兵工学报

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2025, 46(9): 0-0.

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行进间无人车载炮稳定系统自抗扰自适应复合控制

袁树森, 胡哲, 易文俊, 邓文翔, 姚建勇, 杨国来, 管军, 王一珉

2025, 46(9): 240888. doi:10.12382/bgxb.2024.0888

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针对行进间无人车载炮稳定系统存在复杂非线性和随机扰动影响的问题,提出一种自抗扰自适应复合控制策略。建立计及执行器动态和模型不确定性的无人车载炮稳定系统机电耦合动力学方程;基于反步思想将自适应控制和扩张状态观测器巧妙融合,构造参数自适应律在线更新系统的未知参数,利用双通道扩张状态观测器实时估计系统的匹配和不匹配干扰并进行前馈补偿;由于车载炮稳定系统的参数不确定性主要由自适应技术解决,因此进一步降低了扩张状态观测器的学习负担,提高了行进间无人车载炮稳定系统的跟踪性能,避免了高增益反馈的影响;基于Lyapunov函数的稳定性分析表明,当系统只存在常值干扰时可以实现车载炮的渐近稳定,即使存在时变不确定性也能确保车载炮稳定系统获得规定的瞬态性能和跟踪精度;通过对比联合仿真和模拟试验证明了自抗扰自适应复合控制策略的有效性和可行性。

基于改进蜣螂优化算法无人机三维航迹规划

纪录, 陈超, 陈恒

2025, 46(9): 241068. doi:10.12382/bgxb.2024.1068

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针对无人机三维航迹规划识别威胁或者禁飞区域存在搜索盲点问题和提高全局航迹规划能力,传统的蜣螂智能优化算法具有良好的全局搜索能力,但其性能受到初始化参数设置的影响,会出现局部搜索出现盲点、种群之间不交流等问题,为此提出多策略改进型的蜣螂优化算法。采用新型混沌映射、新型柯西-洛伦兹游走策略、改进三角游走策略和新型柯西逆累积分布函数游走策略分别改进初始化参数、蜣螂滚球行为、小蜣螂觅食行为和蜣螂偷窃行为;采用改进纵横交叉策略对各个种群蜣螂进行交叉;通过多种策略改进提高了无人机识别威胁区域和全局航迹规划能力。研究结果表明了改进型蜣螂优化算法在无人机航迹规划的优越性,相比于传统蜣螂智能优化算法,改进优化算法总的代价只有传统算法的57.88%,总的代价降低42.12%;相较于沙猫群算法、粒子群优化算法、河马算法和灰狼算法总的代价分别降低38.37%、38.80%、44.17%、41.80%。

基于多尺度双重注意力网络的雷达信号调制识别方法

廖仁龙, 罗忠涛, 殷水军, 张伟

2025, 46(9): 240447. doi:10.12382/bgxb.2024.0447

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针对低信噪比环境下复杂多类雷达信号调制识别准确率低的问题,提出一种基于时频融合特征与多尺度双重注意力网络的新方法。通过应用平滑伪Wigner-Ville分布、傅里叶同步压缩变换和基于变分模态分解的希尔伯特黄变换3种时频分析方法,并结合去噪预处理技术,将雷达信号转换为三通道时频特征图,显著增强了特征的稳健性与表达力。设计了一种多尺度双重注意力网络,通过多尺度通道注意力机制实现跨尺度信息融合与噪声抑制,同时利用多尺度空间注意力自适应感知雷达信号的时频结构,并通过门控融合与残差连接技术进一步整合信息。实验结果表明,在信噪比为-10dB的条件下,新方法对12类典型雷达信号调制方式的平均识别率达到98.99%,显示出良好的稳健性。

基于改进粒子群优化算法的多弹打击面目标瞄准点优化方法

尹鹏, 黄风雷, 石科仁, 严雪飞, 刘彦, 晏江, 俞杰

2025, 46(9): 240894. doi:10.12382/bgxb.2024.0894

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针对多弹打击复杂形状面目标时的瞄准点优选问题,提出一种改进粒子群优化算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)优化多弹最佳瞄准点。构建瞄准点选择模型时,综合考虑面目标区域形状、区域关联、弹药威力区域、弹药命中精度、累积毁伤和多弹联合毁伤等复杂因素对目标毁伤效果的影响。通过预分配粒子位置和引入粒子活化能改进了粒子群优化算法,在提升算法收敛速度的同时又确保了其全局搜索能力,通过典型复杂面目标测试用例验证算法性能。研究结果表明,IPSO算法相比于蒙特卡洛算法、粒子群优化算法和改进灰狼优化算法具有更优的瞄准点选择能力,平均毁伤收益提升4.3%,且平均瞄准点选择耗时仅为其1/4~1/3,在毁伤收益和计算效率上具有明显优势。

