开布设方式直接决定着其引偏干扰效果。针对分布式激光引偏干扰系统布设效能的评估需求,提出一种分布式激光引偏干扰系统布设效能评估方法。该方法将解析评分法与层次分析法相结合,首先建立布设效能的递阶层次结构模型,明确布设效能受哪些功能单元布设方式的影响,各功能单元的布设又包含哪几个布设要素;其次建立各布设要素的解析评分模型,具体实施时只要将各功能单元的布设信息和被保护目标信息输入评分模型即可获得各要素的布设得分;然后利用层次分析法确定各布设要素的权重;最后将各布设要素的得分与权重相乘求和即可评估出布设效能。研究结果表明,解析评分法克服了常用的专家评分法中主观因素和知识结构水平的影响,提出的布设效能评价方法能够用于分布式激光引偏干扰系统防护效能的自动评估。

一种基于脑网络特征的水声目标识别算法

张家琦, 石章松, 徐慧慧

2025, 46(5):  240735.  doi:10.12382/bgxb.2024.0735

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针对声呐员在水声目标识别过程中脑力负荷大、无法保证长时间有效工作状态的问题,基于脑-机接口技术,提出一种基于脑网络特征的水声目标识别算法,用于辅助声呐员完成水下目标的快速识别。为了增强模型对大脑神经活动信息的提取,并降低大脑无关依赖性的干扰,利用格兰杰因果和转移熵理论重建脑网络特征提取算法,并将其用于水声目标分类模型的构建。设计视-听联合刺激范式模拟真实工作环境并进行实验数据采集,以完成水声目标分类模型的训练与验证。分析结果表明,新提出的脑网络特征算法可以更好地捕获神经活动中的依赖性信息,结合所设计的视-听联合刺激范式,完成了对基于脑网络特征的水声目标分类模型验证实验,最终识别准确率稳定在90%以上。

基于声学测量的水下高动态航行参数估计

张旭

2025, 46(5):  240741.  doi:10.12382/bgxb.2024.0741

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针对水下高动态航行体运动特征难以识别的问题,提出一种基于水声测量的运动参数序列估计方法。该方法通过逐点解算得到位置、速度序列,再进行函数化重构和参数辨识,消除随机误差引起的数据抖动,实现平稳、连续的序贯参数获取。在仿真分析中,模拟了边长为数百米的海底四元阵对数十米深度垂向航行过程的测量,参数估计结果的垂向精度相对于逐点解算结果明显提升,位置和速度均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别减小27.8%和47.2%。经大样本计算,参数序列估计值趋近于真值,垂向位置和速度偏差分别为0.042m和0.056m/s。水池试验结果表明,物理模型的高动态航行参数估计结果与惯性传感器数据相吻合,垂向位置和速度RMSE分别为0.024m和0.141m/s。新方法可为水下高动态航行体运动性能检验提供准确、平滑、连续的参数估计结果,在海上测试中有一定工程应用前景。

基于改进快速搜索树和合同网的多智能体目标分配算法

王义涛, 王俊森, 石章松, 徐慧慧, 朱伟明

2025, 46(5):  240743.  doi:10.12382/bgxb.2024.0743

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针对多智能体任务目标分配中航迹代价估算不准确的问题,提出一种基于改进快速搜索树算法的航迹代价计算方法,在合理地规划智能体运动轨迹的同时提高智能体航迹代价估算的准确性;针对改进合同网算法投标过程中优势智能体过早签约的问题,提出一种智能体投标状态转化机制,使得优势智能体可以多次参与任务竞标,实现智能体系统任务负载的均衡。仿真结果表明,新提出的航迹代价计算方法能够较好地计算智能体与目标、目标与目标之间的航迹;智能体投标转化机制解决了优势智能体过早签约导致的资源浪费,智能体系统完成任务的执行时间较之前降低6.54%,但处理优势智能体问题时新的机制会增加整个任务分配的投标轮次。

