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2018年  第40卷  第4期 刊出日期 2018-8-30   目次   上一期   下一期
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物理学
  • 入射频率对高功率微波与等离子体相互作用的影响分析
  • 李志刚1,程立1,马志伟2,汪家春1,时家明1
  • 2018,40 (4):47-52[摘要](104) [PDF  802K](118)
    通过建立等离子体中的波动方程、电子传递方程和重物质传递方程,研究了等离子体对高功率微波传输特性的影响。研究了高功率微波与等离子体相互作用中产生的电子密度和透射电场的变化过程,并重点分析了变化过程中入射波频率产生的影响。研究结果表明,在相互作用过程中,等离子体中的电子密度和透射电场在一定条件下会发生阶跃变化,即等离子体区域平均电子数密度会在极短的时间内由1×109 m-3增加到1×1019m-3,平均电场强度也会由初始场强跃变为零,并且这种变化的产生存在一定的入射阈值场强和最低产生时间。当入射电磁波的频率不同时,产生阶跃变化所需的场强阈值和最低产生时间就会变得不同,高功率微波与等离子体相互作用中存在一定的色散效应。在所考虑的范围内,阈值场强随入射波频率线性增长,而最低产生时间随电磁波频率呈非线性增长变化。
航天工程
  • 复合固体推进剂等效力学性能VCFEM细观预示方法
  • 申柳雷1,申志彬1,李晶钰2,李海阳1
  • 2018,40 (4):53-58[摘要](87) [PDF  776K](118)
    根据固体推进剂的细观结构特征,采用等圆最优装载方式生成代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)模型,并结合Voronoi单元有限元方法(Voronoi Cell Finite Element Method,VCFEM)和均匀化方法,发展了一种可预示固体推进剂等效力学性能的数值分析方法,从而得到体分比和组分材料对等效模量和等效泊松比的影响规律。为证明该方法的有效性,设计一个对称数值模型,通过对该方法和传统有限元方法的节点位移结果的比较,发现两者之间的相对误差小于5%,且VCFEM用少量单元就完成了分析,提高了计算效率。通过对不同细观结构下推进剂RVE模型的计算,发现随着夹杂体分比的增大,夹杂的颗粒增强效应越明显,基体材料的变化比夹杂材料对等效力学性能有着更加显著的影响。
  • 并联放电等离子体合成射流激励器工作特性
  • 王林1,周岩1,罗振兵1,夏智勋1,邵涛2,邓雄1
  • 2018,40 (4):59-66[摘要](88) [PDF  1281K](100)
    等离子体合成射流激励器凭借射流速度高、工作频带宽、响应迅速等优势在高速流场主动流动控制领域具有良好的应用前景。为了克服单个激励器控制能力弱、控制范围窄的缺点,开展了并联放电等离子体合成射流激励器的研究,搭建了最多支持三路并联放电的微秒脉冲电源。测试结果表明,电源在空载及负载条件下可以实现1000 Hz稳定放电。随着放电电容的增大,放电电能的提高,等离子体电弧的温度升高,激励器腔体内气体被加热得更剧烈,产生的射流速度增大。随着工作频率的提高,激励器的击穿电压降低,放电电能减小,射流速度减小。通过对触发信号的调制,可以实现每个激励器的独立控制,使得并联式激励器具有更强的流动控制灵活性。试验结果显示,激励器工作相位与触发相位具有较好的对应关系。
  • 采用PWPF调节器的再入飞行器最优控制分配方法
  • 王涛1,2,曹晓瑞3,张洪波1,汤国建1
  • 2018,40 (4):74-79[摘要](82) [PDF  841K](128)
