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2018年  第40卷  第2期      刊出日期 2018-4-28   目次   上一期   下一期   优先出版
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航天工程
  • 溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析
  • 尹亮,刘伟强
  • 2018, 40 (2):1-6[摘要](35)  [PDF  884KB](24)
    为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流NS方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。
  • 新型铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统优化设计
  • 陈显河,夏智勋,黄利亚,那旭东,王德全
  • 2018, 40 (2):7-12[摘要](27)  [PDF  1012KB](21)
    铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统利用铝水燃烧产生的热量来加热水产生高温气流带动涡轮做功从而产生动力,研究表明其具有较高的能量密度。在原混合动力系统基础上,提出三种新的系统方案,分别对其建立数学模型并进行求解,得到并比较各个系统方案净输出功率、能量密度、系统效率等性能参数。计算结果表明:采用直接返回的高温气流与铝进行反应,虽然提高了水蒸气温度,但系统性能有所下降;增加蒸发器和固体换热器系统后充分利用固体氧化剂的热量,使得系统性能提升;采用双燃烧室加壁面冷却换热构型,减少了高温压缩机组件且解决了燃烧室热防护问题,同时系统性能有所提升。研究结果可为今后铝水燃烧无人水下航行器混合动力系统总体设计提供参考。
  • 外挂式导弹机弹分离气动干扰特性研究
  • 范晶晶1,张海瑞1,管飞1,2,赵长见1,2
  • 2018, 40 (2):13-21[摘要](31)  [PDF  2145KB](24)
    以经典的机翼/挂架/导弹组合模型为例,采用重叠网格软件系统和计算流体力学技术,从机弹干扰工况简化和气动干扰特性影响因素分析两个方面对外挂式导弹机弹分离气动干扰特性进行研究。导弹分离轨迹参数和气动干扰系数的数值预示结果与捕获轨迹试验结果吻合,表明该计算方法能有效预测机弹分离轨迹和分析导弹与载机间复杂气动干扰现象。根据计算流体力学结果,从马赫数、机翼攻角、导弹攻角等方面,给出导弹在不同分离工况下的气动干扰规律,并采用增量系数法对缺失工况进行一阶外插处理的气动干扰数据外推方法,可应用于机载外挂空基武器的机弹分离轨迹预示和气动干扰特性设计中,具有重要的工程应用价值。
  • 考虑弹体动态特性的非奇异有限时间制导律
  • 王超伦,宋保华,常超
  • 2018, 40 (2):22-27[摘要](29)  [PDF  716KB](23)
    为满足导弹拦截机动目标时交会角约束和有限时间收敛的需求,建立了考虑弹体一阶动态特性的制导模型。把目标加速度视为有界外界干扰,同时结合非线性反步设计法中的动态面法,设计一种考虑弹体动态延迟的非奇异滑模制导律,并且证明了基于Lyapunov稳定性理论制导系统状态可渐进收敛到零。在所设计的制导律下,对单侧机动的低空高速目标进行仿真。仿真结果表明所设计的非奇异制导律可以有效降低弹体动态延迟带来的影响,而且具有较低的脱靶量与交会角误差;与考虑弹体动态特性和交会角约束的最优导引律相比,其具有更高的制导精度。
  • 考虑扰动引力影响的弹道助推段误差传播解析计算方法
  • 王磊,郑伟,周祥
  • 2018, 40 (2):28-34[摘要](36)  [PDF  891KB](16)
    针对地球扰动引力对弹道导弹惯性导航精度影响日益突出这一问题,研究了沿弹道扰动引力的多项式拟合方法,并基于线性系统理论和弹道摄动思想推导了用于求解扰动引力对弹道助推段状态影响的完整解析表达式。同时考虑扰动引力影响与导弹视加速度之间的耦合特性,将扰动引力引起的视加速度偏差视为扰动引力影响的附加补偿项,并进行迭代修正。仿真结果表明:扰动引力拟合残差小于3×10-7m/s2,考虑耦合项修正的弹道误差传播解析模型计算残差减小为原有方法的1/3,计算时间仅为直接采用弹道积分求差法的1/10。