复合材料圆柱壳随机动力学解析建模及分析

吴洪瑞, 高国华, 邵东, 梁伟阁, 李池, 孙宁泽

2025, 46(5):  240761.  doi:10.12382/bgxb.2024.0761

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随着复合材料圆柱壳在导弹发射、潜艇船舶等工程领域中的广泛应用,随机载荷引起的随机振动逐渐成为其动力学设计优化的重要考虑要素。使用1阶剪切壳理论和Hamilton原理构建壳体的运动控制方程,并通过人工虚拟弹簧施加边界条件,结合虚拟激励法与回传射线矩阵法,分离出广义解向量中的非齐次激励方程,推导出基底加速度和随机载荷激励下的统一矩阵列式,以完成对复合材料圆柱壳的随机动力学解析建模及求解。将计算的平稳/非平稳随机响应结果与有限元仿真进行比较,证明新解析模型的有效性。在此基础上,开展了一系列针对功率谱的工程算例,揭示了壳体厚径比、正交各项异性比以及铺层数量对圆柱壳随机振动响应的影响。

基于多视图几何的飞行器飞行走廊冲突检测方法

徐同乐, 王兆辰, 刘方, 肖玉杰, 何翼, 斗计华

2025, 46(5):  240806.  doi:10.12382/bgxb.2024.0806

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飞行器的航路冲突检测是避免因航路冲突导致飞行器碰撞的有效手段和关键能力。将三维碰撞检测用于飞行冲突判断,提出一种基于多视图几何的飞行器飞行走廊冲突检测方法。通过广播自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B)系统获取航路信息,设计构建飞行器飞行走廊模型;基于可能发生冲突区域的局部态势三视图中图形几何关系进行飞行冲突检测。仿真验证结果表明:新方法可以直观、准确地判断飞行器飞行走廊冲突情况,相较于传统的网格化离散采样法在解算冲突情况下效率提升66.35%,在解算不冲突情况下效率提升98.17%,整体效率提升84.38%。

基于脑电信号精准识别特种车辆作业人员视听通道工作负荷

刘天程, 常若松, 解芳, 蒋泽斌, 张艺竞, 毛明

2025, 46(5):  240815.  doi:10.12382/bgxb.2024.0815

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为有效识别特种车辆作业人员视听通道负荷状态,在模拟驾驶环境中采集脑电信号,结合机器学习算法构建作业人员视听通道负荷识别模型。实验招募30名被试,通过提高场景复杂度和听觉N-back任务诱发作业人员产生视觉负荷状态与听觉负荷状态。实验结果表明:听觉负荷状态额叶δ、θ、α频段,颞叶δ、θ频段,枕叶θ频段,顶叶4个频段功率谱密度显著高于视觉负荷状态,并在θ与β频段下表现出更强的脑网络连接强度;θ频段脑区功率谱密度是视听通道负荷识别的最优特征,采用该特征的随机森林算法分类准确率可达95.68%。Shap加法解释分析显示,额叶对分类结果贡献最大。研究结果证明了脑电指标在视听通道负荷识别中的有效性,为自适应交互系统的建立提供了理论依据。

混合架构的多尺度特征交互去雾算法

刘昕昊, 陈彬, 应文健, 李沛陶, 伍世虔

2025, 46(5):  240861.  doi:10.12382/bgxb.2024.0861

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现代化战争高度依赖图像等载体收集情报。雾天环境下得到的图像会干扰对战场场景的清晰呈现,还把重要特征隐匿其中,影响信息获取。针对目前图像去雾算法普遍存在颜色失真、图像细节丢失等问题,提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)与Transformer混合架构的多尺度特征交互去雾网络(Multi-scale Feature Interactive DehazeNet,MFI-DehazeNet),采用编解码结构,以端到端的方式实现单幅图像去雾。MFI-DehazeNet网络首先设计了一种多尺度特征交互模块,该模块实现了CNN网络特征的跨尺度融合;其次改进了Transformer结构,设计一种全局特征表达模块来增强整个网络的全局表达能力,用以弥补卷积结构感受野不足的问题;来自编码器的输出融合CNN和Transformer网络这两种异构架构的信息,该输出会通过特征重建模块(即解码器)进行处理,以恢复并重建出去雾后的图像。实验结果表明,相较于其他方法,MFI-DehazeNet无论是在合成有雾图像还是在真实有雾图像上都实现了更好的去雾效果。

