导弹发射车抗毁伤能力分析与评估技术研究综述

现代战争日趋透明给导弹发射车战场生存带来了严峻挑战。围绕发射车的抗毁伤能力分析和评估技术,分析了发射车面临的毁伤威胁和毁伤作用机理,从抗毁伤能力评估应用的角度阐述了冲击波、动能、热和电磁四种毁伤类型的研究现状,提出了不同毁伤类型在抗毁伤能力分析和评估中的应用方向;基于易损性分析空间理论,总结了装备易损性分析的发展历程,认为从物理空间到性能空间的逻辑传递关系是现阶段发射车易损性分析的核心所在,并从物理判据、性能判据和分级标准介绍了易损性判据的研究动态,提出了发射车易损性判据的关键;明确阐述了发射车抗毁伤能力的研究概念和分析方法面临的主要问题,研究结论可以为导弹发射车抗毁伤能力分析和评估相关研究提供参考。

典型作战流程和分级环境下发射车生存能力改进ADC评估模型

为了综合评估发射车在作战中的生存能力,区分参数-性能-能力-效能四个层次建立武器装备评估空间,构建对象、内容和层次三个维度的评估框架,划分五类自然环境、三级威胁环境和三种作战状态,将外界环境引入评估过程,用被发现概率和损毁概率表征发射车隐蔽伪装能力和抗毁防护能力,建立发射车作战状态转移概率矩阵,提出典型作战流程和分级环境下的发射车生存能力改进可靠性、可信性、可用性综合评估模型。通过仿真分析,在不同环境和作战状态下各型发射车生存能力差异明显,模型能在性能空间、环境空间、作战流程空间多个维度动态评估发射车的生存能力,为发射车性能设计、战场运用提出量化和优化建议。

特种车辆传动系统效率优化与性能评估方法研究综述

传动系统性能是特种车辆安全机动的保障,传动效率作为表征其综合性能的重要指标,易受系统内部摩擦、粘滞作用而下降。以特种车辆结构与功能特性为基础,从功率损失角度总结了5类传动效率优化方法;并基于系统综合性能和关键部件传动效率论述传动系统性能评价方法,指出需从整车、传动系统和关键部件3个层次综合分析。结合传动系统断轴机理分析阐释传动轴监测对传动系统性能分析的重要性;然后提出特种车辆传动系统性能分析与评价研究思路。最后指出,优化传动效率是提高特种车辆传动系统性能的关键,也是研究其状态监测与寿命预测的重要基础,还可为该类型车辆底盘优化设计提供数据支持。

基于多特征融合的电磁换向阀故障模式识别

为提高基于驱动端电流检测的电磁换向阀故障诊断方法的可靠性和识别准确度,开展了电磁换向阀故障模式识别方法研究。提出一种基于多特征融合的方法对电流信号时频分析和时域参数的特征值提取融合;通过设计电磁换向阀驱动端电流信号的采集实验,获取电磁换向阀驱动端电流的时域信号和二阶变化率的多特征曲线,提取时域参数及二阶变化率相应频带能量作为特征值,构建多特征融合的特征向量;采用基于径向基核函数的多分类支持向量机对电磁换向阀进行模式识别。结果表明:基于多特征融合的支持向量机较基于能量特征值的支持向量机可提升8.7%的识别精度和42.11%的验证准确率。

多轴特种车辆轮胎系统抗毁伤能力等毁线表征方法

为了探究战场威胁下多轴特种车辆轮胎系统的生存概率,对轮胎系统的抗毁伤能力进行量化表征,提出了一种基于等毁线的轮胎系统抗毁伤能力表征方法。针对轮胎毁伤状态下对整车的影响,基于车辆动力学对轮胎系统的力学特性进行量化表征,建立了轮胎系统功能毁伤的计算模型;采用毁伤理论对冲击波超压场进行弹目交会和量化分析,建立了轮胎系统物理毁伤的计算模型;根据爆心与车辆的位置关系,采用面向车辆全面域的计算特征线,建立了轮胎系统等毁线计算模型。以某型五轴特种车辆为例,进行了表征方法验证。研究结果表明:该表征方法可应用于战场威胁下多轴特种车辆轮胎系统的抗毁伤能力表征,为后续机动规避和防护能力提升奠定模型基础。

