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2018年  第40卷  第5期      刊出日期 2018-10-28   目次   上一期   下一期   优先出版
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航天工程
  • 反临近空间高超声速目标拦截弹中末制导交接班窗口
  • 王华吉1,雷虎民1,张大元2,周觐1,邵雷1
  • 2018, 40 (5):1-8[摘要](182)  [PDF  937KB](213)
    在视线旋转坐标系下建立拦截弹与目标的相对运动方程,分析采用纯比例导引律捕获高超声速目标的充分条件,并推导出在交接班处的最优拦截几何,即零控拦截流型。定性分析了拦截弹速度、高度、导引头特性以及末制导捕获条件等在中末制导交接班时所受到的限制,在此基础上定义了中末制导交接班窗口的概念,并介绍了交接班捕获窗口的影响因素、用途、特性以及计算步骤。以纯比例导引律拦截高速目标为例,定量描述了交接班捕获窗口和零控交接班区域,并通过数字仿真实验验证了交接班捕获窗口的合理性。
  • 采用动网格技术的弹托分离仿真模型
  • 李湘平,鲁军勇,冯军红,杜佩佩,武晓康
  • 2018, 40 (5):9-13[摘要](103)  [PDF  879KB](109)
    针对一体化弹丸出炮口后弹托由与弹体接触到绕弹托质心做六自由度运动的过程,提出一种基于弹托分段分离运动并采用动网格技术耦合流体控制方程和六自由度运动方程的弹托分离仿真模型。以尾翼稳定脱壳穿甲弹为例,仿真分析不同马赫数下的弹托分离情况,并探讨弹托和弹体气动系数在分离过程中的变化情况。仿真结果表明:弹托分离马赫数越大,分离轨迹越靠近弹体且分离时间越短,但对地分离横向位移越大。通过与试验数据的对比,验证了所提弹托分离仿真模型的准确性。
  • 星箭分离相对位姿摄影测量方法
  • 丁少闻1,2,陈浩3,王洁1,4,张小虎1,5
  • 2018, 40 (5):14-19[摘要](105)  [PDF  456KB](107)
    提出一种基于视觉的星箭分离相对位姿测量方法。在相机内参数已知的情况下,将相机安装于运载火箭,并在卫星上固连不少于6个合作标志,利用相机对合作标志实时成像;基于单目位姿估计的基本原理,采用高效n点渗透与正交迭代结合的方式解算卫星与火箭之间的相对位姿关系。仿真实验结果、半实物仿真实验结果证明了所提测量方法的可行性和准确性。
  • 空间站平均力矩平衡姿态的气动力矩影响
  • 刘将辉,李海阳,张亚坤
  • 2018, 40 (5):20-26[摘要](111)  [PDF  580KB](144)
    为了研究空间站平均力矩平衡姿态的影响因素,建立了空间站的姿态运动模型,分析了气动力矩对空间站平均力矩平衡姿态的影响。建立了空间站的动力学与控制模型,采用典型的比例微分控制器,分别得出了两种条件下的24组平均力矩平衡姿态(Average Torque Equilibrium Attitude, ATEA),结果表明气动力矩对ATEA的影响显著。为了保持空间站ATEA,需要提供周期性的控制力矩。气动力矩引起的空间站角动量卸载和积累效应不能被忽视。
  • 固体推进剂黏弹性本构模型及其有限元应用研究
  • 崔辉如,申志彬,李海阳
  • 2018, 40 (5):27-32[摘要](101)  [PDF  717KB](104)
    基于时温等效原理和WLF方程建立推进剂黏弹性泊松比主曲线方程,进而建立考虑时间温度相关泊松比的推进剂本构模型。基于增量有限元方法,采用完全显式积分算法推导增量形式的黏弹性本构方程。根据MSC.Marc用户子程序编程规则,确定本构模型对应的一致切线刚度矩阵从而实现本构模型的有限元应用。先后通过固化降温以及点火增压工况,分别采用黏弹性泊松比以及弹性泊松比对药柱结构进行应力应变力学响应分析,并对比不同类型泊松比对应力应变场的影响。研究方法和结果可为发动机药柱的精细结构完整性分析提供参考。
  • 满足大动压模拟要求的试验弹道优化设计
  • 周祥,郑伟,王鹏,王磊
  • 2018, 40 (5):33-39[摘要](90)  [PDF  725KB](111)
