期刊目录
2019年  第41卷  第2期 刊出日期 2019-4-28   目次   上一期   下一期
     
航天工程
  • 并联TBCC动力对高超声速飞行器性能的影响
  • 马松1,2,林鹏2,左林玄2,王霄1,2,谭建国1
  • 2019,41 (2):1-7[摘要](376) [PDF  996K](466)
    针对马赫数为6的一级高超声速巡航飞行器的动力需求,提出涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合动力(T/RJ/DMSJ)和射流预冷涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合动力(PCT/RJ/DMSJ)两种方案。在给定的飞行任务下,分析起飞推重比分别为0.8和1.0时,飞行器完成任务时的航程和飞行时间,并对比了PCT/RJ/DMSJ在两种工作模态下的性能。研究结果表明:在相同的起飞推重比下,两种组合动力方案的航程和飞行时间相差不大。当起飞推重比为0.8时,采用PCT/RJ/DMSJ组合动力方案比T/RJ/DMSJ组合动力方案的航程高出3.6%,飞行时间高出3.8%;当起飞推重比为1.0时,PCT/RJ/DMSJ的航程和飞行时间比T/RJ/DMSJ的分别高出4.6%和4.8%。在小推重比下,跨声速段的燃料消耗和飞行时间占整个加速爬升段的比例较大,随着推重比的增加,这个比例减小,巡航可用的燃料比例增大,巡航距离增加,提高起飞推重比可以提高超声速飞行器的航程并缩短飞行时间。
  • 适用于行星巡视探测的集中式载荷控制方法
  • 王连国1,2,朱岩1,马苗1,饶家宁1,梁耀明1,王蔚1
  • 2019,41 (2):8-16[摘要](325) [PDF  1461K](216)
    以行星巡视探测任务为背景,针对资源紧张条件下自主控制载荷进行科学探测的需求,提出一种集中式载荷控制方法。建立新型的载荷电子学和载荷数管集成一体化硬件架构;软件采用基于事件表和工作模式表的控制方式自主控制载荷工作;采取多项健康管理措施,依据预设的规则监控载荷的状态,自主对故障载荷采取恢复和隔离措施。实现的公用控制部分仅重3 kg,功耗6 W,软件支持9个工作模式表同时运行,指令执行时刻误差优于40 ms。该方法应用到我国首次火星探测任务中,地面测试结果表明其简捷、高效、可靠,适合在资源苛刻的行星巡视探测任务中,对各载荷进行控制。
  • 同轴环缝气流作用下锥形液膜线性稳定性分析
  • 康忠涛1,2,3,李清廉2,3,成鹏2,3
  • 2019,41 (2):17-23[摘要](197) [PDF  833K](156)
    为了分析气液同轴离心式喷嘴的雾化机理,对同轴气体作用下的锥形液膜进行时间稳定性分析,推导同轴气体作用下锥形液膜的色散方程,建立离心式喷嘴出口参数预测模型,用于数值求解色散方程。结果表明:喷嘴出口液膜厚度随着喷注压降的增加而减小,喷雾锥角、液膜速度和轴向速度随着喷注压降的增加而增大。同轴气体作用下液膜由正弦模式的表面波主导,因为正弦模式的表面波增长率远大于曲张模式的表面波增长率。当环缝气体喷注速度较小时,增加气体速度会减小气液相对速度,从而减弱气液相互作用,使得液膜主导表面波增长率和频率减小、破碎时间和破碎长度增加。而当环缝气体速度超过一个临界值后,随着气体速度的增大,液膜主导表面波增长率和频率迅速增大,破碎时间和破碎长度迅速减小。
  • 采用遗传算法的弹托迎风窝结构设计
  • 李湘平,鲁军勇,冯军红,杜佩佩
  • 2019,41 (2):24-30[摘要](204) [PDF  977K](162)