基于改进CNN-LSTM的开关闩故障诊断方法

高振华, 秦奋起, 王琳琳, 于存贵

2025, 46(9): 240818. doi:10.12382/bgxb.2024.0818

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针对某舰炮开关闩机构关重件磨损和弹簧弹性减弱两类典型故障模式,传统故障诊断方法主要依赖于人工检查、专家经验推理和理论仿真等方法,不仅时间周期较长,而且诊断精度难以保证。针对此问题,采用深度学习的方法,提出一种基于麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)的格拉姆角场结合卷积神经网络和长短期记忆神经网络(Graham Angle Field-Convolutional Neural Network-Long Short-Term Memory,GAF-CNN-LSTM)的开关闩故障诊断方法。通过试验台架采集开关闩机构故障原始信号并进行预处理,通过时频分析法和格拉姆角场法建立一维时序数据和二维图像故障数据集;将故障数据集分别输入到使用卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)通道中,利用CNN强大的空间特征提取能力和LSTM挖掘数据时序特征能力进行特征提取,并将二者得到的特征信息进行融合,在全连接层和激活函数的作用下输出诊断结果;通过SSA对GAF-CNN-LSTM网络结构中的超参数进行优化,提高模型的诊断精度和适用性。经测试数据验证:提出的SSA-GAF-CNN-LSTM故障诊断模型不仅可以更精准地诊断开关闩机构故障类型,而且具有更强的泛化能力及抗干扰能力,有效地提高了开关闩机构故障诊断的性能。

无人机末端机动规避中远距空空导弹策略

张沛, 张安, 毕文豪, 毛泽铭

2025, 46(9): 240972. doi:10.12382/bgxb.2024.0972

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针对在超视距空战中,战斗机难以规避中远距空空导弹的问题,根据加装侧向助推火箭的无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的特点,给出了拥有短时间内大过载侧向机动能力的UAV末端机动规避中远距空空导弹的可行策略。建立了UAV与中远距空空导弹的模型,研究了UAV在中远距空空导弹攻击末端时,侧向过载启动时间、侧向过载大小、侧向过载方向对导弹脱靶量的影响。仿真实验结果表明,UAV应在侧向过载可持续时间内使用最大可用侧向过载规避中远距空空导弹。当导弹迎头来袭时,应采取爬升方式规避导弹;当导弹前侧向来袭时,应采取同侧向爬升和俯冲方式规避导弹。

带空穴柱形装药壳体破片爆炸驱动特性

王辰旭, 张甲浩, 蔡轶强, 周晟, 龚杰, 陈鹏万, 余庆波

2025, 46(9): 241089. doi:10.12382/bgxb.2024.1089

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为研究带空穴柱形装药壳体破片爆炸驱动特性,揭示空穴装药结构对壳体破片初速的影响机理,利用数值仿真研究不同空穴锥角下壳体破片爆炸驱动过程和初速分布规律。通过分析稀疏波传播路径、速度损失系数和破片加速过程,拟合了壳体破片初速沿轴向分布函数,计算结果与数值仿真结果之间的相对误差不超过15%。研究结果表明:稀疏波的提前产生和横截面装填比的降低是破片初速下降的主要因素;非起爆端破片初速随空穴锥角的减小和空穴锥顶高度的增大而减小;非起爆端反射稀疏波为近似平面波且与空穴表面呈一定角度,稀疏波到达壳体的时间与壳体的轴向位置呈线性正相关关系;横截面装填比与k呈二次函数关系,k为该横截面距非起爆端的长度和锥顶高度之间的比值,速度损失系数随比值k的减小呈指数形式衰减;研究成果可对破甲杀伤复合战斗部和带空穴结构的可变形破片战斗部的总体结构设计、材料选型及结构优化提供有益参考。

基于改进多目标粒子群优化算法的主动声呐浮标布阵优化

毕文豪, 吴宇轩, 许洋, 张安

2025, 46(9): 240897. doi:10.12382/bgxb.2024.0897

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主动声呐浮标作为反潜机广泛使用的探潜设备,研究其布阵优化方法对快速有效地完成反潜作战任务、提升反潜作战的效率有着重要意义。针对现有研究中潜艇位置散布模型与主动声呐浮标搜潜范围简化,难以契合实际场景需求的问题,建立应召搜潜场景下潜艇在概略航向已知和速度未知条件下的散布规律模型与基于主动声呐方程和网格法的主动声呐浮标阵列搜潜效率评定模型;通过引入Kent映射、动态调整的惯性权重和学习因子,提出基于改进多目标粒子群优化算法的浮标布阵优化方法,并在应召搜潜场景下进行仿真验证。仿真结果表明,在不同场景下所提算法均能得到最优部署方案,验证了新算法的可行性和有效性;与其他算法对比,在相同投放量下新算法搜潜概率更大,求解时间更短,证明了新算法的优越性。

针对高速机动目标的逆轨协同围捕方法

李沛璘, 郭杰, 王浩凝, 刘友新, 万泱泱, 唐胜景

2025, 46(9): 240979. doi:10.12382/bgxb.2024.0979

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针对三维场景下临近空间高速机动目标的协同拦截问题,提出一种基于虚拟目标点的逆轨协同围捕方法。通过分析目标的机动范围,结合拦截弹导引特性,推导弹群理想攻击时间的计算方法,将高速机动目标的围捕问题转化为特定时间与特定角度命中空间固定平面上某一点的问题。基于理想攻击时间与攻击角度,在空间中选取虚拟目标点进行引导,使拦截弹的命中角度符合逆轨拦截条件,从而降低对拦截弹速度的需求。通过数值仿真,对典型C形和S形两种机动的目标进行拦截试验。仿真结果表明,所提方法能够成功拦截不同机动强度C形和S形机动目标,且弹群最小脱靶量小于3m,命中角度能够满足逆轨拦截要求,具备较好的适应性。

