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空心阴极羽流等离子体放电不稳定性二维仿真模型

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兵工学报 2024年第4期45卷 1208-1218页

作者：田丰苗龙梁福文宋家辉何梓豪武志文王宁飞北京理工大学宇航学院北京100081

空心阴极放电过程中空间电势振荡会影响其工作性能,振荡过程产生的高能离子会对阴极孔产生溅射腐蚀,进而严重影响空心阴极的使用寿命。建立由质点网格(Particle-in-Cell,PIC)模型、振荡幅值模型与等效电路模型组成的一体化耦合模型来计... 详细信息

空心阴极放电过程中空间电势振荡会影响其工作性能,振荡过程产生的高能离子会对阴极孔产生溅射腐蚀,进而严重影响空心阴极的使用寿命。建立由质点网格(Particle-in-Cell,PIC)模型、振荡幅值模型与等效电路模型组成的一体化耦合模型来计算空心阴极放电过程电势振荡特性。采用PIC模型计算不同放电电流、放电电压及气体流量下羽流等离子体放电特性,获得羽流的电势、等离子数密度、电场强度和电子温度等时均参数的空间分布。基于等离子体聚集与耗散理论,建立电势振荡幅值模型,根据计算得到的时均参数来预估空间电势振荡幅值。将等离子体时均参数以及电势幅值振荡参数作为输入参数,代入到空心阴极放电等效电路模型中,从而得到相应工况下的电势振荡波形图。通过和实验结果对比发现,所建立的一体化耦合模型能较好地预估空心阴极羽流等离子体电势振荡特性,研究成果可用于指导空心阴极稳定放电,提升空心阴极在轨工作时限。

关键词：空心阴极质点网格模型电势振荡等效电路模型等离子体聚集与耗散

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透镜飞行器击水弹跳运动数值模拟

兵工学报 2024年第5期45卷 1482-1496页

作者：任帆涛牛钰森姜毅杨宝生北京理工大学宇航学院北京100081

探索跨介质飞行器水面弹跳过程中的运动特性和自由液面特性,对于跨介质飞行器的着水和弹跳复飞研究有着重要的参考价值。基于无网格粒子数值模拟方法研究透镜跨介质飞行器击水弹跳运动特性及液面变化特性,在与试验值对比的基础上,重点... 详细信息

探索跨介质飞行器水面弹跳过程中的运动特性和自由液面特性,对于跨介质飞行器的着水和弹跳复飞研究有着重要的参考价值。基于无网格粒子数值模拟方法研究透镜跨介质飞行器击水弹跳运动特性及液面变化特性,在与试验值对比的基础上,重点研究不同自旋速度、击水速度和击水角度对透镜飞行器击水弹跳运动特性及自由液面特性的影响。研究结果表明:自旋速度是保证透镜跨介质飞行器顺利实现击水弹跳运动的必要条件,受飞行器自旋速度诱导出现的触水区马格努斯效应会导致飞行器出现侧向运动;击水弹跳过程普遍包括稳定下落、击水、弹跳至平稳飞行三个阶段,自由液面受飞行器强烈冲击出现液面破碎和液体迸溅现象;击水弹跳过程中,飞行器击水速度衰减率及砰击载荷受自旋速度影响较小,主要受击水速度与击水角度影响,击水速度与击水角度越大,速度衰减率及砰击载荷越大。

关键词：透镜飞行器击水弹跳无网格粒子法跨介质液面破碎

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航空重油活塞发动机技术难点与发展启示

航空动力学报 2024年第4期39卷 151-164页

作者：赵振峰王蕾北京理工大学机械与车辆学院北京100081

在分析国内外航空重油活塞发动机发展现状的基础上,对现有成熟机型进行对比分析,获得了不同功率级别航空重油活塞发动机的核心技术指标,提出我国发展航空活塞发动机重油化和国产化的重要意义。按照功率级别分析了航空重油活塞发动机发... 详细信息

在分析国内外航空重油活塞发动机发展现状的基础上,对现有成熟机型进行对比分析,获得了不同功率级别航空重油活塞发动机的核心技术指标,提出我国发展航空活塞发动机重油化和国产化的重要意义。按照功率级别分析了航空重油活塞发动机发展的技术途径,总结了高功质比航空重油活塞发动机面临的技术难点,提出了点燃式航空重油活塞发动机的关键技术,即重油燃料的快速雾化技术、快速冷起动技术、爆震抑制技术以及高空增压功率恢复技术,突破以上关键技术将对航空重油活塞发动机技术的发展具有重要意义。

