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基于积分形式的湍流边界层壁面摩擦速度预测方法

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力学学报 2025年第1期57卷 43-54页

作者：孟响卢兆麟李栋张凯北京理工大学宇航学院力学系北京100081 北京理工大学唐山研究院河北唐山063000 北京理工大学设计与艺术学院北京100081

湍流边界层流动广泛存在于自然界、航空航天以及环境工程等领域.壁面摩擦速度是湍流边界层理论研究和工程应用中的一个重要参数,对其进行准确预测具有十分重要的科学意义和工程价值.文章基于雷诺平均动量方程提出了一种利用湍流边界层... 详细信息

湍流边界层流动广泛存在于自然界、航空航天以及环境工程等领域.壁面摩擦速度是湍流边界层理论研究和工程应用中的一个重要参数,对其进行准确预测具有十分重要的科学意义和工程价值.文章基于雷诺平均动量方程提出了一种利用湍流边界层平均速度和雷诺应力剖面预测壁面摩擦速度的积分方法.该方法仅需要同一流向位置、边界层外层的平均流场分布,显著降低了对近壁面流场数据的依赖性.通过文献中大量的直接数值模拟和实验数据验证,该方法的相对误差在±3%以内,且受积分上下限以及边界层厚度等模型参数的影响较小.通过与文献中具有相似积分形式的壁面摩擦速度预测方法比较,发现湍流边界层壁面摩擦速度预测方法的精度与选取的总切应力模型密切相关.本文提出的壁面摩擦速度预测方法适用于不可压缩、零压力梯度光滑及粗糙壁面湍流边界层流动,具有精度高和鲁棒性强等特点,研究结果可为航空航天及能源动力等领域重大工程应用中湍流壁面摩擦阻力的准确预测和调控提供理论指导.

关键词：壁面摩擦速度湍流边界层直接数值模拟实验测量

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绕弹性水翼云状空化多级脱落特性研究

力学学报 2025年第1期57卷 17-30页

作者：郑汉文张敏弟周瑞泉张嘉坤黄彪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕弹性水翼云状空化开展了研究,主要分析了云状空化多级脱落现象及其导致的水翼振动特性.实验方面,利用高速相机观测了空泡形态演化过程.数值模拟方面,结合标准PANS(partially-averaged Navier-Stokes... 详细信息

采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕弹性水翼云状空化开展了研究,主要分析了云状空化多级脱落现象及其导致的水翼振动特性.实验方面,利用高速相机观测了空泡形态演化过程.数值模拟方面,结合标准PANS(partially-averaged Navier-Stokes)湍流模型和Zwart空化模型对流场进行数值模拟,并运用紧耦合算法实现了流固耦合计算.结果表明:当空化数处于0.65~0.85范围内时,绕弹性水翼云状空化存在多级脱落现象,其中一次脱落和二次脱落过程存在明显差异.一次脱落尺度和周期明显大于二次脱落;一次脱落和二次脱落机制不同,前者是中部回射流所致,后者是自由端回射流所致;一次脱落空泡产生的高压区面积显著大于二次脱落空泡但压力峰值相对较小,并且一次脱落空泡产生的高压区对附着空泡生长抑制作用更强,使二次脱落附着空泡生长速度和最大长度相对于一次脱落分别减小47%和40%;一次脱落附着空泡表面旋转流动强度更大,一次脱落空泡主要受剪切效应影响,而二次脱落空泡主要受旋转效应影响;弹性水翼所受水动力载荷变化主要与一次脱落有关,二次脱落的影响较弱,其中一次脱落阶段尖端变形最大值比二次脱落大5%,同时结构振动各阶主频与空泡脱落频率一致.

关键词：弹性水翼云状空化多级脱落振动特性

GAP基固体推进剂喷管结构约束下的烤燃响应

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含能材料 2025年第1期33卷 32-38页

作者：杨钧森金丰凯吉康语吴海波武毅北京理工大学宇航学院北京100081

固体火箭发动机的喷管结构约束对推进剂在烤燃刺激下的响应过程具有显著影响。为研究喷管喉径对GAP基固体推进剂烤燃响应过程的影响规律,设计搭建了喷管结构试验件的热载荷加载与控制系统,基于激光高速纹影成像技术,观测了发动机喷管结... 详细信息