面向多平台通用的火炮模块化火力系统总体设计及适配性评估

单春来, 任灿, 高华, 杨华实, 张凡凡, 刘朋科

2025, 46(9): 241039. doi:10.12382/bgxb.2024.1039

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针对火炮装备模块化设计中存在的通用模块总体设计不足及适配性评估欠缺的问题,提出一种面向多平台通用的模块化火力系统设计方法。以某大口径火炮为研究对象,采用参数化建模与多级优化算法,构建基于发射动力学的模块化设计流程,开发相应的适配性评估方法及工具,并运用该适配性评估工具对某火力系统在四型底盘上的通用性设计进行评估。研究结果表明:履带式底盘可完全适配,轮式底盘需降低装药量,车载式底盘需调座圈位置,两栖式底盘需减重55%以上;该设计流程和评估方法显著提高了火炮装备的仿真和优化设计效率,且对于更多设计变量和工况的同类问题可直接应用,为武器装备模块化设计和优化提供了有力的技术支撑。

爬壁机器人矩形闭环磁阵列吸附模块改进与优化

施琦, 茅云生, 水金朋, 陈柳屹, 梁棋钰, 宋利飞

2025, 46(9): 241013. doi:10.12382/bgxb.2024.1013

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为提升爬壁机器人有限安装空间内的磁吸附效率、均匀磁场分布,提出一种基于Halbach的矩形闭环磁阵列吸附模块及参数优化方法,改善了直线型经典Halbach磁阵列吸附模块端部效应引起的磁吸附力衰减、漏磁,具有易安装、磁吸附力分布均匀的特点。通过建立考虑端部效应的磁吸附力衰减模型,利用仿真技术研究磁路结构变化对磁场分布和梯度的影响,确定了高吸附效率的结构配置。提取整合关键结构尺寸参数,采用随机均匀采样策略和响应面法建立非线性回归预测模型,并通过粒子群优化算法求解结构参数,得到最优磁吸附力参数组合。研究结果表明:所构建的预测模型展现出较高的可信度和精度,其平均相对误差仅为1.2615%;经过优化设计的矩形闭环磁阵列吸附模块,其磁吸附力性能增幅达到33.54%。为验证优化流程的有效性,进行了磁吸附模块的拉力实验以及机器人的运动越障测试,在曲面及含有焊缝障碍的壁面环境表现良好。

基于距离-多普勒图和自适应特征选择网络的超宽带雷达地面目标识别方法

黄文宇, 熊刚, 李龙龙, 张淑宁, 郁文贤

2025, 46(9): 241057. doi:10.12382/bgxb.2024.1057

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针对冲击脉冲超宽带雷达(Impulse Radio Ultra-Wideband Radar,IR-UWBR)在小样本条件及探测场景复杂等挑战下导致目标识别能力不足的问题,提出基于距离-多普勒图与自适应特征选择网络(Range-Doppler Map and Adaptive Feature Selection Network,RDM-AFSN)的运动目标识别方法。在分析IR-UWBR在慢时间维接收回波信号规律的基础上,建立了IR-UWBR多普勒信息提取模型。同时,深入分析运动目标距离-多普勒图由于背景信息复杂、目标种类多导致图像空间特征差异大的特性,构建基于坐标软阈值去噪模块与空间自适应下采样层的RDM-AFSN目标识别模型。实验结果表明,所提模型能够有效提高小样本条件下对运动目标的分类能力,对不同场景下的同类目标均有较好的识别效果,与常用于地面目标识别的卷积-循环深度网络和图像编码深度网络相比,所提出的RDM-AFSN在识别准确率上分别提高了3.64%和7.53%。

不同聚能装药水中冲击引爆靶后B炸药特性研究

张雪梅, 谢兴博, 钟明寿, 顾文彬, 杨贵丽

2025, 46(9): 241046. doi:10.12382/bgxb.2024.1046

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为研究不同聚能装药水中冲击引爆靶后炸药的性能,选择爆炸成型弹丸(Explosively Formed Projectile,EFP)、杆式射流(Jetting Projectile Charge,JPC)、聚能射流(Shaped Charge Jet,JET)3种聚能装药结构,开展水中侵彻和水中冲击引爆试验,得到不同聚能装药侵彻体入水前、着靶前和穿靶后的实测速度及对弧形靶板的侵彻效果和对靶后B炸药冲击引爆效果,并对比分析不同聚能装药水中冲击引爆机理及其在不同水介质长度下的冲击起爆系数k值的变化规律。研究结果表明:随着水介质长度的增加,3种聚能装药在水中冲击引爆靶后炸药的性能均呈非线性减小变化,且JPC的性能优于JET和EFP;3种聚能装药在穿透0~100cm水介质长度和2cm厚度的金属靶板后隔水冲击引爆B炸药的临界冲击起爆系数为18.22mm³/μs²。

