水下连续发射弹体干扰特性及发射时序优化

随着对饱和攻击需求的提高,潜艇连续发射过程的发射时序协调控制研究变得迫切而紧要。考虑到弹体间的流体动力干扰是影响安全发射的主要因素,基于重叠网格多自由度仿真技术,针对连续发射的水下弹体开展姿态弹道干扰特性研究。通过分析流场结构发现,以一定攻角发射的弹体形成的发卡形尾涡是造成后续弹体姿态弹道差异的主要原因。根据不同艇速、时间间隔和空间间隔下弹体间的干扰特性建立干扰评价模型。在保证干扰不影响后续弹体的前提下,以最短发射时长为目标,以综合评价函数为约束,基于改进的贪心算法对大筒多弹式布局的水下弹体开展发射时序优化研究,并采用均匀抽样方法验证优化结果准确性。研究结果表明:相对于均匀抽样方法,改进的贪心算法具有相当的计算准确度和更高的计算效率。

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象,通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性,以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度,工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度,声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数,进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验.研究结果表明:(1)超低摩擦滑动过程中,工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征;(2)煤岩界面粗糙度越小,工作块体水平位移和声发射能量峰值越大,煤岩界面越易发生超低摩擦效应;(3)不同煤岩界面粗糙度下,相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应;(4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系.声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度,可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.

基于声发射的钢桥面板焊接气孔缺陷在线识别

为实现正交异性钢桥面板机器人智能化焊接过程中缺陷的在线监测,提出了一种基于快速傅里叶变换和支持向量机的气孔缺陷声发射识别方法.通过开展机器人焊接实验,揭示了钢桥面板焊接及缺陷产生过程的声发射特征.无损伤与气孔缺陷2种工况信号的幅值、振铃计数、峰值频率和中心频率等参数重叠交叉严重、相关性不显著,而气孔缺陷信号的傅里叶频谱存在更多高频能量分布,因此以频谱为输入建立2种工况的径向基核支持向量机模型.实验结果表明,与朴素贝叶斯、随机森林和线性核支持向量机模型相比,径向基核支持向量机模型拥有更高的正确率(95.4%)和召回率(94.3%),能够用于焊接过程气孔缺陷的在线识别,具有较强的鲁棒性和实用性.

身管外壳对电磁轨道发射装置发射性能影响分析

电枢在发射过程中,瞬时变化的导轨电流会在金属身管外壳上感应出巨大的涡流,身管涡流会产生额外的损耗,同时外壳涡流的去磁效应会改变电枢、导轨等器部件的应力分布从而影响装置发射性能。该文建立了电磁轨道发射装置的数学模型,并针对整体式、上下分断式以及叠压式三种外壳结构有限元模型进行了电磁场-结构场联合仿真,获得了发射装置电磁参数和各部件应力分布。有限元电磁仿真结果表明,叠压式外壳结构外壳涡流最小、电感梯度最大、器部件应力最大,整体式外壳结构外壳涡流最大、电感梯度最小、器部件应力最小。全系统电气仿真和对比试验证明,在满足外壳支持强度和装置各部件应力条件下,选用高磁导率、低电导率的材料并设计抑制涡流的身管外壳结构,有利于提高发射装置电枢出口速度和系统效率,从而获得优良的发射性能。

基于声发射技术的早龄期混凝土断裂性能

为探究早龄期混凝土的断裂性能,针对5种养护龄期(3、7、14、21、28 d)的混凝土试件,开展20根含预制裂缝的三点弯曲梁断裂试验,得到其荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线.基于该曲线,计算得到早龄期混凝土的断裂韧度(起裂韧度和失稳韧度)和断裂能.采用声发射(AE)技术,通过振铃计数和累计振铃计数与时间的关系曲线,探讨养护龄期对早龄期混凝土试件损伤断裂过程的影响;通过计算上升角(RA)和平均频率(AF),分析了早龄期混凝土的破坏模式.结果表明:早龄期混凝土的断裂韧度和断裂能均随着养护龄期的增加而增大,抗开裂能力提高,延性变差.当养护龄期由3 d增至14 d时,混凝土的断裂韧度和断裂能增速较快;当养护龄期由14 d增至28 d时,混凝土的断裂韧度和断裂能增速变缓.振铃计数和累计振铃计数均能较好地反映早龄期混凝土的损伤破坏过程,其中累计振铃计数的增速随着养护龄期的增加而减小.混凝土的剪切裂缝占总裂缝的比例随着养护龄期的增加而增加.