固体火箭发动机的喷管结构约束对推进剂在烤燃刺激下的响应过程具有显著影响。为研究喷管喉径对GAP基固体推进剂烤燃响应过程的影响规律,设计搭建了喷管结构试验件的热载荷加载与控制系统,基于激光高速纹影成像技术,观测了发动机喷管结构约束下GAP基推进剂烤燃响应的完整过程,同时测量了烤燃过程中的试验件温度和点火响应产生的冲击波超压。结果表明:含喷管约束的GAP基固体推进剂试件的烤燃响应可分为点火前推进剂软化膨胀,点火后燃烧火焰加速、燃烧转爆轰、壳体失效、爆燃过程。点火后响应过程仅持续0.5~2毫秒。燃烧火焰加速阶段压力缓慢增长,当喷管喉径较小时,流动易发生壅塞,使压力和燃速快速增长并相互促进,导致发生燃烧转爆轰;而喷管喉径较大时,试验件内压力的快速增长无法发生或者维持,降低了燃烧转爆轰的可能性,试验件结构完整性得以保持。

关键词： GAP固体推进剂烤燃响应高速纹影成像喷管结构约束

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基于多孔材料的圆柱空腔声学覆盖层优化设计

工程科学学报 2025年第3期47卷 468-479页

作者：张博涵荣吉利程修妍北京理工大学宇航学院北京100081

在发射及飞行过程中外部环境产生的声学和振动激励易对运载火箭内部有效载荷产生威胁,多孔材料作为一种轻质吸声材料被广泛运用于运载火箭整流罩的降噪减振相关研究中.本文基于多孔材料物理模型和多流体阻抗传递理论,结合声学阻抗管实... 详细信息

在发射及飞行过程中外部环境产生的声学和振动激励易对运载火箭内部有效载荷产生威胁,多孔材料作为一种轻质吸声材料被广泛运用于运载火箭整流罩的降噪减振相关研究中.本文基于多孔材料物理模型和多流体阻抗传递理论,结合声学阻抗管实验以及声学有限元,利用粒子群优化算法开展了多孔材料参数拟合以及声学性能优化研究.利用三聚氰胺、聚酯纤维和玻璃棉三种多孔材料设计了一种多层多孔材料声学覆盖层,对其厚度分配以及排布方式等因素进行了优化设计,并设置了对照组,通过阻抗管实验验证了优化后的声学覆盖层的吸声系数得到了显著提升;基于整流罩圆柱段圆柱空腔实验平台验证了多层多孔材料声学覆盖层的降噪减振性能,通过声学有限元对多孔材料在圆柱空腔内的敷设位置以及敷设率对降噪减振的影响开展了仿真分析,并为敷设位置以及敷设率的选取给出了工程建议,能对多孔材料的实际应用提供设计指导.

关键词：多孔材料粒子群算法降噪减振圆柱空腔

结合二值化神经网络与知识蒸馏的轻量型水声目标识别算法

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控制与决策 2025年第1期40卷 128-136页

作者：崔翰林褚晓晖徐立军祁兵兵胡润泽北京理工大学信息与电子学院北京100081

基于深度学习的水下声学目标识别算法在水下平台部署时,通常面临计算资源短缺和水下声学环境复杂多变的挑战,提出一种结合二值化神经网络与知识蒸馏的轻量型水声目标识别算法(DSBNN_KD),旨在通过深度可分离卷积和权重参数二值化等手段... 详细信息

基于深度学习的水下声学目标识别算法在水下平台部署时,通常面临计算资源短缺和水下声学环境复杂多变的挑战,提出一种结合二值化神经网络与知识蒸馏的轻量型水声目标识别算法(DSBNN_KD),旨在通过深度可分离卷积和权重参数二值化等手段实现模型的压缩和优化加速.同时,利用知识蒸馏技术将高性能高复杂度的教师模型的知识转移到轻量级学生模型上,从而缓解极端量化带来的性能损失,并确保模型的泛化性能.对DSBNN_KD的表现在两个实测水声数据集上进行全面评估,实验结果表明,相比当前主流的全精度轻量化模型,所提出DSBNN_KD在模型参数量、模型部署尺寸和计算量等方面均展现出显著的优势,同时在知识蒸馏技术的辅助下,量化后的模型依然可以保持与全精度模型接近的性能.

关键词：水声目标识别知识蒸馏二值神经网络轻量型模型深度学习

多节点探测器附着任务分层约束图模型及重规划算法

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控制与决策 2025年第2期40卷 626-634页

作者：杨和星赵清杰王鑫付康北京理工大学计算机学院北京100081

针对多节点深空探测器附着小天体过程中的任务重规划问题研究规划约束模型和重规划算法.基于多节点协同工作机制和复杂时间约束形式,定义时间约束与系统图表示,构建描述探测器系统的分层约束图并提出多节点探测器附着任务分层验证及搜... 详细信息

针对多节点深空探测器附着小天体过程中的任务重规划问题研究规划约束模型和重规划算法.基于多节点协同工作机制和复杂时间约束形式,定义时间约束与系统图表示,构建描述探测器系统的分层约束图并提出多节点探测器附着任务分层验证及搜索重规划算法.算法结合二分思想和动态规划思想,具体包括分层时延满足验证机制和分层约束搜索算法两部分.通过对约束进行不同粒度的分级存储,建立突发约束的时延满足验证机制.对于整体时延无法满足全部约束的情况,基于约束点的分级匹配方法设计多粒度约束搜索算法.仿真实验表明,所提出算法能够快速生成时间约束损失代价最小的重规划结果,以满足深空探测场景下的实时自主决策需求.