高过载环境下弹载电子封装焊点失效机理

刘启明, 樊铮炎, 李涛, 杨伟龙, 韩旭

2025, 46(9): 241006. doi:10.12382/bgxb.2024.1006

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弹载电子封装焊点作为制导炮弹控制系统的重要组成部分,在膛内发射时会承受上万g、数毫秒的高过载作用,极易导致其发生过载损伤。然而,由于膛内发射过载环境复杂,多载荷耦合作用明显,使得弹载电子封装焊点的失效分析研究困难重重。为开展高过载弹载电子封装焊点失效机理研究,通过空气炮试验平台对电子封装测试装置开展高过载试验,获取电子封装在不同过载条件下的力学响应,采用无损检测方法对电子封装进行损伤检测并开展失效分析;建立电子封装焊点数值模型并对其进行仿真,进而获取电子封装焊点在高过载环境下的力学响应特性。研究结果表明:弹载电子封装焊点在垂直载荷方向上应力小于平行载荷方向的应力,且载荷幅值增加将提升电子封装焊点受力,而载荷脉宽过大会降低焊点受力;研究成果为弹载电子封装焊点失效分析提供了一种参考依据和借鉴。

基于正交试验的固体火箭超燃冲压发动机优化设计

冯滢, 付文娟, 胡振坤, 唐勇, 赵马杰, 石保禄

2025, 46(9): 240820. doi:10.12382/bgxb.2024.0820

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为研究固体火箭超燃冲压发动机中硼颗粒点火和燃烧特性以及补燃室结构对发动机燃烧性能的影响,编写表征硼颗粒点火和燃烧过程的用户自定义程序,分析超燃冲压发动机中凝相颗粒的燃烧释能动态特征。基于正交设计试验方法,分别从颗粒特征参数和发动机结构角度出发,分析硼颗粒粒径、燃气入射角和凹腔深度以及两两之间交互作用对发动机燃烧效率的影响规律。研究结果表明:通过极差和方差分析,各因素对发动机燃烧效率影响大小排序为硼颗粒粒径>粒径与燃气入射角度的交互作用>燃气入射角>凹腔深度>燃气入射角和凹腔深度的交互作用>粒径与凹腔深度的交互作用,最终确定的最优组合燃烧效率达77.01%;硼颗粒粒径对于固体火箭冲压发动机燃烧效率具有高度显著影响,粒径与燃气入射角的交互作用的影响不容忽视。

类椭圆截面弹侵彻有限厚混凝土靶板弹道特性

时振清, 刘彦, 王晓锋, 闫俊伯, 白帆, 司鹏, 黄风雷

2025, 46(9): 241051. doi:10.12382/bgxb.2024.1051

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为探索类椭圆截面弹体侵彻有限厚混凝土靶板的弹道特性,开展了类椭圆截面弹体正、斜侵彻不同厚度混凝土靶实验。结合有限元-光滑粒子伽辽金数值模拟方法,研究类椭圆截面弹体不同侵彻阶段纵向加速度和弹道偏转角度的变化趋势,分析着靶速度、靶板厚度、着靶倾角、滚转角和攻角等因素对弹道偏转的影响规律。研究结果表明:类椭圆截面弹体正侵彻有限厚靶板时,弹道会向小端侧偏转,且随着靶板厚度的增加,弹道偏转角随之增大;通过数值模拟分析发现弹道偏转主要发生在隧道阶段和冲塞阶段,开坑阶段造成的偏转仅为最终偏转角度的1.4%;存在一个临界着靶速度,使高于此速度下的正侵彻弹道偏转角随着侵彻速度增加而减小,低于此速度时变化规律相反,临界速度随靶厚增加呈现先上升、再下降至稳定值的非单调变化规律;弹体以同一倾角斜侵彻时,随着攻角的增加(-6°~ 6°),弹道由向下偏转变为向上偏转,当攻角为2°时,在0°~ 30°着靶倾角范围内,具有良好的弹道稳定性;在Oxz平面上,弹体姿态的稳定性随滚转角的增大总体上呈先减弱、后增强的趋势,当滚转角小于150°,弹体结束与靶体作用后,弹体呈现负攻角。

陶瓷/纤维防弹板在多发冲击下能量耗散和损伤评估

霍子怡, 何成龙, 贾松, 杨可谞, 毛翔, 黄治镡, 蒲彦蓉

2025, 46(9): 240807. doi:10.12382/bgxb.2024.0807

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陶瓷/纤维防弹板广泛应用于单兵防护装备,研究其抗多发冲击性能对于减少士兵伤亡有重要意义。以Al₂O₃/超高分子量聚乙烯拼接防弹板为研究对象,针对弹着点不同位置开展了数值模拟,并与实验结果进行对比分析,验证数值模拟结果的可靠性。基于陶瓷和纤维破坏结果得出防弹板吸能与损伤特征的关系,有效计算下一次冲击的穿透概率。研究结果表明:第1发弹着点位于陶瓷片中心、两片接缝或四角拼接时,防弹板的破坏模式大致相同,接缝处陶瓷层抗冲击性能降低;第1发弹着点位于陶瓷片中心时,第2发子弹在两片接缝处穿透防弹板;随着两发弹着点距离越近陶瓷层吸收的能量越少,纤维层吸收能量越多;两发弹着点位于平行相隔和对角相隔时,中间陶瓷片未产生宏观破坏;当第1发弹着点位于陶瓷片中心时,第2次冲击的穿透概率为1.04%;当前第1发弹着点位于陶瓷片中心时,第2次冲击分别位于水平相邻中心、四角拼接、对角相邻中心时,第3次冲击防弹板穿透概率分别为5.45%、7.35%、5.05%;该方法可快速评估受损装备的抗多发侵彻能。