  • 固体火箭发动机复合材料壳体裙黏接性能分析
  • 栗永峰1,2,张赋2,申志彬1,李海阳1
  • 2018, 40 (2):35-40[摘要](30)  [PDF  807KB](19)
    采用数值计算方法研究复合材料壳体裙连接结构的黏接性能。通过建立纤维缠绕壳体的有限元模型,采用内聚力模型定义裙黏接面的接触关系,引入黏接界面的损伤失效准则,模拟黏接界面的脱黏行为,以此预测裙连接结构的极限承载。同时,研究壳体的轴向和环向应变及黏接面上的剪应力分布情况,以及弹性层的弹性模量与黏接长度对黏接性能的影响。数值算例表明,计算结果与实验数据相吻合,验证了该方法的正确性。所提方法可用于裙连接结构的优化设计中。
  • SpaceWire网络热点通信模式的缓存资源分配算法
  • 龚泉铭1,2,3,闫梦婷1,2,姜秀杰1,2,3,安军社1,2,3
  • 2018, 40 (2):41-47[摘要](31)  [PDF  720KB](22)
    基于SpaceWire网络在热点通信模式下的工作特点,研究缓存资源的分配算法。给出均匀通信模式和热点通信模式的释义;推导网络路由节点的满负荷概率和平均延时的解析方法,计算网络中的关键通信节点;再给出SpaceWire网络缓存资源分配算法。利用Opnet网络仿真平台建立SpaceWire通信模型,仿真了不同通信模式中采用缓存优化策略前后的关键性能指标。研究结果表明:在热点通信模式状态下,该缓存资源分配算法在保证总资源一定的前提下,网络系统的平均延时降低,优化了SpaceWire网络性能。
  • 环境参数在线辨识及其在滑翔段制导中的应用
  • 江振宇1,孙乐园2,王晋璘3,黄振新1,赵磊1
  • 2018, 40 (2):48-54[摘要](21)  [PDF  621KB](14)
    针对助推滑翔导弹,提出基于飞行环境参数在线辨识的滑翔段数值预测校正制导方法。综合考虑大气密度和气动系数对导弹运动的影响,引入滑翔段综合环境参数,利用扩展Kalman滤波方法对综合参数进行在线辨识。基于在线辨识结果,利用渐消记忆递推最小二乘方法在线建立环境参数预测模型,并利用最新辨识结果进行模型的在线修正。设计了纵向和横向制导律,并基于环境参数在线预测模型进行落点预测,以克服飞行环境扰动对落点预测精度的影响。进行了大气密度非定常扰动下的制导仿真,以及密度和气动参数随机扰动下的Monte Carlo仿真。仿真结果表明:环境参数在线预测模型能准确预报飞行环境参数,制导方法对飞行环境扰动具有较强的鲁棒性。
  • 基于双线性连接模型的超静定捆绑火箭助推器动力学响应分析
  • 冯韶伟1,王月2,陈晓飞1,郭凤明1,冷月1
  • 2018, 40 (2):55-59[摘要](25)  [PDF  680KB](21)
    对于长径比较高的助推器来说,为了提高与芯级的连接可靠性,可采用超静定捆绑连接方式。这种捆绑连接方式增加了助推器动力学响应分析的难度。以超静定捆绑火箭助推器为研究对象,通过引入拉压双线性弹簧模拟捆绑连接装置,建立合理的动力学分析模型,对系统进行数值求解,获得径向冲击作用下助推器的动力学响应特性。通过与静定捆绑模型的对比,获得超静定捆绑助推器的广义位移、频谱和内力的响应,从而为工程应用提供一定的参考和理论支撑。
计算机科学与技术
  • 低地球轨道卫星网络节能方法
  • 刘波,唐竹,刘谱光
  • 2018, 40 (2):60-65[摘要](39)  [PDF  571KB](26)
    通常卫星的唯一能源来源是太阳能,因此星上网络设备的能源供应问题比地面网络的更加严峻。通过修改和扩展链路容量受限的最小代价多商品流模型来适应卫星网络这一特殊的体系结构,并基于低轨道卫星网络的多重覆盖机制和流量分布模型,改进现有的启发式算法来关闭冗余的卫星节点、星地链路和星间链路。在满足链路利用率和路由跳数增加比例约束的条件下,仿真实验中关闭上述三种参数的比例分别可达59%、61%和72%,卫星网络的总体节能比例可达65%。
信息与通信工程
  • 大斜视角下空时编码成像算法
  • 秦立龙1,吴曼青2,王鹏3,董臻1