复杂背景下显著度表征的车辆伪装效果动态评估

针对作战流程中车辆目标在复杂地貌背景下的伪装效果动态评估需求,提出一种复杂地貌背景超像素分割和综合显著度表征的车辆伪装效果评估方法。基于目标在背景中的显著度与伪装效果的负相关性,方法采用超像素邻接模型,引入本地显著度和目标显著度进行伪装效果综合表征;选取车辆和背景多尺度图像的视觉特征,构建多维显著度矩阵;通过复相关系数法和变异系数法进行有效特征筛选;采用熵权法计算综合显著度对伪装效果进行评估。通过算例验证分析,方法能综合复杂地貌背景、车辆伪装状态和经典显著度视觉特征等多种因素进行伪装效果评估,量化分析车辆伪装状态的显著特征和优势应用环境,为车辆的伪装设计、状态运用和隐蔽区域选择提供建议。

大扁平比胎侧曲梁分段解析刚度建模及验证

以重载大扁平比(扁平比为1)轮胎为研究对象,基于连续弹性基础的柔性胎体模型为基础,考虑柔性胎体与连续胎侧的耦合振动,建立基于连续弹性基础的柔性胎体轮胎动力学模型;建立了考虑弦预紧效应和结构弯曲特性的胎侧分段解析刚度模型;分析了胎侧曲梁几何和结构参数对胎侧分段刚度、轮胎传递特性及模态频率的影响规律。结果表明:大扁平比胎侧曲梁的径向分段刚度与胎侧曲梁的几何、结构和充气压力参数直接相关;基于胎侧曲梁分段解析刚度模型可实现对轮胎模态频率及传递特性优化设计。

多轴特种车辆传动系统机械摩擦阻力损失与传动效率研究综述

在多轴特种车辆重载化和机动化的发展过程中,动力传动性能是其快速机动作战能力的保证,也是战时生存能力的一种体现。传动系统的内部阻力损失会使动力传输效率下降从而直接影响动力性能,其中机械摩擦阻力损失是传动系统主要损失。该文章围绕传动系统机械摩擦阻力损失特性与传动效率研究方法,首先分析了多轴特种车辆传动系统的结构特殊性,表明了传动效率对传动系统性能的重要性;其次通过分析齿轮啮合功率损失、轴承摩擦功率损失、油封功率损失和传动轴功率损失4种主要类型机械摩擦阻力损失的形成机理、主要影响因素,表明了传动效率与部件结构参数、运行条件之间的关系,为传动系统性能表征提供了分析依据;然后从理论数值研究、仿真研究和试验论证研究3个方面综述传动系统效率的研究核心与难点,为实现对车辆传动部件的优化设计与状态监测、传动系统的优化匹配与性能评估提供指导思路;最后阐述了对当前传动效率特性研究深度的展望,认为多因素的耦合分析、不确定性分析,功率损失的动态特性分析,以及基于车辆行驶工况的综合传动效率分析更具有工程应用价值。

多轴特种车辆缺胎行驶动力学特性研究

为了探究多轴特种车辆在轮胎损失极限工况下的行驶特性,基于TruckSim车辆动力学软件,建立包括整车参数、动力传动与制动系统、车桥与悬挂系统、转向系统和轮胎系统的五轴特种车辆动力学仿真试验模型,通过对仿真模型进行调整和改进,建立符合实车驱动的特种车辆动力学模型.为重点分析轮胎缺失状态的影响,以轮胎六分力试验为基础,选取TruckSim中性能相似的非线性轮胎模型进行修改,通过进行0~80~0 km/h直线加速制动平顺性仿真试验和双移线操稳性仿真试验,研究不同位置处轮胎缺失状态下的车辆平顺特性和操稳特性.同时,以车辆质心偏移量为标准,分析讨论不同行驶速度下的最大缺失轮胎数量,提出不同行驶速度下缺胎工况的轮胎布置方法以及各桥轮胎对车辆行驶影响的程度级别.研究结果表明:多轴特种车辆具备在缺胎工况下行驶的极限条件,不同位置处轮胎缺失对车辆的最大行驶速度影响不显著;该型车辆各桥轮胎对车辆行驶影响的重要程度依次为一桥、五桥、三桥、二桥和四桥;车辆分别以50、30和20 km/h速度行驶时,最大缺失轮胎数量分别为1、2和3个.研究结论为多轴特种车辆行驶安全性评估提供了理论支撑.