    针对一体化弹丸弹托易分离性和轻质化的设计要求,构建弹托迎风窝参数化外形模型,基于激波和膨胀波理论建立弹托气动力计算模型;以弹托分离加速度和弹托质量综合最优为目标函数,采用遗传算法对弹托迎风窝的外形参数进行优化设计,从而得到弹托迎风窝的优化外形。以中口径尾翼稳定脱壳穿甲弹的弹托设计为例,采用提出的优化设计模型对其迎风窝结构进行优化设计,并采用基于动网格技术的弹托分离仿真模型验证其最优性。仿真结果表明:所提优化模型能够得到最优的弹托迎风窝结构;针对现有的中口径尾翼稳定脱壳穿甲弹,可进一步对其弹托结构进行优化,以提高其分离快速性。
  • 固体药燃气逆向喷流热防护有效性分析
  • 沈斌贤,刘伟强,尹亮
  • 2019,41 (2):31-36[摘要](185) [PDF  716K](167)
    针对高超声速飞行器逆向喷流介质供应,采用固体药燃烧产生的燃气作为喷流的介质,来减小供应系统的质量与体积。采用数值计算的方法对高速飞行器球头逆向喷流流场进行数值模拟,分析不同飞行条件下高温燃气对球头热防护的影响。研究表明,采用高温燃气会减弱逆向喷流的热防护效果,但是对比无逆向喷流的驻点热流,最大热流仍然存在大幅度的下降。通过调节喷流压力,在不增加喷流质量的情况下,高温燃气逆向喷流可以取得与常温介质一致的热防护效果。针对6马赫数以上的飞行,现有的固体药燃气温度能够对飞行器头部实现有效的热防护。
  • 原始变量守恒形式控制方程的时间准确性分析
  • 张怀宝,王光学,王靖宇
  • 2019,41 (2):37-43[摘要](234) [PDF  680K](147)
    基于压力、速度和温度的原始变量为自变量的守恒形式的控制方程可应用于定常流动问题,但是在求解非定常问题,例如某一典型激波管问题时,激波后温度出现过冲现象,即使通过细化网格、提高空间格式精度或者换用其他通量格式仍不能消除,这表明误差可能来自该方法本身。采用一维Euler方程对该方法进行数值分析。分析结果表明,数值误差来自时间项。通过构造相应的双时间步方程,虚拟时间项采用原始变量,而物理时间项采用守恒变量,并在两个相邻物理时间步内作为定常问题求解,可以收敛到相应的守恒形式,消除上述误差,得到准确的非定常数值解。
  • 对失控翻滚目标任意位置悬停的模糊控制
  • 刘将辉,李海阳
  • 2019,41 (2):44-50[摘要](613) [PDF  802K](236)
    针对失控翻滚目标任意位置悬停的控制问题进行研究。在目标器轨道坐标系下建立任意偏心率的三维相对运动方程,并分析失控翻滚目标的姿态运动特性。将悬停问题解耦为三个通道的二维模糊控制问题,并以x通道为例进行Mamdani型模糊控制器设计。确定相应的模糊子集、隶属度函数以及模糊控制规则表,采用面积中心法解模糊化。通过数值仿真验证了模糊控制器的控制性能。
  • 月球轨道超长波天文观测微卫星在轨数据预处理方法
  • 赵飞1,2,3,阎敬业2,蓝爱兰1,2,武林2
  • 2019,41 (2):51-56[摘要](206) [PDF  811K](163)
    围绕“嫦娥4号”月球轨道超长波天文观测微卫星展开研究,针对微纳卫星对地数传资源的限制,提出一种在轨信号预处理方法:通过10通道数字下变频链路实现原始数据的变频接收,再利用多级滤波器抽取获得低采样率基带数据,下变频本振频率可调,在对地数传资源约束下保证了不同频带数据的灵活选取。以上方法实现了一种10频点超窄带梳状滤波,仿真验证表明,采样率80 MSPS基带带宽为1 kHz的情况下,此方法可在现场可编程门阵列平台上稳定运行,能保证带内平坦度和线性相位等关键技术指标, 数据量与直接下传原始数据相比,降低了3个数量级以上。
  • 横向效应增强型弹垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论分析
  • 丁亮亮1,汤文辉1,冉宪文1,樊自建1,2,肖凡3
  • 2019,41 (2):57-62[摘要](170) [PDF  604K](145)