    为了解决弹道导弹在高海拔发射场进行飞行试验时的大动压检验问题,提出一种模拟大动压条件的试验弹道设计方法。针对发射场的实际特点,建立残骸再入的动力学模型与落区边界模型;将大动压模拟条件转化为过程约束,提出一种主动段联合优化策略。基于自适应模拟退火算法,分别设计了三组满足不同大动压模拟条件和各项约束的试验弹道,并给出了对应的落区调整方案,验证了该方法的可行性。设计结果表明,最大动压主要出现在一级,一级最大负攻角增加,则最大动压也明显提高;同时调整发射方位角和二、三级程序角可以保证试验弹道满足弹头落点约束条件。
  • 基于路径跟踪的平流层飞艇柔性编队控制
  • 杨希祥1,2,张家实1
  • 2018, 40 (5):40-44[摘要](94)  [PDF  527KB](95)
    建立平流层飞艇驻空阶段动力学模型,在定高飞行前提下,采用小扰动方法对动力学方程进行线性化处理。提出采用路径跟踪的平流层飞艇柔性领航-跟随编队控制方法,领航者和跟随者通过速度控制与航向控制,分别跟踪保持特定距离的参考路径,实现编队的柔性控制。以采用直线路径跟踪和采用圆路径跟踪的三平流层飞艇编队控制为例,对提出的柔性编队控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:提出的路径跟踪方法控制精度高,提出的柔性编队控制方法可以实现编队稳定运行,避免编队成员碰撞现象的发生。
  • 自由变形技术在RAE2822翼型优化设计中的应用
  • 陈立立,郭正,侯中喜
  • 2018, 40 (5):45-53[摘要](107)  [PDF  1116KB](125)
    采用自由变形技术实现对RAE2822跨声速翼型表面的参数化,采用试验设计方法对设计参数进行计算流体力学数值模拟样本训练,最后采用Kriging代理模型和MIGA、NLPQL优化算法进行优化分析,将得到的优化变量进一步进行计算流体力学分析获得最后的优化结果。计算结果显示,自由变形参数化方法简单易行,可实现直接对网格的变形;优化的结果相比于原始翼型,升阻比增加了57.2%,从而证明了本文方法的可行性和有效性。
  • 空间飞网地面碰撞试验与仿真
  • 甄明,杨乐平,张青斌
  • 2018, 40 (5):171-176[摘要](90)  [PDF  1117KB](110)
    设计了空间飞网地面碰撞试验系统,并将碰撞试验结果与有限元仿真结果进行比较分析,对碰撞过程中的碰撞力和绳段内力进行分析。研究表明:试验结果与仿真结果吻合较好,这验证了仿真模型的有效性;飞网碰撞目标后产生的约束张力有利于收拢包裹目标;飞网的柔性特征可有效缓解碰撞效应,但碰撞区域绳段易产生断裂破坏。
计算机科学与技术
  • 柔软物体力触觉形变模型验证系统
  • 陆熊,孙浩浩,万文章,陈晓丽
  • 2018, 40 (5):60-64[摘要](100)  [PDF  664KB](119)
    为了验证柔性物体力-形变模型的合理性,构建了基于CC2531芯片的无线数据收发平台、力传感器测量平台和FALCON手控器位移测量平台的力-形变模型验证系统。以新鲜猪肝脏为实验对象,研究了弹性形变实验和穿刺实验的作用力与位移之间的关系;以力-形变测量数据为基础,进行了参数验证校调。仿真实验结果表明:模型中力-形变特性与实际测量值保持一致。该系统能广泛应用于柔性物体力-形变模型验证,对于促进力触觉虚拟医学仿真系统的发展具有重要意义。
电子科学与技术
  • COSMIC掩星电子密度廓线的质量检核
  • 徐晓华1,2,李娟1,罗佳1,3,孙方方1
  • 2018, 40 (5):54-59[摘要](87)  [PDF  963KB](88)
    利用COSMIC掩星任务自2010年至2014年的电离层电子密度廓线,使用只考虑廓线自身特性的4种参数进行质量检核,并对廓线质量的时空分布进行分析。发现在廓线质量的空间分布上,廓线不合格率在高纬地区最高,其次是低纬地区,在中纬地区最低,这可能与电子密度分布在磁赤道附近存在赤道异常、两极地区的磁场强度最大有关。廓线质量的季节变化较明显,在南、北半球,冬、春两季的廓线不合格率均显著高于夏、秋两季。另外,廓线质量具有一定昼夜分布特性,不合格率白天明显较夜晚低,且在晨昏分界线上变化较大。合格廓线的电子密度峰值和峰值高度分布在磁赤道附近明显高于其他区域,呈现“双驼峰”现象。
  • 机载MIMO雷达稳健非均匀样本选择方法