基于周向应变分析的重载轮胎垂向力估计算法

为实现对轮胎垂向力的量化估计,开展了基于周向胎内应变分析的重载轮胎垂向力估计算法研究.建立16.00R20重载轮胎有限元模型,通过轮胎加载实验和模态振动实验对比发现模型垂向刚度误差和振动频率误差分别在7.79%和5.49%以内,验证了模型的有效性;利用有限元方法研究了垂向力对轮胎接地特性和内衬层周向应变的影响规律,根据周向应变曲线特征分析了周向应变与接地角的关系,提出并验证了轮胎接地角表征指标,3个表征指标误差均小于8%;以接地角和接地长度作为辨识特征,结合灰狼优化算法和支持向量回归机建立垂向力估计模型,通过有限元仿真对比验证估计精度.结果表明:结合应变曲线零阶、一阶、二阶导数特征点间距角的表征指标能较准确估算接地角;基于灰狼支持向量回归机的垂向力估计算法估计效果良好,估计值与有限元仿真值误差在1.8%以内,能够准确地估算轮胎垂向力.

基于复杂网络理论的发射平台抗毁伤网络拓扑性质研究

针对发射平台抗毁伤能力评估研究中面临的各子系统相对重要度赋权问题,提出了基于毁伤流信息传导的发射平台抗毁伤网络分析方法。以某型发射平台为研究对象,通过构建其抗毁伤网络拓扑模型,分析网络拓扑性质。针对发射平台功能运行特性,提出了采用互信息模型对关键部件的权重进行计算的方法,提出了节点连通度的发射平台抗毁伤能力表征方法。研究结果表明,基于复杂网络的抗毁伤分析方法综合考虑了总体布置和结构功能关系,使得评估结果更加系统、全面;采用互信息模型能够客观地计算出关键节点在网络中的重要程度,减小了主观赋权的影响;采用节点连通度可以表征毁伤流信息在发射平台中传导的难易程度。该研究结果可为发射平台抗毁伤能力评估和优化研究提供参考。

抗毁性评估指标体系构建方法与有效性分析

评估指标体系的构建是评估问题研究的基础。针对现阶段评估指标体系构建中存在的主观性较强、逻辑关联性较弱、系统认知差异较大等问题,提出了基于对抗逻辑的武器装备抗毁性演化过程,分析了抗毁性的逻辑范畴和影响因素;并以某型发射平台为研究对象,分别基于故障树分析法、质量功能展开法、压力-结构-响应模型法、结构-过程-结果模型法和CIPP评价模型法5类常用评估指标体系构建方法,开展了发射平台抗毁性评估指标体系构建研究;基于自信息量和层次聚类分别从完整性和逻辑关联性,对不同方法构建的指标体系的有效性和适用性进行分析。对比研究结果表明:基于压力-结构-响应模型法的评估指标体系构建方法,在完整性和逻辑关联性上均显现出了较好的效果,适合应用于抗毁性评估指标体系的构建。

短时高过载永磁同步电机电磁热研究

短时高过载永磁同步电机广泛应用于航空航天等应用领域,具有高过载倍数、高动态响应和高可靠性等特点。为提高电机的极限转矩输出能力,研究分析了电负荷和磁负荷对电机过载能力的影响以及恒转速条件下绕组匝数对极限功率输出的影响;分析了过载倍数对电机损耗分布规律的影响,并分析了在常温和高温环境下,电机运行工况为长时工作制、短时周期工作制和短时高过载工作制时温升变化情况以及机壳热容量对电机温升分布的影响;最后搭建了不同环境下电机实验平台,通过实验验证了电机在不同环境温度和不同工况下温升变化情况和极限转矩条件下电流的过载倍数情况,实验和仿真分析基本一致,从而验证了理论的正确性,为短时高过载电机的设计提供了一定的理论参考依据。

考虑电流环动态响应的永磁直线同步电机新型线性自抗扰控制

针对永磁直线同步电机(permanentmagnetlinear synchronous motor,PMLSM)高度敏感扰动的结构特点,提出一种位置环线性自抗扰控制(linearactivedisturbance rejection control,LADRC)与电流环PI控制结合的全局控制策略。为有效提高控制精度,重点考虑电流环动态响应的影响,通过时、频分析,将逆变器、滤波器及PI控制器的频域模型与电机运动模型结合,推导出PMLSM新型位置环模型,并据此设计出三阶LADRC系统。使用跟踪微分器校正控制滞后,并给出控制系统的参数整定方法。通过仿真对新系统的观测精度、抗扰能力、应对参数摄动的鲁棒性及追踪期望信号的控制效果进行验证,实验结果则进一步表明,在环境噪声和模型不确定度客观存在的情况下,新系统能够有效地实现PMLSM的高精度控制。