关键词：航空重油活塞发动机高功质比技术难点发展启示

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柔性气囊弹射系统动力学特性研究

振动与冲击 2024年第3期43卷 247-254页

作者：严松姜毅邓月光杨宝生文享华北京理工大学宇航学院北京100081

为了减轻导弹发射系统的质量和降低导弹发射的成本,研究了一种柔性气囊弹射系统,实现了对导弹做功。通过理论分析,试验验证和数值计算相结合的方法,对柔性气囊弹射系统的工作机理和弹射性能进行了研究。结果表明:通过粒子法计算柔性气... 详细信息

为了减轻导弹发射系统的质量和降低导弹发射的成本,研究了一种柔性气囊弹射系统,实现了对导弹做功。通过理论分析,试验验证和数值计算相结合的方法,对柔性气囊弹射系统的工作机理和弹射性能进行了研究。结果表明:通过粒子法计算柔性气囊展开过程的结果与试验测量结果吻合较好,误差不超过1.04%,验证了粒子法计算柔性气囊展开的准确性;柔性气囊弹射系统的弹射性能与弹射工质的种类、温度、柔性气囊的作用距离和作用面积等因素有关。在对弹射工质和柔性气囊结构参数的研究中发现:弹射工质的摩尔质量越小,温度越高,柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好;当作用面积相同时,柔性气囊的长径比越大,柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好;当作用距离相同时,柔性气囊的长径比越小,柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好,导弹获得的动能就越大。

关键词：柔性气囊粒子法弹射工质弹射性能

基于红外相机和毫米波雷达融合的烟雾遮挡无人驾驶车辆目标检测与跟踪

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兵工学报 2024年第3期45卷 893-906页

作者：熊光明罗震孙冬陶俊峰唐泽月吴超北京理工大学机械与车辆学院北京100081

战场环境下无人驾驶车辆的感知系统易受烟雾、扬尘等天气的影响,对关键目标的检测与跟踪能力大大下降,造成目标漏检、目标误检、目标丢失等严重后果。针对该问题,开发毫米波雷达和红外相机融合系统,采用目标级融合方式建立简洁有效的融... 详细信息

战场环境下无人驾驶车辆的感知系统易受烟雾、扬尘等天气的影响,对关键目标的检测与跟踪能力大大下降,造成目标漏检、目标误检、目标丢失等严重后果。针对该问题,开发毫米波雷达和红外相机融合系统,采用目标级融合方式建立简洁有效的融合规则,提炼和组合各传感器的优势信息,最终输出稳定的目标感知结果。对毫米波雷达的目标进行有效性检验和提取,并提出改进的基于密度的含噪声空间聚类应用算法,以减少毫米波雷达噪音干扰。以YOLOv4网络为基础,引入MobileNetv2主干网络,在网络训练过程中运用迁移学习方法,同时对红外数据样本进行扩充,解决了红外图像训练样本少的问题。试验结果表明,相较于仅基于红外相机的算法,融合检测算法在烟雾环境下的精度显著提升,且算法实时性高,实现了烟雾环境下毫米波雷达与红外相机融合的目标检测与跟踪,提高了无人驾驶车辆目标检测与跟踪系统的抗烟雾干扰能力。

关键词：无人驾驶车辆烟雾遮挡红外相机毫米波雷达目标检测目标跟踪改进YOLOv4网络

泡沫铝填充薄壁金属圆管吸能特性的预测及优化方法

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兵工学报 2024年第6期45卷 1954-1964页

作者：法严松姜毅邓月光文享华北京理工大学宇航学院北京100081

为提高泡沫铝填充薄壁金属圆管的吸能特性并进行高效率结构设计,基于均匀拉丁超立方试验设计方法和径向基函数神经网络,构建轴向冲击下泡沫铝填充铝管吸能特性的近似模型,并将近似模型嵌入遗传算法中实现构件的结构优化。研究结果表明:... 详细信息