    为了得到横向效应增强型弹(Penetration with Enhanced Lateral Efficiency projectile, PELE)对金属薄靶垂直侵彻后的弹体轴向剩余速度,运用平面冲击波理论,对PELE的侵彻机理进行分析。参照平头弹体对靶板的侵彻模型,将PELE侵彻过程中的能量损失划分为以下几个部分:外壳体和内芯撞靶区域对应的环形塞块获得的能量、冲击波作用下弹体的内能增量以及剪切耗能等。然后根据能量守恒原理,得到PELE垂直侵彻金属薄靶后的PELE弹体轴向剩余速度的理论模型。为了验证该模型的合理性和准确性,设计相应的试验进行验证。结果表明,不同条件下得到的试验结果和理论模型得到的计算结果均吻合得较好。因此,得到的PELE垂直侵彻薄靶的轴向剩余速度理论模型可为工程应用提供指导和参考。
  • 一类飞行器载荷设计的三分段方法研究与应用
  • 商霖1,张海瑞1,李璞1,2,马友林1
  • 2019,41 (2):63-68[摘要](157) [PDF  526K](149)
    为有效解决传统载荷设计方法中存在的诸多不足,提出一种适用于一类飞行器载荷设计的三分段法,即分段刚度、分段质量和分段气动。该方法能够很好地逼近飞行器的真实质量分布和气动载荷分布。针对简化飞行器,分别利用三分段法、理论计算法和质量分站法计算其模态参数和截面载荷。结果表明,三分段法和理论计算法在模型参数、计算原理上是一致的,基本可以认为是一种方法,因而它们的模态参数和截面载荷完全吻合;质量分站法所得左、右截面载荷不一致,且相差很大,还不符合真实载荷情况。总之,采用三分段法能够得到较为真实、合理的飞行器截面载荷分布,且工程应用简便,方法合理、可信,同时还可以在很大程度上降低飞行器载荷设计和结构设计的难度。
  • 采用射流掺混增强的前可调面积涵道引射器数值模拟
  • 王靖宇1,2,张怀宝2,黄国平3,王光学2,邓小刚4
  • 2019,41 (2):69-74,81[摘要](226) [PDF  1324K](161)
    为了提高风扇外涵和核心机驱动风扇级外涵流体的掺混效率,提出一种采用射流掺混增强的前可调面积引射器设计方案。通过数值模拟的手段对流量特性、流动掺混和总压损失等方面进行了研究,并同基准模型进行了对比分析,结果表明:采用波瓣混合器结构的前可调面积引射器设计,显著地增加了较高出口背压工况下风扇外涵的流通能力;新的设计方案不仅没有增加低出口背压工况下的总压损失,还减小了高背压出口工况下的流动损失;流向涡的特征尺度是提高掺混效率的关键,可以进一步优化波瓣混合器几何轮廓,以满足调节机构对结构设计的要求。
  • 反电动势对无扰载荷航天器精确定向的影响
  • 孔宪仁,武晨,李海勤,杨震国
  • 2019,41 (2):75-81[摘要](159) [PDF  732K](144)
    无扰载荷航天器中非接触式作动器反电动势会引起有效载荷模块与支持模块之间的耦合,影响有效载荷模块的精确定向性能。通过建立无扰载荷航天器的耦合动力学模型,分析非接触式作动器反电动势对有效载荷模块精确定向性能的影响。考虑六支杆立方构型无扰载荷接口,结合拉格朗日方程和牛顿欧拉方法建立有效载荷模块平台动力学模型。推导非接触式作动器的输出力模型,并引入有效载荷模块平台动力学模型,给出考虑非接触式作动器反电动势的耦合动力学模型。将支持模块上飞轮动静不平衡引起的谐振作为干扰力矩,建立了无扰载荷航天器在轨定向状态的Simulink仿真模型。仿真结果表明,反电动势系数越大,干扰力矩对有效载荷模块的影响越大,有效载荷模块精确定向精度越低。
  • 1553B总线即插即用解决方案
  • 吕良庆1,2,安军社1
  • 2019,41 (2):82-90[摘要](216) [PDF  898K](161)