  • 2018, 40 (2):66-71[摘要](35)  [PDF  652KB](18)
    空时编码可以有效地消除多发多收雷达的自相关干扰,但是传统的空时编码合成孔径成像算法无法精确校正其距离方位耦合,因此限制了其在大斜视角情况下的数据处理能力。为避免以上缺陷,将空时编码方案与ωK算法相结合,在空时解码处理中引入新的解码矩阵来完成一致聚焦,利用Stolt映射完成补余聚焦,对距离方位耦合进行精确地校正。理论分析和仿真结果表明:该方法能够在大斜视角情况下实现目标的高质量成像,并有效地消除了互相关干扰。
  • 滑动聚束SAR步进扫描影响分析
  • 易天柱1,何峰1,何志华1,陈绍劲2,董臻1,吴曼青3
  • 2018, 40 (2):72-76[摘要](27)  [PDF  736KB](15)
    滑动聚束SAR系统在实际工作中通过步进扫描的方式来实现天线照射波束在方位向的扫描,然而该扫描方式会在滑动聚束SAR的成像结果中引入成对回波。为分析该成对回波的形成物理机制,建立滑动聚束SAR步进扫描的数学模型,通过泰勒展开和傅里叶级数分析具体解释了成对回波的成因,并给出了成对回波幅度及位置与步进脉冲控制数之间的定量关系。理论分析和信号仿真结果表明,该模型能够准确有效地解释这一现象,并可为滑动聚束SAR的波束扫描系统参数设计提供理论依据。
  • 圆周合成孔径雷达的快速时域成像算法
  • 陈乐平,安道祥,黄晓涛
  • 2018, 40 (2):77-84[摘要](26)  [PDF  1274KB](16)
    为实现圆周合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR)快速成像,提出一种用于CSAR的快速时域成像算法。该算法通过将CSAR的圆孔径分成若干子孔径,分别对子孔径采用快速因式分解后向投影算法处理,再将各子图像相干插值叠加至同一坐标系下得到成像结果。详细分析算法实现中的坐标转换、误差控制和运算效率等关键问题,并用点目标仿真和实测数据处理结果验证算法的有效性。所研究方法具有成像范围大、计算量小等优点。
电子科学与技术
  • 浅海舰船地震波场仿真中的边界处理
  • 朱旭芳1,颜冰2,马知远1
  • 2018, 40 (2):85-90[摘要](24)  [PDF  561KB](20)
    为解决舰船地震波场数值仿真中的边界反射问题,结合浅海传播环境特征和舰船地震波激发机理,提出边界处理算法。采用交错网格有限差分法对一阶速度-应力方程进行数值离散;采用应力镜像法处理海水和空气的自由表面,采用分裂式完全匹配层法处理区域边界;将该模型应用于平行海底近场、远场以及倾斜海底的波场仿真算例中。仿真结果表明:加入边界处理后,自由表面的吸收和区域边界的反射有效减少,波场特征清晰,该算法符合浅海舰船地震波场数值仿真的边界处理要求。
  • GNSS阵列接收机信号解扩前的欺骗干扰检测算法
  • 耿正霖,李峥嵘,聂俊伟,王飞雪
  • 2018, 40 (2):91-96[摘要](28)  [PDF  680KB](18)
    为了降低天线阵接收机欺骗干扰检测方法的计算量,提出一种信号解扩前的欺骗干扰检测方法。该方法利用不同天线上信号和噪声相关性的差异,在信号解扩前估计其功率,从而进行欺骗干扰检测。仿真结果表明,该方法在降低运算量的同时,具有良好的检测性能。
  • 交织结构的耐单粒子瞬变压控振荡器
  • 韦援丰1,2,杨海钢1,2,李天文1
  • 2018, 40 (2):97-102[摘要](23)  [PDF  753KB](18)
    为提高辐照环境下振荡器工作的可靠性,提出一种交织结构的抗辐照设计加固压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO),该VCO由采用交织结构的延时单元构成,该延时单元支持多数表决功能,可以抑制单粒子瞬变的影响;该VCO环路中无须引入额外的专用表决模块,可以产生均匀的多相位输出。所提出的加固差分VCO是基于130 nm体硅互补金属氧化物半导体工艺设计的。模拟结果表明,所设计的加固VCO在100 fC~800 fC沉积电荷量的轰击范围内,其所产生的最大相位偏移不超过0.35 rad。
  • 星载大容量固态存储控制器的级联编码设计
  • 许志宏1,2,安军社1,燕威1,2,董振兴1,2,朱岩1