军用车辆广域实时成像算法及系统研究

吴靖, 林建华, 黄炅, 杨铮, 黄峰

2025, 46(9): 240903. doi:10.12382/bgxb.2024.0903

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为解决坦克、装甲车等军用车辆在使用多相机探测系统进行环境感知时,多相机图像重叠区域小、视差大及实际应用场景中特征信息复杂多变导致广域成像困难的问题,提出一种基于棋盘格科尔多瓦大学增强现实(Chessboard Augmented Reality University of Cordoba,ChArUco)平板标定的广域实时成像算法,并设计一款军用车辆广域视觉增强系统,用于驾驶员在视野受限的密闭车厢内对车外环境进行实时成像。该算法利用ChArUco平板在受遮挡情况下仍可准确标定的特点,实现对小重叠多相机系统的精确标定,通过标定参数进行投影变换,避免图像特征信息的干扰,有效应对复杂特征场景,同时通过光流关系融合消除重叠区域的视差,并利用投影查找表和并行加速优化方法,实现广域实时成像。该算法部署于移动计算平台,形成完整的广域视觉增强系统。实验结果显示,该系统及算法能够适应多种场景的广域实时成像需求,提升军用车辆在复杂环境中的视觉感知能力。

基于串联神经网络的雷达罩抗爆性能厚度等效模型

陈常发, 武军安, 郭锐, 崔浩, 闫帅印, 周昊

2025, 46(9): 241001. doi:10.12382/bgxb.2024.1001

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为了开展复合材料雷达罩在远场爆炸载荷作用下的厚度等效研究,以纤维增强聚合物(Fiber-Reinforced Polymer,FRP)复合材料层合板为研究对象,提出一种基于挠度等效原则的串联人工神经网络(Serial Artificial Neural Network,S-ANN)模型,用于预测不同性能玻璃纤维雷达罩之间的厚度等效关系。建立爆炸载荷作用下FRP层合板动态响应有限元模型,通过批量计算有限元模型,获得不同比例距离、层合板厚度、密度及纵向弹性模量条件下的FRP层合板最大挠度,基于此建立S-ANN厚度等效模型,实现不同种类FRP材料在远场爆炸载荷作用下的厚度等效。采用 $A ¯ B ¯ C ¯ D ¯$ 传输矩阵和数值仿真方法,分析玻璃纤维等效雷达罩的频率响应特性。研究结果表明:远场爆炸载荷作用下,纵向弹性模量对玻璃纤维雷达罩的抗爆性能和等效厚度的影响最大;等效厚度对雷达罩传输效率幅值的影响很小,但会改变雷达罩传输效率的谐振频率。所得研究成果能够为雷达罩厚度等效研究及相关优化设计提供参考。

液力缓速器压力油箱动态充液过程制动转矩特性

魏巍, 贾磊磊, 柯志芳, 司录荣, 陶天朗, 马源清, 闫清东

2025, 46(9): 241086. doi:10.12382/bgxb.2024.1086

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液力缓速器在行车辅助制动系统中发挥着关键作用,其面临的主要挑战是制动转矩的快速响应与精确预测难题。为实现快速起效,重型装备采用压力油箱加速充液,但在充液过程中油箱压力和动轮转速的变化会动态影响充液流量与制动转矩。为此构建考虑压力油箱的液力缓速制动系统充液过程预测模型,实现轮腔入出口流动参数边界条件的双向动态更新,并深入探讨轮腔系统与充放液控制系统的动态液力液压耦合关系。仿真结果与实验结果对比表明:所建模型对峰值转矩的预测误差为15.61%,响应时间误差为15.04%,验证了所构建的模型能够有效探究实车压力油箱供油条件下液力缓速器的制动特性;进一步分析压力油箱特性对给定惯量和初始转速下制动转矩特性的影响,明晰了压力油箱参数对充液动态过程的调控机制。

基于微运动片段的履带式车辆多路面-三维度工况构建方法

胡据林, 何洪文, 韩雪峰

2025, 46(9): 240881. doi:10.12382/bgxb.2024.0881

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为对履带式动力平台进行评估,提出一种基于微运动片段的多路面三维度工况构建方法,旨在解决履带式车辆工况构建中路面类型多、短行程片段较长及影响因素维度多等问题。通过对采集的履带车辆行驶数据进行清洗,并提取行驶片段的速度、角速度及地面行驶阻力系数等三维度数据,结合K-means聚类方法,将行驶片段分类为铺面路、砂石路和起伏土路3种典型路面。依据短行程片段的最小加权三维变化率,将其切分为微运动片段,并进行特征提取与聚类分析。基于微运动片段马尔可夫转移概率构建三维度循环工况,并提出相应的综合评价体系。构建的工况总时长约2000s,3种路面的平均特征覆盖率达到94.63%,真实反映了履带式车辆的行驶特性,具备较高的代表性,为履带式车辆的仿真和台架测试提供了有效工具。