航行体垂向破冰数值分析与试验研究

刁震霆, 方登建, 王少蕾

2025, 46(5):  240885.  doi:10.12382/bgxb.2024.0885

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针对航行体与冰相互作用的强非线性问题,通过相似理论推导出影响航行体破冰的关键无量纲参数,进行航行体高速贯穿冰层的缩比模型试验。基于高斯拟合函数提出一个冰载荷预测公式;建立航行体破冰出水的流固耦合模型,通过改变航行体的头部形状、航行体撞击冰层的动能和冰层厚度,对破冰现象、冰载荷以及航行体运动特性进行分析。研究结果表明:在破冰过程中,航行体头部空泡的体积不断减小,肩部空泡的体积逐渐增大,空化效应越来越剧烈。当航行体初始速度为40m/s时,半球型、球锥型、尖锥型航行体的冰载荷极值分别为35700kN、33200kN、18600kN,尖锥型头部航行体破冰前后速度损失率最低,破冰效果最好;在冰层厚度为180mm、弹射压力分别为3MPa和5MPa的条件下,航行体破冰后速度分别由13.1m/s、17.8m/s降低至9.5m/s、13.4m/s;航行体破冰速度越大,速度损失率越低,动能损失越大;冰载荷极值和航行体速度损失率随着冰层厚度的增加而上升,航行体初速度对载荷特性和运动特性的影响效果随着冰层厚度的减小而弱化。

近自由面高速航行体超空泡特征研究

魏平, 翁明灯, 杨晓彬, 王首发, 王一鸣

2025, 46(5):  240886.  doi:10.12382/bgxb.2024.0886

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为了研究自由面对超空泡形状以及航行体水动力的影响,采用自适应网格方法结合流体体积方法对近自由面条件下超空泡航行体的运动过程进行数值模拟研究,分析自由面对超空泡形状、航行体升力、阻力、转矩的影响。研究发现:自由面的存在会导致超空泡尾部远离自由面偏移,超空泡的长度远小于无限水域中的超空泡长度;近自由面时,速度对航行体的升力有重要影响(小于50m/s升力为负,大于60m/s升力为正);当空泡完全包裹航行体时,仅空化器头部沾湿,航行体上的零转矩点始终出现在前端x=1D(D为空化器直径)附近,当超空泡尾部界面与航行体相交时,航行体的零转矩位置发生改变;当航行体攻角为正时,转矩受水深的影响较小,当攻角为负时,转矩受水深影响明显。

基于IFPRM-SBLFS深度学习的飞行模式智能识别方法

孙世岩, 李琳, 朱惠民, 石章松, 梁伟阁

2025, 46(5):  240893.  doi:10.12382/bgxb.2024.0893

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在实际监测任务中,及时有效地识别飞行模式至关重要。然而,现有的飞行模式识别方法主观性强、模式单一,限制了在复杂情况下的飞行监控能力,在实际应用中有局限性,进而导致模式边界定位不精确、识别精度低。为此提出一种基于敏感边界和长飞行序列的飞行模式智能识别方法(Intelligent Flight Pattern Recognition Method for Sensitive Boundaries and Long Flight Sequences, IFPRM-SBLFS),以对飞行模式进行智能识别。为了更好地探索多模式飞行参数的空间关系,设计自适应图嵌入,针对不同持续时间的飞行模式提出去噪深度多尺度自动编码器,以及用于减轻模型损失的分类加权焦点损失和回归联合时空交集损失。为验证所提方法的优越性,采集多架民用航班的真实参数,涵盖11种飞行模式,通过人工标注构建飞行模式数据集。仿真计算结果表明:新模型能够在连续飞行架次中自动区分不同的飞行模式,并准确提取模式边界,识别准确率达到了99.07%,且无需任何预处理或后处理;新的智能识别方法可以有效提高精确度和敏感边界的飞行模式识别效果。