    在传统1553B总线通信协议的基础上,通过增加初始握手过程和远置终端电子数据单的设计,形成具有即插即用特征的通信协议。基于这个协议,给出1553B总线控制器的即插即用设计方案,包括远置终端加入的总线表构建算法、管理数据结构和总线表动态调度的运行控制方式。总线表构建算法采用基于电子数据单的方法,根据远置终端的通信需求进行分析、计算、转换得到新的总线表。数据结构的思路是将总线表内容的分析提前到初始化时完成,以提高总线运行时的管控和数据交换的效率,以及方法的统一。总线表调度采用主总线表加插入消息的方式。对以上综合解决方案进行时间和适用场合的效果评估,结果表明该方案形成的总线周期、远置终端接入时间长度等指标达到了可以接受的程度,既保持了总线周期的稳定,又提供了即插即用所需要的控制灵活性。具有即插即用特征的1553B总线在CCSDS-SOIS架构中作为底层子网之一,为上层即插即用系统的构建提供了支撑。
计算机科学与技术
  • 能量均衡的围捕任务分配方法
  • 张子迎,吕骏,徐东,孟宇龙,冯光升,张朦朦
  • 2019,41 (2):107-114,184[摘要](192) [PDF  826K](178)
    随着水下机器人反围捕策略研究的不断深入,水下机器人围捕变得越来越困难。为此构建一种多层环状伏击围捕模型并设计了基于围捕任务的任务分配方法,使得水下机器人能够充分利用自身的特点更好地完成任务。同时,考虑在围捕过程中随时间推移,系统内能量会出现消耗不均的现象,据此提出一种能量均衡方法平衡系统能量的消耗。实验证明所提出的基于多层环状围捕模型的能量均衡策略任务分配方法能有效提高围捕成功率,延长系统寿命。
  • 遥感数据用户需求融合处理技术
  • 郑忠刚1,付琨2,徐崇彦1,巫震宇1,周长飞1
  • 2019,41 (2):115-123[摘要](206) [PDF  603K](192)
    遥感数据是国家的基础性和战略性资源,在经济建设、国防建设、抢险救灾、生态环境保护等方面得到了广泛的应用,发挥着越来越重要的作用,各行各业对遥感数据的需求也越来越多。因此,如何提高对地观测资源的利用率,提高服务响应速度成为迫切需要解决的问题。采用自然语言处理技术,提出了一种用户需求融合处理方法,该方法可以有效地融合归并相同或者相似的用户需求,实现一图多用,引入需求预测和需求融合技术以提高需求融合效率,从而提高对地观测资源的利用率,达到事半功倍的效果。
电子科学与技术
  • 图像超分辨率卷积神经网络加速算法
  • 刘超1,2,张晓晖1,胡清平1
  • 2019,41 (2):91-97[摘要](173) [PDF  939K](191)
    为了实现模型的实时和嵌入式运行,提出了一种轻量级的卷积神经网络结构。通过采用较小的滤波器尺寸和引入深度可分离卷积,可大量减少模型参数,提高模型非线性表达能力;在网络末端引入子像素卷积层,直接从原始低分辨率图像学习到高分辨率图像的映射,计算成本为原来的1/k2(k为放大因子)。在Set5数据集上的实验表明,所提模型的速度较经典的图像超分辨率重建算法速度提高了25.8倍,能够在通用GPU上实时运行,峰值信噪比平均提高了0.17 dB,并且参数只有它的35%。
  • 深度置信网络在导弹攻击区分类中的应用
  • 杨任农,张振兴,房育寰,左家亮,张彬超
  • 2019,41 (2):98-106[摘要](176) [PDF  1392K](247)
    针对传统导弹攻击区解算方法忽略双方态势变化等问题,提出运用深度置信网络的导弹攻击区分类模型。根据导弹命中情况与目标机动间的关系,将导弹攻击区划分为五类。通过分析影响导弹攻击结果的态势参数,构建导弹攻击结果预测模型。在实验部分,结合重构误差和测试错误率确定深度置信网络的网络结构,通过逐层提取数据法分析模型参数特征并且讨论微调数据的采样方式。使用反向传播神经网络和支持向量机进行分类有效性对比实验。实验结果表明:深度置信网络运行速度和预测准确度明显优于其他两种方法,满足实时性和准确性要求,所提方法具有良好的应用价值。
  • 对成像雷达的间歇采样非均匀转发干扰方法
  • 高磊1,曾勇虎1,汪连栋1,王伟2
  • 2019,41 (2):132-137[摘要](196) [PDF  635K](159)