    针对具有反作用控制系统(Reaction Control System, RCS)和气动舵两类控制机构的再入飞行器,提出一种基于脉宽脉频(PulseWidth PulseFrequency, PWPF)调节器的最优控制分配方法。将RCS的输入信号转化为连续变化量,RCS与气动舵的控制分配问题被描述为二次规划问题,并采用有效集方法对其求解。采用离散法和PWPF调节器将优化结果转化为RCS的开关机状态。与混合整数规划问题相比,连续二次规划问题更容易求解,计算速度更快。通过对二次规划问题的重构,该算法能有效地应对故障情况。
  • 考虑地球非球形引力摄动影响的自由段弹道解析解
  • 常晓华
  • 2018,40 (4):80-86[摘要](80) [PDF  716K](77)
    针对地球非球形引力摄动影响下的自由段弹道快速计算问题,在非正交坐标系内建立考虑J2项摄动的地球引力作用下的运动微分方程,在轨道坐标系内建立扰动引力作用下的运动微分方程,并计算天向扰动引力加速度对应的质量偏差,进而通过椭圆轨道以修正J2项摄动运动微分方程;在建立上述运动微分方程解析解的基础上,给出了地心坐标系内弹道飞行器位置和绝对速度的表达式,从而提出了J2项摄动引力和扰动引力作用下的自由段弹道解析计算方法。仿真分析表明:该方法具有较高的计算效率,落点位置偏差小于20 m,满足弹道飞行器高精度实时制导、轨迹预测等应用需求。
  • 运动视觉平台点目标定位误差分析和平台最优运动轨迹设计
  • 张红良,俞先国,王梓
  • 2018,40 (4):87-93[摘要](76) [PDF  447K](104)
    对运动视觉平台点目标定位问题进行了研究,介绍了基于视觉共线方程的目标定位方法,分析了共线方程关于视线约束的实质。在观测视线相关坐标系推导了视线方向角矢量对目标定位误差的影响规律,分析了多观测对定位误差的影响,并基于最小化目标定位误差推导了视觉平台的最优运动轨迹,利用简单明了的分析方法得到了与已有文献优化Fisher信息矩阵方法一致的结论。利用仿真和试验对定位误差和最优轨迹进行了验证,证实了定位误差理论分析和最优运动轨迹设计的正确性。
  • 飞机结构疲劳可靠度贝叶斯组合预测
  • 袁修开,刘文杰
  • 2018,40 (4):100-105[摘要](67) [PDF  703K](96)
    在实际工程中,常常需要利用模型去描述和分析问题。然而模型亦存在不确定性,即可能存在多个描述同一现象的模型,例如多个疲劳分析的模型。针对飞机结构的疲劳可靠性问题,提出在考虑三种裂纹扩展模型下基于贝叶斯公式的疲劳可靠度组合预测方法。针对不同应力水平下飞机结构试件的裂纹扩展数据建立了三种随机裂纹扩展模型;在考虑模型参数不确定性条件下,采用贝叶斯模型平均方法对三种模型进行组合;基于组合模型分析结构的可靠度。所提方法在分析飞机结构疲劳可靠度上,采用了组合模型,能够最大限度保障结果的稳定性。此外,考虑了模型参数的不确定性,能够得到更为合理的裂纹扩展预测分布和可靠度预测值。给出的实例及分析结果表明所提方法可行。
  • 强爆轰驱动超高速碎片发射装置设计因素分析
  • 邢柏阳1,刘荣忠1,郭锐1,陈亮1,杨永亮1,赵博博1,2,高科1
  • 2018,40 (4):151-158[摘要](103) [PDF  738K](118)
    为了得到发射装置设计因素和超高速碎片性能间的关系,考虑了药型罩的材料、炸药种类、装药长径比、药型罩的锥角、药型罩的厚度、药型罩顶部靠近装药侧的曲率半径等设计因素,采用AUTODYNTM,结合正交试验,对超高速碎片的发射过程进行数值模拟。结果表明,3种发射装置结构分别可以提供质量为1.533 g的紫铜碎片、速度为11.649 km/s的铝碎片、动能为85.6 kJ的铝碎片;2种发射装置结构均可以提供质量大于1 g、速度高于11 km/s的密实结构圆柱状碎片。验证了仿真方法的可信性,对影响碎片性能的设计因素进行了分析、排序,并得到了这些设计因素与碎片质量、速度、动能的关系。