主动通气对螺旋桨尾流的影响

王志博, 顾津菁, 钱浩城

2025, 46(9): 240905. doi:10.12382/bgxb.2024.0905

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针对气泡流对于螺旋桨尾流的影响,基于剪切应力传输k-ω(k为湍流动能,ω为湍流动能耗散率)分离涡模拟湍流模型与体积分数方程,结合滑移网格技术开展了螺旋桨在气泡流中尾流动力学特性的数值研究,对KP505桨绕流数值模型进行验证,基于多相来流中螺旋桨尾涡的演化机理,提出螺旋桨尾涡演化模型。研究结果表明:所提模型能够较为准确地模拟螺旋桨尾涡的演化过程,对螺旋桨尾流不稳定性的触发机理进行了揭示,径向通气位置影响螺旋桨的翼梢涡和桨毂涡强度与耗散,轴线处通气使桨毂涡膨胀,并使得翼梢涡在远场连通成为涡环,通气位置向翼梢移动,翼梢涡系加速扩张并迅速耗散;研究结果对为螺旋桨设计与制造具有一定的参考价值。

超大弧厚硝基胍发射药的力学及燃烧特性

陈令, 梁宏业, 王寿宇, 王磊, 刘琼, 南风强, 堵平, 何卫东

2025, 46(9): 241000. doi:10.12382/bgxb.2024.1000

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随着未来战争向全域化作战方式转变,作战武器携行弹药必然面对极端高温或低温贮存、运输和使用等环境。硝基胍发射药具有高能低烧蚀特性,广泛应用于大口径武器。为研究某舰载大口径武器用超大弧厚发射药(弧厚4.2mm)的力学与燃烧等特性,通过差热扫描量热仪-热重分析、密闭爆发器实验、简支梁抗冲击和落锤临界破碎强度测试,研究超大弧厚硝基胍发射药的热分解性能、力学与燃烧性能,并借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、X-射线光电子能谱等表征研究发射药的结构形貌与组成。研究结果表明:超大弧厚硝基胍发射药在不同温度条件下燃烧性能稳定,燃烧曲线平滑无阶跃,符合发射药燃烧规律;与某定型配方叠氮硝基胍发射药相比,在相同弧厚与相同落锤重量条件下,超大弧厚硝基胍发射药在不同温度条件下的临界破碎的落锤高度更高、冲击强度更大,简支梁抗冲击强度为叠氮硝基胍发射药的1.6倍以上,证明超大弧厚硝基胍发射药力学性能优良;此外,超大弧厚硝基胍发射药的热稳定性良好;研究结论可为今后舰载等高性能作战平台的大口径武器用超大弧厚发射药的研制提供基础支撑与指导。

基于FDA-MIMO的无线电引信低截获点状波束设计方法

贾金伟, 高敏, 韩壮志, 王毅, 孟硕, 李超旺

2025, 46(9): 241122. doi:10.12382/bgxb.2024.1122

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当前,无线电引信面临严峻的信息型干扰环境,为保证无线电引信在战场上稳定发挥毁伤效能,抗信息型干扰相关技术成为无线电引信抗干扰领域的研究热点。根据引信干扰机先截获后转发干扰的工作流程,着眼于无线电引信的低截获波束设计,并结合频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)-多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术独特的S形弯曲阵列方向图,探索基于FDA-MIMO的无线电引信低截获点状波束设计方法。在分析FDA-MIMO的波束函数后,聚焦于阵元频偏设置对波束合成的影响这一关键点。通过将波峰点与功率下降点设置在较近距离范围Δr内,实现在波峰点附近以Δr为半径的较小邻域内波束幅值较大,而在其他范围波束幅值快速下降的目标,进而运用波束函数解算出各阵元频偏,得到以阵元频偏设置公式为核心的低截获点状波束设计方法。仿真结果表明:在低截获点状波束设计方法的指导下,FDA-MIMO波束在距离维半功率波束宽度为1m和角度维半功率波束宽度为9°,波束汇聚性能和低截获性能明显好于其他经典频偏设置方法;该设计方法为基于FDA-MIMO的无线电引信低截获波束设计提供了理论支撑,可以提高无线电引信的低截获性能,更好的发挥战场毁伤效能。