  • 张永顺,刘洋,刘汉伟,李志汇
  • 2018, 40 (5):72-77[摘要](86)  [PDF  961KB](79)
    针对杂波训练样本中混入干扰目标,导致空时自适应处理技术的杂波抑制性能下降问题,提出一种基于目标知识进行局部稀疏恢复的稳健训练样本挑选方法。该方法利用先验知识确定待检测单元中的目标区域,对整个角度-多普勒平面进行遍历,获得稀疏超完备基。通过变换矩阵对超完备基中对应的目标区域进行“挖空”处理,局部稀疏恢复出超分辨的杂波空时谱,获得杂波协方差矩阵估计。结合广义内积算法,实现非均匀训练样本挑选的过程。与常规结合广义内积方法相比,该方法对于不同干扰强度的训练样本,均有良好的检测效果。经仿真验证,所提方法的检验统计量之间区分度更加明显,对于干扰样本的挑选更加彻底,从而有效地提高了空时自适应处理技术的目标检测性能。
信息与通信工程
  • 网络安全实验平台K - 划分映射方法
  • 王会梅1,刘建1,荣宏1,欧阳红军2,鲜明1
  • 2018, 40 (5):109-115[摘要](82)  [PDF  623KB](117)
    对网络安全实验平台映射问题进行形式化描述,提出基于K -划分的映射方法,其核心思想是为了尽量减少占用网络资源,尽可能将逻辑拓扑紧密连接的节点映射到同一台交换机上。基于K -划分的映射方法采用贪心法确定初始划分状态,根据评价函数进行节点移动,对生成的子图进行算法迭代,直到所有子图的节点数量不大于物理拓扑端口容量为止。基于K -划分的映射方法弥补了K-L算法中初始划分状态选取的任意性对最终结果产生较大影响的缺陷,实验结果表明该算法的求解时间远小于遗传算法,能在较短的时间内得到映射结果。
  • 平流层飞艇合成孔径雷达成像优化策略
  • 贾高伟,杨希祥
  • 2018, 40 (5):65-71[摘要](95)  [PDF  847KB](110)
    平流层飞艇具有驻空高度高且时间久、覆盖范围广、使用效费比高等特点,在侦察监视等领域应用前景广阔。结合平流层飞艇平台特性,分析平流层飞艇合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)与机载SAR的异同;针对平流层飞艇SAR的脉冲重复频率冗余及大振幅低频率运动误差,提出优化方案,并开展仿真分析验证。仿真结果表明所提优化运动补偿方法能够有效消除平流层飞艇运动误差影响。
机械工程
  • 肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下声振特性的影响
  • 谭路,周其斗,纪刚,潘雨村
  • 2018, 40 (5):78-87[摘要](92)  [PDF  1092KB](98)
    采用结构有限元耦合流体边界元方法对不同肋骨、舱壁布置形式的圆柱壳的流固耦合响应进行了计算。通过波数谱方法,结合柱壳规则波的声辐射效率,对不同波数成分结构波的振动与声辐射进行了量化。运用等间距与不等间距结构振动理论揭示了肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下振动与声辐射特性产生影响的机理。研究发现:结构不等间距布置的圆柱壳水下振动特性整体上较优,但受壳体周向振动模式影响较大;结构不等间距布置的圆柱壳声辐射特性并不一定优于结构等间距布置的圆柱壳声辐射特性。
  • 基于杂草算法的超磁致伸缩作动器耦合模型识别
  • 杨理华1,吴海平1,刘树勇2,李海峰1
  • 2018, 40 (5):88-96[摘要](82)  [PDF  1042KB](92)
    考虑磁滞损耗、动态应力等因素的超磁致伸缩作动器磁滞模型可有效揭示电-磁-机-热多场耦合效应,但准确识别其非线性模型往往存在较大困难。智能杂草算法具有激烈的竞争机制和较强的搜索能力,可用于解决作动器多目标物理参数辨识问题。传统算法的种子数量以线性方式产生且分布方差与适应度缺乏联系,极大地影响了算法收敛速度和模型识别精度。为此,提出一种非线性繁殖和分布的混合改进杂草算法,并将其应用于超磁致伸缩作动器模型识别。实验表明:改进算法具有较强的噪声抑制能力,能精确辨识含有噪声扰动的作动器磁滞非线性模型物理参数;模型预测值和实验数据误差较小,所识别参数可使磁滞非线性模型较为全面地描述作动器多场耦合机理和动态特性。
  • 疲劳裂纹闭合的非线性超声在线测量