关键词：多节点探测器分层约束图任务重规划小天体附着规划约束模型协同工作

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主动回波控制的阵列布局设计与优化

兵工学报 2025年第1期46卷 333-345页

作者：杨龙王文杰李濠君向粤赵旭北京理工大学宇航学院北京100081

针对水下航行器覆盖层厘米级厚度与米级低频探测波长的尺度矛盾难题,通过超磁致伸缩换能器次级发射阵元研制及发射单元表面构型优化,基于相控阵的主动回波控制方法开展水下大试样主动回波控制效果的仿真评估。通过声学有限元模型数值仿... 详细信息

针对水下航行器覆盖层厘米级厚度与米级低频探测波长的尺度矛盾难题,通过超磁致伸缩换能器次级发射阵元研制及发射单元表面构型优化,基于相控阵的主动回波控制方法开展水下大试样主动回波控制效果的仿真评估。通过声学有限元模型数值仿真与大型压力消声水罐中的试验数据对比,验证空间声场中3个位置的声压级与声压云图,并研究不同阵列布局在300~2000 Hz的低频带范围内6个频率点的声场一致性。研究结果表明:频率越高,形成的平面声场一致性越差;以方盘为阵元的阵列形成的平面声场一致性优于圆盘阵列;最优阵列布局可在10 m后形成较好的平面声场,配合发射单元的最优构型进一步改善主动回波控制下的声场均匀程度,以达到更好的控制效果。

关键词：主动回波控制主动发射单元阵列布局优化相控阵声场一致性低频大宽带

基于混合深度强化学习的ICV任务卸载与资源分配

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汽车工程 2025年第1期47卷 35-43页

作者：刘佳慧邹渊孙巍孟逸豪路潇然李圆圆北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学电动车辆国家工程研究中心北京100081

随着智能网联车辆(ICV)技术的发展,计算资源有限的ICV面临计算需求大幅增加的问题。ICV可以通过路侧单元(RSU)将任务卸载到移动边缘计算(MEC)服务器上。然而,车联网环境的动态性和复杂性使任务卸载和资源分配变得极具挑战。本文提出在... 详细信息

随着智能网联车辆(ICV)技术的发展,计算资源有限的ICV面临计算需求大幅增加的问题。ICV可以通过路侧单元(RSU)将任务卸载到移动边缘计算(MEC)服务器上。然而,车联网环境的动态性和复杂性使任务卸载和资源分配变得极具挑战。本文提出在环境和资源的约束下,通过控制任务卸载决策、通信功率和计算资源分配,最小化任务计算能耗。针对这一问题离散和连续控制变量共存的特性,设计了混合深度强化学习(HDRL)算法:利用双深度Q网络(DDQN)生成任务卸载决策,利用深度确定性策略梯度(DDPG)生成通信功率和MEC资源分配决策,并结合改进的优先级经验回放(IPER)机制来评估和选择动作,输出最优策略。仿真实验结果表明,该方法比对比算法具有更快更稳定的决策收敛性,实现了任务计算卸载的最小能耗,并能有效适应ICV数量和任务大小的变化,具有高实时性和良好环境适应性。

关键词：移动边缘计算深度强化学习任务卸载资源分配优先经验回放

基于扫描热探针技术的二维材料物性调控研究进展

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物理学报 2025年第3期74卷 58-66页

作者：赵世杰马浩南刘霞北京理工大学集成电路与电子学院北京100081

随着微观领域探索的不断深入,以光刻和各类刻蚀工艺为代表的微纳加工技术已被广泛应用于微米及纳米尺度的结构与器件制造,推动了集成电路、微纳光电器件、微机电系统等领域的不断革新.这不仅带动了设备性能的提升,还为微观物性调控机制... 详细信息

随着微观领域探索的不断深入,以光刻和各类刻蚀工艺为代表的微纳加工技术已被广泛应用于微米及纳米尺度的结构与器件制造,推动了集成电路、微纳光电器件、微机电系统等领域的不断革新.这不仅带动了设备性能的提升,还为微观物性调控机制的基础科学研究带来了新的机遇.近年来,作为一种新兴的微纳加工技术,扫描热探针技术在二维材料加工、物性调控和纳米级灰度结构制造方面获得了实践应用,并展现出独特优势.本文将从扫描热探针技术的原理及特点出发,分析其在二维材料微纳加工及物性调控领域的最新研究进展,最后展望该技术的广阔应用前景.

关键词：扫描热探针技术二维材料微纳加工物性调控