  • 2018, 40 (2):103-111[摘要](27)  [PDF  1509KB](22)
    航天器大容量数据存储设备主要采用基于NAND Flash的固态存储器,但由于空间环境中单粒子翻转效应的影响,以及存储器芯片在操作过程中因为阈值电压偏移导致的位比特错误等原因,存储设备的可靠性降低。为提高数据存储设备的数据容错性,依据NAND Flash芯片物理结构和数据存储结构,具有针对性地提出RS(256,252)码+LDPC(8192,7154)码级联的纠检错并行编码设计,并优化编码算法的电路实现方法。建模仿真和地面测试系统测试结果表明:该设计具有低硬件开销、低功耗和高可靠性的优点。存储系统的数据总容量达512 Gb,有效数据吞吐率为700 Mb/s,能够满足航天器固态存储控制器对大容量数据控制和高数据吞吐量的设计需求。
管理科学与工程
  • 图像恢复中的稳健交替方向乘子法
  • 吴越,曾向荣,周典乐,刘衍,周家庆,周经纶
  • 2018, 40 (2):112-118[摘要](32)  [PDF  657KB](25)
    交替方向乘子法在解决线性逆问题(包括图像恢复)中取得了良好的效果,但是其效果对惩罚参数的选择非常敏感,不利于具体的应用。提出基于惩罚参数自适应选择原理的稳健交替方向乘子法,对其优化条件和收敛性进行了详细分析。实验表明,在基于Parseval紧框架的图像恢复应用中,该算法不但对惩罚参数的选择表现出良好的稳健性,而且效果优于交替方向乘子法,并优于其他目前热门的算法。
控制科学与工程
  • 固定翼无人机曲线路径跟踪的积分向量场方法
  • 赵述龙,王祥科,张代兵,沈林成
  • 2018, 40 (2):119-124[摘要](31)  [PDF  507KB](21)
    常规的向量场方法在处理无人机曲线路径跟踪问题时很容易受非定常风扰的影响而使得跟踪误差增加,因此很多方法采用用无人机的惯性坐标系(地速和方位角)替代机体坐标系(空速和偏航角)的方式来提高抗风性能。但是,这种方式只能处理大小和方向均恒定的风扰,这在实际飞行中是过于理想的假设。为了克服这些不足,提出了一种采用侧偏距的积分来主动抵消非定常风扰的积分向量场方法用于固定翼无人机曲线路径跟踪控制。根据期望路径的曲率及路径角,结合无人机自身的状态信息设计了曲线路径跟踪策略,并且使用李雅普诺夫理论证明了提出的方法能够确保闭环系统的全局渐进稳定。最后,使用高性能半实物仿真系统验证了提出方法的抗风跟踪性能。
  • 永磁无刷直流电机驱动器并联系统环流的抑制
  • 吴峻,黄胜军,暴宇
  • 2018, 40 (2):125-131[摘要](27)  [PDF  900KB](17)
    驱动器并联方式能有效扩大驱动容量,但该方式容易引入环流。为了抑制环流,分析了两个独立电源供电的两台驱动器并联结构系统,阐述了环流的特性,并提出了基于环流反馈的控制结构。这种控制结构通过环流的反馈,只需要控制调整其中一台驱动器,就可减小两台驱动器输出电压的差异,实现环流抑制。仿真结果表明:这种控制结构降低了控制的复杂性,能够抑制环流,实现独立电源供电的无刷直流电机驱动器并联。
  • 基于截断函数的有限时间滑模控制方法
  • 赵曜1,周剑波1,迟学谦1,刘娟1,刘向东2
  • 2018, 40 (2):132-135[摘要](30)  [PDF  416KB](19)
    针对一类二阶不确定非线性系统的鲁棒控制问题,提出一种基于截断函数的有限时间滑模控制算法。该算法具有以下特点:系统状态可在期望的有限时刻收敛为零;受控系统对外部扰动和参数不确定性具有全局鲁棒特性;系统状态的动态响应可解析预测;通过选择不同的截断函数可以实现对控制器性能的调节。仿真结果验证了所提算法的有效性。
机械工程
  • 便携式绳轨提升装置的轮盘-绳索摩擦提升力模型
  • 殷昊1,2,3,叶佩青1,2
  • 2018, 40 (2):136-142[摘要](33)  [PDF  1056KB](19)
    为提高便携式绳轨提升装置的实用性,对基于摩擦的该类装置的提升能力展开研究。利用控制变量法分别研究末端拉力、包角与轮盘-绳索相对尺寸对两者之间摩擦提升力的影响,结果表明该提升力均随三种因素的增加而增加但趋势变缓;轮盘-绳索之间的静摩擦系数随绳索末端拉力与包角的增加而减小并趋于稳定,随轮盘-绳索相对尺寸的增加而增加并收敛。论证了包角与末端拉力对摩擦提升力的影响相互等效,发现了轮盘-绳索摩擦的尺寸效应,构建了以上因素共同作用下的轮盘-绳索摩擦提升力模型。该模型是对欧拉公式的扬弃,深化了对轮盘-绳索摩擦规律的认识,对便携式绳轨提升装置的小型化、轻量化设计具有重要意义。