  • 贾俊1,陶利民2,胡海峰1,胡永攀3,吕伟1
  • 2018, 40 (5):97-102[摘要](92)  [PDF  810KB](94)
    建立了外部载荷作用下用非线性振动-声场调制指数表征裂纹尺寸的数学模型。根据对外载荷与塑性致闭应力共同作用下裂纹面的开闭响应的分析,提出了裂纹张开和闭合应力的在线测量方法。在一块含中心穿透裂纹的铝合金薄板试件上进行了裂纹闭合参数的测量实验,实验结果表明,使用振动-声场调制技术在线测量裂纹闭合参数是可行且有效的,且该方法还能用于分析小裂纹的特殊开闭行为。
控制科学与工程
  • 电磁发射的出口速度及负载质量变化对导轨热量的影响
  • 武晓康,鲁军勇,李玉,张永胜,王刚
  • 2018, 40 (5):116-122[摘要](90)  [PDF  747KB](110)
    为分析不同发射出口速度、不同发射负载质量对导轨积累热量的影响,建立了导轨温度场模型,计算了导轨各点温度变化过程,并和光纤光栅温度传感器测量结果对比,验证了模型及测量结果的正确性。在此基础上,设计并进行了三种类型实验,分析了在不同发射速度、不同发射负载质量以及相同发射能级不同发射速度下的导轨热量积累差异。该结论为确定连发间隔、导轨冷却设计提供了有效参考。
  • 飞机反区速度矢量不稳定及其控制的机理
  • 汪节,吴文海,高丽,张杨,李鑫
  • 2018, 40 (5):123-132[摘要](76)  [PDF  826KB](121)
    在信号流图的基础上,提出多回路分析的方法,并用于研究反区时速度矢量不稳定及其稳定控制的机理。建立了纵向动力学的信号流图,并证明了一个回路的收敛性定理。在此基础上,通过理论分析得出了速度矢量不稳定在不同层面上的原因,也得出了速度和轨迹的发散度表达式等,并表明阻力-速度曲线、轨迹角-速度曲线、极曲线、〖JP2〗阻力系数曲线等存在相互对应的反区和正区,并且阻力-速度曲线和轨迹角-速度曲线在斜率上成比例。研究得出进场动力补偿系统下速度矢量的稳定临界条件、收敛度、稳定机理等,理论分析和仿真比较了速度恒定进场动力补偿系统和迎角恒定进场动力补偿系统在控制性能上的差异。
  • 战场威胁约束下的纯方位探测单观测站轨迹优化
  • 吴昊,陈树新,刘卓崴
  • 2018, 40 (5):133-137[摘要](79)  [PDF  410KB](88)
    为保证战场环境下单站纯方位无源探测的精度和观测站的战场生存能力,提出一种战场威胁约束下的单观测站轨迹优化方法。对典型战场威胁进行分析,建立战场威胁和单观测站运动轨迹的数学模型。在此基础上综合考虑单观测站探测精度和所受威胁程度,分别构建精度打分函数和威胁打分函数,得到单观测站的路径选择函数,并对观测站不同轨迹进行评价。仿真结果表明,所提方法能够有效规避战场威胁并提高定位精度,保证战场环境下单站纯方位探测的准确性和可靠性。
  • 考虑卫星位置误差的增广脉冲星方位误差估计算法
  • 王宏力,许强,由四海,何贻洋,冯磊
  • 2018, 40 (5):177-182[摘要](82)  [PDF  600KB](88)
    为了解决脉冲星方位误差估计中卫星位置误差对估计结果的影响,提出一种考虑卫星位置误差的增广脉冲星方位误差估计算法。为满足可观测性条件和保证尽可能低的矩阵运算维数,算法将卫星的位置误差标量作为增广状态。结合脉冲星方位误差估计基本原理,重新推得增广算法的状态及观测方程,并通过理论分析证明了算法的可观测性。最后仿真结果表明,当卫星位置误差导致传统算法的估计结果偏差较大时,该算法依然能够保证0.01 mas的赤经和0.3 mas的赤纬估计精度。不同方向的位置误差对方位误差估计精度影响较小。
管理科学与工程
  • 面向多星观测调度的分层迭代算法
  • 刘建银1,贾学卿2,王忠伟1
  • 2018, 40 (5):183-190[摘要](75)  [PDF  470KB](74)
    提出一种基于分治策略的多星观测分层调度框架,在该框架下,用蚁群优化算法把任务分配至各轨道圈次上,并利用自适应模拟退火算法求解各轨道圈次的调度问题。根据各轨道圈次调度结果的反馈情况,再调整任务分配方案,重复上述过程直到达到算法终止条件。为了提高算法的性能,在设计蚁群算法的启发式信息模型时,应充分考虑卫星调度问题的领域知识;在模拟退火算法中设计两个邻域结构,采用动态选择策略在优化过程中确定最佳邻域搜索结构。仿真实验表明,该方法有效地降低了问题求解的复杂度,尤其在求解大规模多星观测调度问题时表现出优异的性能。