基于动态特征的海上弹着点水柱检测跟踪算法

桂凡, 石章松, 孙世岩, 应文健, 胡卫强, 徐慧慧, 吴中红, 胡清平, 张俊

2025, 46(5):  240918.  doi:10.12382/bgxb.2024.0918

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利用可见光图像对海上弹着点水柱进行有效检测与跟踪,是实现海上自动检靶的核心。由于相机的运动、焦距的调节以及水柱的变化,现有的检测与跟踪算法依然存在较高的误报率和身份切换次数(Identity Switch Times,IDs)。为解决上述问题,提出一种基于动态特征的海上弹着点水柱检测跟踪算法。利用YOLOv8目标检测器对静态水柱进行检测,通过在浅层特征图上增加小目标检测头,增强模型对小水柱的检测能力;利用改进的ByteTrack跟踪器对水柱进行跟踪,将相机运动和卡尔曼滤波相结合,补偿由相机运动引起的跟踪偏移;结合水柱形成阶段的时空特征,采用支持向量机进行综合决策,实现对水柱的判断。实验结果表明,与传统的检测跟踪算法相比,新算法在多目标跟踪准确度、识别平均数比率和多目标跟踪精确度这3个关键性能指标上分别提升了7.8%、5.1%和0.9%;误报数减少了112次,IDs数和误检数均降至0,表明新算法不仅能够精确地检测和跟踪水柱,还能够有效地排除其他干扰因素,在整体性能上实现显著的增强。

快速运动平台电场探测干扰特征及分析

张伽伟, 谢涛涛, 肖大为

2025, 46(5):  240992.  doi:10.12382/bgxb.2024.0992

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为验证快速运动平台装备电场传感器探测舰船目标的可行性,通过分析快速运动平台背景电场的产生机理,搭建基于水面快艇的高速运动平台电场探测系统,并开展实艇海上测量试验,对快艇不同位置、快艇发动机不同工况及不同航行速度下的背景电场进行测量,并对测量结果进行分析。实测数据表明:快艇平台运动感应电场和快艇自身腐蚀及电磁辐射是背景电场的主要来源,背景电场在1Hz以下(准静态电场)频段能量较大,舰船静电场不适合作为探测信号源;航速在20节以下时,快艇探测平台在1~30Hz频段背景电场谱密度约为0.4μV/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$,舰船轴频电场可作为目标信号源。为验证快艇平台电场探测的可行性,在5~15kn不同航速下对100A·m的电场目标进行探测,探测距离达1500m,表明利用快速运动平台装备电场传感器对舰船电场进行探测是实际可行的。

基于强化学习冲突消解的大规模无人机集群航迹规划方法

周桢林, 龙腾, 刘大卫, 孙景亮, 钟建鑫, 李俊志

2025, 46(5):  241146.  doi:10.12382/bgxb.2024.1146

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面向大规模无人机集群协同作业场景,针对航迹冲突频繁导致集群航迹规划高耗时的问题,开展基于强化学习冲突消解的大规模无人机集群航迹规划方法研究。构建“顶层冲突消解-底层航迹规划”的双层规划架构,降低航迹冲突的时空维度。在顶层冲突消解层,设计基于Rainbow DQN (Deep Q-Networks algorithm)训练框架的冲突消解策略网络,将每个航迹冲突的消解过程转换为二叉树拓展左、右树节点的动作选择过程,实现不同冲突消解顺序与冲突消解结果的映射,减少树节点的遍历,提高冲突消解效率;在底层航迹规划层,将时间维度引入空间避碰策略,提出基于节点重扩展机制的跳点搜索法(Re-planning Jump Point Search, ReJPS),增加规划可行域,提升航迹冲突的消解能力。仿真结果表明:相比基于CBS (Conflict Based Search)+A^*方法与CBS+ReJPS航迹规划方法,新方法在最优性相当的前提下,平均规划耗时分别降低了86.64%和19.65%。