基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制

为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation,PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(Non Linear Extended State Observer,NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。

基于Matlab/GUI的电动机特性虚拟实验平台开发

为实现电动机特性教学的系统化、便捷化、直观化,以达到高效教学的目的,设计了基于Matlab/GUI的电动机特性虚拟实验平台,包括电动机特性参数设定、Simulink集成化仿真、数据读取以及特征曲线显示等功能模块。虚拟平台可同时实现对直流电动机、异步电动机和同步电动机等多种电动机特性的仿真。以三相异步电动机为例,重点阐述了其能耗制动特征在平台上的功能实现及可视化过程,并以区域模块的形式将运行结果集中显示在平台界面上。结果表明,该平台直观便捷、实用性强,对提高电动机特性分析的效率、提升电机专业课程的教学效果具有一定的意义。

扩张状态观测器的观测误差前馈补偿设计

在“总和”扰动模型未知的前提下,针对线性扩张状态观测器跟踪时变信号精度不高的问题,设计出一种前馈观测补偿器。在分析线性扩张状态观测器观测原理的基础上,通过对扰动项的线性近似、误差系统动态响应的忽略,在时域内推导出观测静差的量化表达式,进而使用扰动微分项的估计值替代真值对观测作前馈补偿。理论分析了替代的可行性,证明了补偿器减小观测误差幅值、超前校正观测相位滞后的作用。将这一补偿思想推广至非线性扩张状态观测器中。通过仿真对补偿器提高观测精度、加快误差收敛的有效性进行检验,实验结果进一步表明,补偿器的引入能显著提高整个自抗扰控制系统的控制精度,从而证明了这种补偿思路的可行性。

永磁直线同步电机伺服系统自抗扰反步控制器

为了提高永磁直线同步电机伺服系统的鲁棒性,提出基于自抗扰思想的反步控制器。将永磁直线同步电机伺服系统中的未建模动态和外界扰动定义为总和扰动,并扩充为系统新的状态变量。设计了线性扩张状态观测器估计不可直接测量的直线电机动子速度以及总和扰动,证明并分析了设计的线性扩张状态观测器的收敛性和估计误差。利用线性扩张状态观测器的输出,基于动态补偿线性化思想设计了反步控制器。证明了考虑线性扩张状态观测器估计误差的闭环反馈控制系统的稳定性。在Googol公司的实验平台上,验证了设计的自抗扰反步控制器的可行性。

基于EKF-LESO级联观测的永磁直线同步电机无传感器线性自抗扰控制

为克服永磁直线同步电机(Permanent-Magnet Linear Synchronous Motor, PMLSM)敏感扰动、易受噪声影响诱发抖振的不足,摆脱位置传感器对电机伺服系统的束缚,构建了一种以线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Control, LADRC)为核心、扩展卡尔曼滤波算法(Extended Kalman Filter, EKF)和线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)级联观测的PMLSM无传感器矢量控制系统。首先从理论上分析了控制系统的误差来源,通过推导得出在输入量测信号存在慢时变偏差的情况下,LESO对除第1阶和第n+1阶外的"中阶"状态进行观测时观测精度不受影响的结论;进而以此为依据,提出了EKF+LESO的级联观测方式,搭建了无传感器位置环自抗扰控制系统。通过仿真对LESO的容错性、对控制系统的跟随能力和噪声抑制能力进行了验证,实验结果则进一步表明,所设计系统能够准确实现直线电机的速度观测,系统运行平稳,具有较好的实用性。

基于弹性基础柔性梁的重载轮胎面内胎体与胎侧耦合建模及参数辨识

提出一种针对胎侧径向长度和胎体宽度比值(扁平比)接近1的重载子午轮胎的面内中低频试验模态分析、动力学建模和参数辨识方法。针对重载轮胎扁平比大的特点,开展柔性胎体与周向分布胎侧单元耦合的试验模态测试方法研究;建立考虑胎体面内弯曲和充气效应、胎侧惯性力和分段刚度的胎体-周向分布胎侧-轮毂耦合动力学模型,推导轮胎面内耦合固有频率解析解;开展结构参数辨识研究,预测高阶模态固有频率。结果表明:(1)重载轮胎在0~180 Hz和180~300 Hz频段内分别为柔性胎体与周向分布胎侧单元的同向与反向振动;(2)基于柔性胎体-周向分布胎侧单元-轮毂质量块耦合的模态分析和动力学建模方法可准确表征300 Hz范围内重载轮胎面内振动特征。