  • 网络异构信息的张量分解聚类方法
  • 吴继冰,黄宏斌,邓苏
  • 2018, 40 (5):146-152,170[摘要](78)  [PDF  574KB](103)
    提出基于张量分解的聚类算法,能够同时处理网络中多类型、多语义关系的异构信息。网络信息体系中的各种异构信息被建模为一个多维张量,异构信息之间丰富的语义关系建模为张量中的元素。提出有效的张量分解方法,将不同类型的信息对象一次性划分到不同的簇中。在人工合成的数据集和真实数据集上的实验结果表明:该聚类方法可以很好地处理网络信息体系中的异构信息聚类问题,并且性能优于现有的聚类方法。
  • 军事攻防中的多属性资源分配对策模型
  • 张骁雄1,2,葛冰峰1,谭跃进1
  • 2018, 40 (5):153-160[摘要](99)  [PDF  701KB](117)
    针对资源受限情形下的两阶段攻防资源分配问题,提出一种基于多属性决策的资源分配对策模型。防守者首先将有限的防护资源分配到不同的目标上,继而进攻者选择一种威胁组合方式对目标实施打击。基于博弈论相关知识,模型的求解结果可以使防守者最小化自身损失,使进攻者最大化进攻收益。同时,针对模型的特点,给出了一些推论和证明。通过一个示例验证了模型的合理性以及相关推论的准确性,能够为攻、防双方规划决策提供辅助支持。
  • 计及技术风险的复杂系统多分辨率风险评估方法
  • 徐一帆,吕建伟,谢宗仁,王广强
  • 2018, 40 (5):161-170[摘要](72)  [PDF  1874KB](86)
    针对技术风险难以直接度量、模型参数设定主观性较强等问题,利用技术成熟度的规范化方法评估系统组成的技术实现条件和难度;通过矩阵化的系统描述及关联关系推理,建立各分系统技术成熟度与系统过程模型动态参数之间的量化关系;采用系统过程建模仿真的间接方法,计算进度或费用超出可承受范围的不确定性,用以评估复杂系统研制的技术风险。通过多分辨率建模方法提高系统分析粒度,使该方法具有随系统演化过程对技术风险评估保持更新和分析粒度提升的能力。
材料科学与工程
  • 纤维缠绕复合材料实芯球形结构单元耐撞性多目标优化
  • 梅志远1,周晓松1,2,吴梵1
  • 2018, 40 (5):138-145[摘要](83)  [PDF  808KB](80)
    为了提高纤维缠绕复合材料实芯球形结构单元的耐撞能量耗散性能,在初始结构单元耐撞性分析的基础上,建立以结构单元中心承载圆柱体高径比、球形芯材短轴长轴比以及纤维缠绕复合材料表层壁厚比和缠绕角度为结构优化设计参数,以比吸能效率和冲击峰值载荷为评价指标的多目标优化模型。采用分级递进优化方法将多目标优化模型分解为两级单目标优化子模型,并通过有限元软件Abaqus得到不同子模型的碰撞响应。结合径向基函数构造近似函数模型,并采用第二代非劣排序遗传算法对结构优化设计参数进行两级递进求解,得到耐撞性能最优的结构单元。进一步开展的试验验证和破坏模式分析表明,优化设计后结构单元的耐撞吸能水平得到大幅提高,从而验证了该多目标优化分析模型的有效性。
物理学
  • 直流螺旋线圈电磁发射器的能量转换效率
  • 杨栋1,2,刘振祥3,舒挺1,杨丽佳1,沈志3,欧阳建明3
  • 2018, 40 (5):103-108,145[摘要](89)  [PDF  688KB](74)
    综合考虑换向过程、炮口剩余磁能和电阻的能量损耗等因素,建立等效电路模型,通过理论、数值计算和实验的方法,对比分析了常规螺旋发射器和一种新型螺旋发射器的效率。结果表明:电阻焦耳热损耗的能量最大,其次是换向磁能损失,而炮口剩余磁能损失最小。降低电阻、增大互感梯度、减小驱动线圈单元的匝数、增大工作电流等方式可以有效提高发射器的能量转换效率。然而,较大的互感梯度也会带来较大的换向磁能和炮口磁能损失,造成炮管烧蚀甚至损坏、能量泄放和效率降低。另外,恒流工作模式的螺旋发射器理论效率超过轨道炮,且新型螺旋发射器结构的理论效率接近100%,未来有望在超导或较低电阻的情况下实现应用。
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