分布式弱反射光纤光栅水听器线列阵指向性分析与测试

顾宏灿, 王佳蓓, 王鹏, 祝苗, 姚高飞, 黄俊斌, 吕加庆

2025, 46(9): 240792. doi:10.12382/bgxb.2024.0792

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为提高光纤水听器线阵列的目标探测性能,设计一种连续螺旋缠绕增敏的柔顺型分布式弱反射光纤光栅水听器线列阵。分析远场平面波的水声作用机理,根据弹性力学理论建立水听器声压相位灵敏度模型;光纤连续螺旋缠绕于高密度聚乙烯材料中空柱体,若光栅间光纤长度为10m,水听器单元的灵敏度为-133.99dB(re 1 rad/μPa),搭建6元分布式弱反射光纤光栅水听器线列阵消声水池实验系统。实验结果表明,水听器平均声压灵敏度为-136.00dB,单元指向性测试曲线与理论曲线整体趋势一致,波束响应测试曲线与理论曲线在最大值对应方位、波束宽度方面完全吻合。

考虑表面柔性接触的陀螺摆加速度计装配位姿偏差计算与分析

张健, 刘检华, 张国锐, 夏焕雄, 张福礼, 沈宏达

2025, 46(9): 240826. doi:10.12382/bgxb.2024.0826

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针对设计阶段如何准确把握陀螺摆加速度计装配位姿精度的问题,提出考虑非理想配合面柔性接触行为的装配位姿偏差计算方法。依托位姿的试探调整策略,建立基于多自由度力系平衡条件的装配位姿偏差问题模型,提出用于解算此模型的第3代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms Ⅲ,NSGA-Ⅲ)框架。以陀螺摆加速度计的同轴装配位姿精度预测为例,与经典小位移旋量(Small Displacement Torsor,SDT)方法和主流迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)方法对比,验证所提方法的有效性和准确性。研究结果表明,该方法有能力提高陀螺摆加速度计装配位姿精度预测的准确性,可为保障我国高端惯导产品的精度性能提供帮助。

光敏炸药喷雾分布模型构建及均匀喷涂技术验证

董鹏举, 徐畅, 仵可, 随亚光, 陈博, 姚伟博, 张德志, 徐海斌

2025, 46(9): 241059. doi:10.12382/bgxb.2024.1059

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为提高利用光敏炸药加载冲击载荷时的载荷精度,针对自研的喷涂系统,深入研究光敏炸药的喷雾沉积分布规律。获取不同喷涂距离(10cm、15cm、20cm)下光敏炸药喷雾沉积效率、喷雾宽度、喷雾面密度分布与喷涂距离之间的关系,拟合得到光敏炸药喷雾沉积分布规律方程;基于喷雾分布模型及喷雾叠加原理,开展平板均匀性喷涂及同步起爆验证性实验研究。研究结果表明:喷雾分布呈中间高两边低的规律,随着喷涂距离的增加,有效喷雾宽度逐渐增加,沉积效率逐渐降低;通过合理规划喷涂路径,可实现平面均匀性喷涂,测量得到的光敏炸药涂层面密度与设计值最大偏差为3%;光敏炸药起爆最大不同步时间为8.52μs;研究成果为今后光敏炸药精密加载技术的应用奠定了基础。

浅水效应对水陆两栖车辆水动力性能影响

肖子寻, 刘昊然, 陈泰然, 黄彪, 王国玉

2025, 46(9): 240809. doi:10.12382/bgxb.2024.0809

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喷水推进器是水陆两栖车辆在水面航行时的主动力,水陆交界地带不同航行深度下车体姿态与推进器进流条件存在较大差异,从而对推进性能产生显著影响。为研究水深条件下两栖车辆与喷水推进器的相互影响规律,以喷水推进式水陆两栖车辆为研究对象,采用有限体积法、剪切应力输运模型(Shear Stress Transport Model,SST)、流体体积(Volume of Fluid,VOF)两相流模型与动态流体-刚体相互作用模型(Dynamic Fluid Body Interaction,DFBI)对不同喷水推进器转速、不同水深条件下泵车一体化的两栖车辆水动力性能开展了数值计算。完成了网格不确定性分析,通过计算数值与试验结果对比验证了算法准确性,获得了泵车一体化水陆两栖车辆在不同航行条件下的运动规律、流场分布特性与水动力性能。研究结果表明:深水环境中,两栖车辆处于排水航行状态,车体姿态在低速航行时变化较大,从而影响了推进器内流体轴向流动稳定性;高速航行时车体航行状态与推进器的流量、扬程相对稳定;浅水环境中,两栖车辆在低速航行时处于亚临界状态,相较于深水环境中有着更大的纵倾角与下沉量,车体所受阻力较深水工况平均增加13.65%;高速航行时两栖车辆进入超临界状态,车体迅速上浮且航速与深水工况持平,稳定后姿态变化幅度较小,推进器性能稳定性有所提高;在不同深度的浅水环境中,低速航行时更浅环境中的车体受到浅水效应影响更明显、所受阻力更大,而高速航行时不同深度的两栖车辆水动力性能无明显区别;因此,两栖车辆经过浅水区域时应增大推进器输出功率,快速进入超临界状态以削弱浅水效应的影响。