机械工程
  • 轴承装配误差及预紧量对导引头伺服机构谐振频率影响与分析
  • 于乃辉1,2,梁科山1,吴伟1,曹玉君1
  • 2018,40 (4):112-120[摘要](87) [PDF  1107K](117)
    为了在精密装调过程中对导引头伺服机构的动态特性进行准确预测,采用理论建模的方法确定了轴承微量装配参数与伺服机构谐振频率的定量关系。基于Hertz接触理论,建立5自由度轴承刚度模型,并将微量装配误差对轴承刚度矩阵的影响进行建模和分析;采用Timoshenko梁理论推导弹性阶梯轴单元矩阵,并确定系统特征值和特征向量的求解方法;采用MATLAB/GUI建立伺服机构谐振频率分析系统,并搭建实验系统对理论模型进行验证。分析和实验结果表明,所建立的分析方法可以对轴承的微量装配误差引起的谐振频率变化进行比较准确的计算,解决了目前伺服机构精密装调过程中动态特性预测的难题。
  • 惯性效应对电主轴动态性能的影响
  • 刘俊峰1,廖泉1,赖涛1,陈小安2
  • 2018,40 (4):121-126[摘要](67) [PDF  814K](131)
    为分析高速电主轴轴承-转子系统的动态特性,利用有限元分析方法和Timoshenko梁理论,建立考虑离心力和陀螺力矩等高速惯性效应和系统阻尼的电主轴转子系统动力学模型;并以120MD60Y6型号高速电主轴为研究对象开展模态试验,获取系统不同工况下的固有频率。研究结果表明:离心力除了造成轴承支承软化外,还会造成转轴软化,且转轴软化是造成主轴系统固有频率下降的主要原因;陀螺力矩会将主轴系统每阶固有频率分为前后两个模态,且前后模态随转速变化的规律不同。仿真结果和试验结果吻合较好,这表明所建模型能够准确预测高速电主轴动态性能。
  • 靴形喷油速率耦合预喷射对超高压共轨柴油机性能的影响
  • 周磊,杨昆,刘振明,安士杰,欧阳光耀
  • 2018,40 (4):134-141[摘要](84) [PDF  1320K](66)
    在介绍超高压共轨系统工作原理的基础上,基于GT-Power软件建立单缸超高压共轨柴油机的仿真模型,并利用试验验证模型的准确性,而后通过模型分析不同喷油速率、靴形喷油速率耦合不同预喷油量和靴形喷油速率耦合不同预喷提前角对超高压共轨柴油机动力性、经济性以及燃烧排放特性的影响。结果表明:通过调整超高压共轨系统中电控增压器电磁阀和喷油器电磁阀的开启时间,能够实现喷油速率的柔性可调。随着喷油速率从矩形变化到靴形,柴油机缸内压力、温度以及NOx排放量均逐渐降低,而soot排放量逐渐升高,且靴形喷油速率可使柴油机获得最大的功率(扭矩)和最低的油耗率。靴形喷油速率耦合较小的预喷油量可以使柴油机获得更好的动力性、经济性和燃烧特性,但同时也会导致NOx排放量的升高。靴形喷油速率耦合较大的预喷提前角有助于改善柴油机排放特性,但受到预喷油量的限制,效果并不明显。
  • 石墨烯作为水基半合成切削液添加剂的硬质合金-钢材料摩擦学特性分析
  • 姚斌,何昱超,孙维方,曹新城,陈彬强,郑清
  • 2018,40 (4):142-150[摘要](78) [PDF  1221K](96)