为提高泡沫铝填充薄壁金属圆管的吸能特性并进行高效率结构设计,基于均匀拉丁超立方试验设计方法和径向基函数神经网络,构建轴向冲击下泡沫铝填充铝管吸能特性的近似模型,并将近似模型嵌入遗传算法中实现构件的结构优化。研究结果表明:基于径向基函数神经网络构建的近似模型的拟合优度大于0.99、均方根误差小于0.08,且近似模型的计算耗时仅为数值计算的0.56%;近似模型在保证较高精度的同时可大幅提高计算效率;对泡沫铝填充铝管的结构优化发现,通过增大圆管半径和壁厚、减小高度可使泡沫铝填充铝管的平均压缩力最大化,反之,可使泡沫铝填充铝管的峰值压缩力最小化;基于遗传算法的多目标优化显著提高了泡沫铝填充铝管的吸能特性;该研究成果可为泡沫铝填充薄壁金属圆管的快速设计和优化提供参考。

关键词：泡沫铝吸能特性径向基函数神经网络近似模型结构优化

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大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 83-91页

作者：闫清东杜艺舟刘城魏巍北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250300 车辆传动重点实验室(北京理工大学) 北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12... 详细信息

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。

关键词：液力变矩器液力传动实车数据工况分析循环工况

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回波主动抑制的次级水声发射单元设计与优化

兵工学报 2024年第5期45卷 1472-1481页

作者：王文杰杨龙赵旭北京理工大学宇航学院北京100081

水下航行器的传统涂覆层主要依赖于材料更新及结构优化,难以应对低频主动声波探测。基于超磁致伸缩材料设计一款轻质、薄型、耐高压的低频宽带水声发射单元,着重分析核心部件的设计优化过程,并由PSV-400激光测振仪验证有限元仿真结果。... 详细信息

水下航行器的传统涂覆层主要依赖于材料更新及结构优化,难以应对低频主动声波探测。基于超磁致伸缩材料设计一款轻质、薄型、耐高压的低频宽带水声发射单元,着重分析核心部件的设计优化过程,并由PSV-400激光测振仪验证有限元仿真结果。对辐射面板固定方式的模态进行分析,确定主动发射单元的最优边界约束条件。与原始构型的发射单元性能进行对比发现:在水声发射保持良好指向性的前提下,基于有限元分析2000 Hz以下的最高共振频率降低超过10%;基于声振耦合分析主动发射单元在低频范围内辐射声源级最大为147.48 dB,提高4.65%;发射单元声源级高于100 dB的频率带宽超过1500 Hz,且声功率级更高。该发射单元可为后期阵列式应用于大尺度声学覆盖层提供技术支持,具有一定的学术研究价值与广阔的工程应用前景。

关键词：回波主动抑制主动发射单元超磁致伸缩材料最优边界低频宽带

反舰导弹大前置角下三维剩余飞行时间估计方法

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兵工学报 2024年第5期45卷 1449-1459页

作者：吴浩李东光王泳安中北大学机电工程学院山西太原030051 北京理工大学机电学院北京100081

为解决导弹开启末制导时初始前置角过大或前置角变化幅度较大的问题,设计适用于多种导弹制导律的前置角三维剩余飞行时间估计方法。将导弹速度和目标速度投影分解,在地面坐标系的Oxy面和Oxz面上建立弹目相对运动关系方程,以此为基础建... 详细信息

为解决导弹开启末制导时初始前置角过大或前置角变化幅度较大的问题,设计适用于多种导弹制导律的前置角三维剩余飞行时间估计方法。将导弹速度和目标速度投影分解,在地面坐标系的Oxy面和Oxz面上建立弹目相对运动关系方程,以此为基础建立三维弹目相对运动模型。利用弹目相对运动关系方程和比例导引控制方程,建立1阶非线性微分方程,解析弹目距离与前置角的关系,并利用麦克劳林展开式求解方程。根据视线角速度变化选择合适的内框角,对前置角进行补偿,同时使用中位值平均滤波法降低前置角波动造成的误差。利用已建立的三维弹目相对运动模型进行仿真实验。仿真结果表明,在小角度假设不能成立时,尤其是因制导律进行角度控制而导致前置角变化较大时,前置角剩余飞行时间(Time-to-go,TGO)估计方法的估计值误差收敛时间和最大误差值要小于其他TGO估计方法,估计效果最佳。

关键词：反舰导弹前置角制导律剩余飞行时间估计机动目标