L型互质阵的低复杂度无网格二维DOA估计方法

王绪虎, 冯洪浩, 郑蕾, 韩晶, 刘永伟, 孙高利, 陈建军, 王辛杰

2025, 46(9): 241053. doi:10.12382/bgxb.2024.1053

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为降低L型互质阵的无网格类矩阵重构方法的计算复杂度,提高低信噪比下的角度匹配成功概率,提出一种L型互质阵的低复杂度无网格二维波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法。利用共轭增广方法,通过求解阵元间的互相关函数,实现x轴和z轴互质阵的阵列虚拟扩展;依据矩阵形式的原子范数思想,通过解耦原子范数最小化方法,实现阵列插值;通过求根多重信号分类方法,得到各轴夹角的估计值;依据信号子空间和阵列流型矩阵的空间一致性,通过求解代价函数,实现角度匹配。为进一步降低计算复杂度,将矩阵形式的原子范数与酉变换相结合,通过实值解耦原子范数最小化方法,实现酉阵列插值。研究结果表明:所提方法一方面提高了DOA估计精度,降低了计算复杂度,提高了角度匹配成功概率;另一方面则通过牺牲部分DOA估计精度和阵列自由度,进一步降低了计算复杂度;通过仿真实验验证了该方法的可行性和优势。

基于L_p范数约束的水下高精度定位方法

王奇, 王英民, 诸国磊

2025, 46(9): 240940. doi:10.12382/bgxb.2024.0940

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针对水下到达时间定位技术定位易于受到测距误差影响的问题,提出一种基于L_p范数的相似度匹配定位算法。该算法首先建立了包含环境参数的距离矢量模型,构造了相似度匹配定位算法,通过求取距离矢量与拷贝矢量的L_p范数,完成相似度的分析,实现目标在观测区域的三维定位。为验证算法的性能,将该算法与最小二乘定位算法相比,使用蒙特卡洛仿真分析了水平面的定位误差以及三维空间的定位误差分布规律;最后使用水池试验对算法进行验证,定位误差的均值由0.0555m降低到0.0256m,误差标准差由0.0345m降低到0.0072m。仿真和实验结果表明,该算法具有与常规定位技术相似的误差分布规律,由于直接对距离矢量进行匹配,定位精度同样受到测距精度的影响,但测距误差间无耦合传递现象,可提高定位精度,且结果更稳健。此外,该算法考虑了环境参数对测距的影响,具有应对声速梯度随空间变化的能力。

基于可压缩多相流模型的舰艇附近水下爆炸数值模拟

俞万里, 杨澳, 汤兆烈, 程晗, 张之阳, 刘葳兴

2025, 46(9): 240956. doi:10.12382/bgxb.2024.0956

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研究舰艇附近水下爆炸问题对船体结构设计、爆炸冲击损害预测及人员安全保障至关重要。为此,提出改进扩散界面法中的六方程可压多相流模型以解决冲击波条件下热力学状态预测偏差,并为相关抗冲击机理研究与数值方法优化提供支撑。通过引入混合能量校正方程及更精确的气体状态方程改进模型,在非结构网格系统构建数值算法程序,采用基于最小二乘重建和 Barth-Jespersen 限制器的二阶守恒定律的单调上游中心方案(Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws,MUSCL)-Hancock 格式、两相流带接触的Harten-Lax-van Leer(Harten-Lax-van Leer Contact,HLLC) 黎曼求解器求解齐次双曲型方程,以 Newton-Raphson 迭代法求解瞬时压力松弛方程。研究结果表明:混合能量方程校正后,模型模拟流体冲击波速度和界面的结果与欧拉方程精确解高度吻合,解决界面附近数值振荡问题;相较于实验数据,改进型模型相对误差 1.13%,准确度提升 0.33%,且通过拟合冲击 Hugoniot 曲线获得更精确的刚性气体状态方程(Stiffened Gas Equation of State,SG-EOS)参数,同时可清晰呈现水下爆炸的冲击波传播、气泡胀缩及坍塌水射流现象,但在气泡界面清晰度、射流精细度上存在缺陷,主要受数值格式极端梯度下耗散特性限制。综上,改进型六方程可压多相流模型有效提升了舰艇附近水下爆炸模拟准确性,为深入研究舰艇抗冲击机理提供重要支撑,也为后续相关数值方法的优化奠定了坚实基础。

越野环境下履带车辆的障碍识别与可通行性分析

王浩东, 马彪, 陈漫, 于亮, 谭赟璐, 刘宇键

2025, 46(9): 240981. doi:10.12382/bgxb.2024.0981

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针对现有可通行性分析方法对复杂越野环境下障碍物识别不完整、泛化性差的问题,提出基于开放词汇语义分割的障碍识别算法,可提取车辆周围环境中障碍物和地形的语义标签,能有效识别复杂越野环境下的未知障碍物,在数据集和实车环境中验证了其具备稳定、全面的障碍识别能力。在此基础上,利用语义标签和三维点云构建了多层2.5D地图,基于语义标签对地形的可通行等级进行初步分级;其次基于地面高程计算了地形平整度分数,测量特殊环境要素(如垂直墙)的几何参数,并结合履带车辆几何构型预测了车辆行驶位姿,量化由车辆坡道静态稳定性、地面语义标签和几何属性之间的耦合关系,进而通过代价函数综合评估车辆通行风险和代价,构建以车辆为中心的可通行性地图。通过与同类方法比较验证了所提方法的有效性和可靠性,提升了为无人履带平台的决策、规划和控制提供数据支持。

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