    改善加工过程润滑条件是延缓刀具磨损的重要途径。将石墨烯作为3034水基半合成切削液的添加剂,研究石墨烯悬浮切削液的硬质合金-钢材料摩擦学性能,研究对象是由硬质合金YG8制备的金属球和由45#钢制备的圆盘形试件;采用球-盘摩擦副接触方式在摩擦磨损试验机上进行试验,测定了质量分数为0.1%~0.9%的石墨烯悬浮切削液的平均摩擦特性和摩擦系数;采用激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓进行提取,并得出磨损定量评价指数,并用扫描电镜和拉曼光谱仪对磨痕进行磨损机理分析;进行切削实验来分析石墨烯悬浮切削液对切削性能指标的改善情况。实验分析结果表明:石墨烯悬浮切削液能明显改善硬质合金-45#钢之间的润滑条件,摩擦系数和磨损率显著下降,采用不同质量分数石墨烯悬浮切削液的平均摩擦系数较原半合成切削液下降12.9%~57.3%,磨损率下降33.82%,同时切削合力较原半合成切削液下降18.58%,加工后工件表面粗糙度下降7.5%。
  • 现役船体结构可靠性评估理论研究现状及展望
  • 滑林1,2,吴梵1,2,吕岩松1,2,牟金磊1,2
  • 2018,40 (4):173-180[摘要](82) [PDF  556K](139)
    作为现役船体结构可靠性评估的关键技术,可靠性评估理论直接决定了可靠性评估结果的有效性和置信度。从可靠性评估理论的计算原理、度量指标计算及工程应用等方面阐述了传统可靠性评估理论和非概率可靠性评估理论的发展历程及研究现状,分析、总结了各可靠性评估理论在现役船体结构可靠性中的优势及不足,给出了今后开展相关研究的展望,并指出了现役船体结构可靠性研究的重点。 
管理科学与工程
  • 装备寿命周期备件供应网络优化方法
  • 董骁雄,陈云翔,孟祥飞,王莉莉
  • 2018,40 (4):127-133[摘要](102) [PDF  548K](102)
    针对现有备件供应优化方法未从寿命周期角度考虑备件供应优化问题,将寿命周期不同阶段的备件需求特征融入备件供应网络设计中,实施动态需求特征下的寿命周期整体优化。深入分析寿命周期不同阶段的备件需求特征;建立备件供应响应时间转移方程,在此基础上,构建使寿命周期备件保障效益最大的多目标混合整数规划模型。通过仿真案例证明了多种备件保障模式的组合能够显著提高寿命周期保障效益,寿命周期整体优化可以实施更高效的备件供应。
信息与通信工程
  • 适应低时延业务需求的分布式可穿戴单兵作战信息系统
  • 任智源1,肖尧1,郭凯2,程文驰1,张海林1
  • 2018,40 (4):159-165[摘要](104) [PDF  719K](160)
    针对云计算应用在单兵作战系统场景下业务处理时延高、服务质量无法保障的问题,提出一种基于可穿戴计算的分布式单兵作战信息系统。利用士兵身上的可穿戴智能设备构建本地计算层,在作战地点就近处理计算数据,提供给士兵本地的信息处理与融合能力,并采用广义扩散负载均衡算法平衡各设备负载,降低业务处理时延;同时利用分布式计算的容错能力增强系统的可靠性。仿真结果表明,基于可穿戴设备的分布式本地网络架构能有效地降低作战任务的处理时延,同时增强系统的可靠性。
电子科学与技术
  • 多输入多输出雷达恒模稳健波形联合优化算法
  • 崔琛,孙从易,郝天铎,龚阳
  • 2018,40 (4):166-172[摘要](85) [PDF  596K](99)
    针对目标冲激响应及杂波冲激响应分布特性先验知识不准确导致的多输入多输出雷达检测性能下降的问题,提出恒模稳健波形与接收机滤波器联合优化算法。将目标冲激响应及杂波冲激响应分布特性先验知识不准确时的优化问题建模为一个极大极小化问题。运用迭代优化算法将联合优化问题分解为两个子优化步骤:将波形固定时的接收机滤波器权值优化问题建模为广义瑞利商模型,求解得到相应的接收机滤波器权值矢量;利用半正定松弛技术对权值固定时的波形优化问题进行求解,获得对应的波形矩阵,并根据得到的波形矩阵,通过高斯随机化的方法获得所需的恒模波形。对所提算法的收敛性进行了证明,仿真结果表明所提算法有效。