    间歇采样转发干扰是针对宽带成像雷达的一种有效干扰方式。根据间歇采样转发干扰的基本原理,对宽带成像雷达,按照常规的均匀转发方式,能够在高分辨距离像结果中叠加一串位置均匀分布的虚假散射点。虚假散射点序列的均匀分布特点不利于干扰信号的伪装。针对此问题,以破坏虚假散射点序列均匀分布为目的,在常规间歇采样转发干扰方法基础上,提出间歇采样非均匀转发干扰方法,并分析其干扰效果。最后通过仿真实验验证了所提出的方法能提高对宽带成像雷达的干扰效果。
光学工程
  • LiDAR点云纹理特征提取方法
  • 周唯1,2,3,彭认灿2,3,董箭2,3
  • 2019,41 (2):124-131[摘要](187) [PDF  1171K](164)
    针对图像纹理应用于LiDAR点云分类过程中存在的多义性问题,提出点云纹理特征的概念。该特征属性反映了点与其邻域点的属性值分布情况,提取过程基于KD树数据检索结构和灰度共生矩阵算法。分析搜索邻域、移动步长和灰度等级等参数对点云纹理特征的影响,并利用支持向量机分类方法验证点云纹理特征,可以有效地辅助高程和强度信息以改善LiDAR点云的地物分类结果。实验还证明了相比于栅格格式的图像纹理特征,点云纹理特征约束的地物分类具有更高的分类精度,并且点云纹理特征在微小地物的甄别和水陆的区分方面具有突出的能力。该特征的这些优秀特性可以为海岸带机载LiDAR数据的精细化分类、海岸带高精度DEM构建和海岸线提取等工作发挥重要作用。
机械工程
  • 基于似然比检验的橡胶密封件加速试验机理一致性判别方法
  • 鲁相1,2,汪亚顺1,陈循1,谭源源1
  • 2019,41 (2):144-149[摘要](157) [PDF  502K](147)
    加速退化试验广泛应用于橡胶密封件等长寿命产品的可靠性评估,试验过程中需要将高应力水平下的试验结果外推到正常应力水平。要获得准确的产品可靠性评估结果,需要保证加速应力下的退化失效机理与正常应力下的退化失效机理一致。基于似然比检验原理,提出加速退化试验机理一致性判别方法及流程。针对失效机理一致与失效机理变化两种场合,提出对数线性及非对数线性两类加速模型,并结合混合效应模型描述产品退化过程。利用似然比检验判断加速模型参数是否变化,完成失效机理一致性判别。仿真算例和应用实例表明,该方法能够有效判别橡胶密封件失效机理是否变化,并找到失效机理不变的应力水平边界。
  • 耦合封闭声腔的主导声辐射模态确定方法
  • 苏常伟1,2,朱海潮1,毛荣富1
  • 2019,41 (2):158-162[摘要](183) [PDF  761K](139)
    将在某一频率下或某一频段内对封闭声腔声势能起主要作用的一阶或几阶声辐射模态定义为耦合封闭声腔的主导声辐射模态。准确认定主导声辐射模态至关重要,直接影响有源控制效果。然而,现有的主导声辐射模态确定方法,要么仅考虑辐射效率的作用而忽视模态幅度的影响,要么就需要用到结构模态信息,难以实现工程应用。基于此,综合运用计算和测试手段,全面考虑辐射效率和模态幅度两个因素,提出了一种基于“初选—预留—后验”的主导声辐射模态确定方法,并通过实验研究证明了该方法的有效性和可行性。结果表明:提出的确定方法能够准确认定主导声辐射模态,确定过程中不需要用到辐射体的结构模态信息,可用于指导控制目标选取或重构封闭声腔声势能。
  • 战斗部近炸下防护液舱破坏机理分析
  • 金键,侯海量,吴梵,陈鹏宇,吴林杰,朱锡,陈长海
  • 2019,41 (2):163-169[摘要](184) [PDF  785K](157)
    为研究大型舰船水下舷侧防护液舱的破坏机理,根据液舱的承载特性,设计制作缩尺战斗部模型和敞口、密闭两种液舱结构模型,开展两种姿态战斗部近炸下高速破片和冲击波对防护液舱的联合毁伤试验。根据试验后液舱模型的破损情况分析液舱前、后板在典型载荷下的破坏机理,总结分析液舱结构整体的破坏模式和破坏机理。结果表明:高速破片是防护液舱结构的主要防御对象,破片开坑和空化阶段是液舱结构变形破坏的主要阶段,破片群侵彻液舱形成的激波载荷和空化效应引起的挤压载荷是使结构产生变形破坏的主要冲击载荷。