  • 内置环形耐压液舱周向连接形式应力分析
  • 吴春芳1,2,吴梵1,卢清亮1,刘令1
  • 2018, 40 (2):143-149[摘要](27)  [PDF  732KB](23)
    针对内置式耐压液舱结构的应力变化规律,对比分析了不同载荷工况下,两种不同液舱顶板结构形式及变截面肋骨对液舱壳板的变形和应力的影响。结果表明:对于不同的液舱顶板形式,变截面肋骨角度β存在最优值;在液舱周向范围一定的情况下,肋骨肋板间的连接形式对液舱顶板纵向应力影响显著,而β主要影响液舱顶板的周向应力。
信息与通信工程
  • 动态服务质量的多信道媒体接入控制传输机制
  • 原源1,2,曹先彬1,范梅梅3
  • 2018, 40 (2):150-155[摘要](32)  [PDF  923KB](17)
    针对航空自组网在高负载下的服务质量及时延问题,提出一种动态服务质量的多信道媒体接入控制传输机制。以多信道检测统计为平台,结合优先级机制,通过在高负载网络中适当遏制低优先级业务,并且进行网络流量优化,保证高优先级业务的低时延发送;同时利用流量预测模型估计网络流量,通过粒子群优化算法进行优化,寻找合适的优先级门限值,确保高优先级业务接入率。通过计算机仿真可知,所设计的动态服务质量的多信道媒体接入控制传输机制,可在大负载网络中动态控制信道的接入,保持良好的网络吞吐量,其高优先级业务接入率达到99%以上,能有效解决航空数据链网络高业务量导致的服务质量及时延问题。
数学与系统科学
  • 腐蚀损伤下船体总纵极限强度可靠性分析方法探讨
  • 滑林,吕岩松,吴梵,张二
  • 2018, 40 (2):156-160[摘要](37)  [PDF  464KB](20)
    针对腐蚀损伤下船体结构安全性评估问题,基于实船腐蚀勘验数据,引入非概率可靠性评估理论,提出舰艇现时状态下船体结构总纵极限强度非概率可靠性分析方法,建立船体结构非概率可靠性分析模型。对某舰艇船体结构现时状态下的总纵极限强度可靠性及非概率可靠性分析方法在船体结构安全状态评估方面的应用性进行了分析。结果表明:非概率可靠性分析方法克服了过度依赖样本数据的缺陷,较确定性方法更贴近客观实际,在舰艇船体结构技术状态评估方面具有较好的应用前景。
材料科学与工程
  • 均布压力下T型连接极限承载特性试验研究
  • 刘令1,2,李华东2,梅志远2,周晓松2
  • 2018, 40 (2):161-167[摘要](29)  [PDF  1035KB](18)
    针对复合材料舵翼骨架与蒙皮连接,设计了两种T型连接结构,并对其在波浪砰击载荷作用下的极限承载特性进行了试验研究。根据结构承载特点,提取典型局部试验缩比模型,给出了均布压力下T型连接试验载荷等效方法。试验比较了两种T型连接的承载特性差异,研究了跨距对T型连接初始刚度、极限破坏载荷以及极限承载弯矩的影响规律。试验结果表明:构型A存在明显的初始破坏,但极限破坏载荷大于构型B;极限承载弯矩基本不随跨距改变,可作为不同跨距、不同构型T型连接优劣衡量标准。最后,基于试验结果、载荷等效与缩比原则,提出了T型连接承载特性评价方法。
数学与系统科学
  • 核反应堆非能动系统物理过程敏感参数识别的迭代法
  • 郭海宽1,2,赵新文1,蔡琦1,黄丽琴3
  • 2018, 40 (2):168-174[摘要](28)  [PDF  588KB](20)
    核反应堆非能动系统参数敏感性分析是系统可靠性不确定性分析的重要组成部分。相关系数在刻画系统物理过程的成功准则参数敏感性方面存在缺陷,针对此问题提出迭代法,其综合了输入参数与成功准则的相关系数、偏相关系数以及输入参数之间的相关系数三方面信息,通过实例验证方法的正确性和实用性。迭代法适合分析参数对成功准则的偏相关性,能识别出更为精确的敏感参数,为进一步提高非能动系统物理过程的可靠性提供参考依据。
国际标准刊号:1001-2486
国内统一刊号:43-1067/T
主办单位:国防科学技术大学
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