  • 双泵源电液舵机线谱噪声控制
  • 陈宗斌1,2,何琳1,2,廖健1,2,徐荣武1,2
  • 2019,41 (2):170-175[摘要](208) [PDF  817K](216)
    采取变频调速控制策略的电液舵机可大幅降低操舵噪声,但系统线谱噪声明显且随工况变化而迁移,衰减难度大。基于此,结合泵源双冗余的电液舵机原理,仅改变原系统控制策略,提出基于辅助泵源合流的压力脉动控制措施。理论分析指出,两泵源转速一致,初始相位角为半个周期可衰减奇数次谐波。设计了主从同步控制策略,配置相应硬件,并应用于实际系统,实测相同操舵工况下可降低基脚结构振动总级3~5 dB,一阶线谱最大可衰减23 dB。
  • 舰船主动力装置故障隔离与参数估计方法
  • 黄林,程刚,朱国情,陈于涛
  • 2019,41 (2):176-184[摘要](161) [PDF  1505K](181)
    针对舰船主动力装置结构复杂、故障种类多和系统不确定性等故障诊断问题,提出采用基于双因果键合图模型的定量故障隔离与参数估计方法。根据系统传感器配置方案,建立双因果键合图模型,通过因果路径分析,推导得到系统解析冗余关系,并获得故障特征矩阵。建立系统线性分式变换键合图模型,开展故障仿真,将其与双因果键合图模型耦合,在MATLAB/Simulink环境中进行仿真试验,实现了舰船主动力装置的故障隔离与参数估计。结果表明:对双因果键合图模型因果路径分析,可以避免手动推导系统解析冗余关系的繁杂过程;基于其部件构造方程的分析可以有效实现系统故障隔离与参数估计,实时跟踪和预测故障状态。
控制科学与工程
  • 伺服电机积分型SMC速度控制策略
  • 涂群章,黄皓,蒋成明,潘明,李沛,薛金红
  • 2019,41 (2):150-157[摘要](182) [PDF  1304K](178)
    为解决伺服电机控制系统输出转速可控性差、波动大、动态响应慢等问题,提出积分型滑模变结构控制策略,设计负载转矩观测器解决控制过程中的负载扰动问题,基于Simulink搭建永磁同步电机速度控制系统仿真模型,搭建电机测试系统台架对控制系统的稳态性能和动态性能进行试验验证。研究结果表明,相比于传统比例积分微分控制和普通滑模变结构控制(Sliding Mode variable structure Control, SMC),所设计的控制策略能够使控制系统达到稳态时速度波动较小,鲁棒性较好,抑制了SMC的抖振现象。
  • 空陆攻防博弈的动态武器目标分配
  • 张先剑
  • 2019,41 (2):185-190[摘要](203) [PDF  608K](221)
    大规模作战具有高动态、非完全信息和不确定性,在分析归纳目前解决动态武器目标分配问题的一系列方法的基础上,尝试构建基于双方动态博弈的攻防对抗综合数学模型,并利用纳什均衡和帕累托最优算法进行分阶段求解。结果表明,该数学模型和博弈论方法结合能够有效解决武器目标动态分配问题。
管理科学与工程
  • 可靠度限制下相控阵雷达天线阵面T/R单元维修模型
  • 蒋伟,盛文,刘诗华,鲁力
  • 2019,41 (2):138-143[摘要](203) [PDF  644K](165)
    为了描述维修活动对相控阵雷达天线阵面系统的影响,构建了以可靠度为基础的“修旧不如新”定期维修优化模型。对相控阵雷达T/R单元失效下的天线性能参数进行分析,根据指标确定系统不能正常工作的失效T/R单元阈值; 针对大部分维修活动都难以使T/R单元修复如新的事实,引入失效率递增因子,在系统一定的可靠度水平上,以相控阵雷达系统的使用可用度和维修费用率为优化决策参数,建立了系统的维修优化模型,并运用边际效能算法对系统的最佳预防换件维修周期和换件维修组数量进行求解。实例运算结果表明,该模型突破了已有模型“修旧如新”的限制条件,更符合实际,能为维修策略的制定提供理论依据。