矿井无线电波防爆安全发射功率研究

5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值,但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定,但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值,大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体,且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz,所以,无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W,而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下,无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时,接收点火功率达到最大,为等效天线接收的总功率的一半,即发射功率的一半。在实际工程中,无线传输效率和耦合效率均不会为1,因此,无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W,因此,煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

金刚石砂轮与金刚石滚轮磨削接触的声发射监测

为了实现金刚石砂轮磨削加工金刚石滚轮过程的自动化,需要对磨削接触状态进行准确识别。由于磨削过程中材料去除率较小导致声发射信号幅值变化不显著,仅用有效值对磨削接触状态识别的准确性受噪声影响很大。针对此问题,通过模态分解和相关性分析相结合的方法对采集的声发射信号进行处理,再计算各分量的有效值和方差值完成特征提取,最后利用支持向量机对磨削接触状态进行识别。实际应用发现:该方法对滚轮的磨削接触状识别准确率达到了98.3%,准确实现了对磨削接触状态的识别。

电磁轨道发射系统动力学理论与设计方法研究进展

电磁轨道发射作为电磁发射技术的重要分支,具有发射速度高、射速可调节等显著优势,被誉为改变未来战争样式的颠覆性技术之一。目前,电磁轨道发射技术仍然面临射击精度低及装置寿命短等关键瓶颈问题,这些都与电磁轨道发射装置所涉及的复杂电、磁、热和力等多领域耦合发射动力学行为密切相关,然而国内外对极端冲击条件下电磁轨道发射装置的系统动力学分析尚缺少成熟理论方法和技术手段。针对上述情况,从动力学建模、性能预测、优化设计等方面综合阐述近期电磁轨道发射系统动力学理论与设计方法的国内外研究进展,总结相应的研究方向和需求。随着电磁轨道发射装置的工程化发展,电磁轨道发射系统的建模与仿真应考虑发射环境的全系统因素,建立电磁轨道发射装置和发射环境耦合的发射动力学性能快速预测和优化设计系统,详细阐明电磁轨道发射装置和发射环境多领域耦合振动机理等基础科学问题,为电磁轨道发射装置系统动力学的深入研究和相关装备研制提供支撑。

UUV变截面自航发射管线型优化仿真分析

为设计适用于无人水下航行器(UUV)变截面的自航发射装置,文中基于电动力鱼雷推力模型和自航发射过程受力模型,分析鱼雷自航发射过程中所受的推力、流体阻力、沿程阻力和局部阻力,依据运动学方程,建立鱼雷自航发射数学模型,依据数学模型建立仿真程序计算出管速度,以出管速度为关键指标优化UUV变截面自航发射管线型。结合变截面发射管结构特点和设计需求,确定发射管各段长度和直径作为约束条件,进而建立优化问题的数学表达式,为加快收敛,采用自适应变异概率的遗传算法进行发射管线型寻优计算,进行100代仿真计算,比较出管速度最终得出优化结果,以结果为依据绘制了自航发射管最优线型,对探索UUV变截面发射技术进行了有益尝试,为变截面自航发射管设计提供了理论依据。

矸石基混凝土轴心受压声发射特性与损伤本构模型

为研究不同水泥取代率、不同水胶比下矸石基混凝土轴心受压时的力学性能,及推广应用矸石基混凝土这一绿色建筑材料,通过轴心受压试验和声发射试验,研究了轴心受压时不同煤矸石粉掺量、不同水胶比下矸石基混凝土的应力-应变曲线、声发射振铃计数和声发射累积能量随煤矸石粉掺量和水胶比的变化规律,提出了矸石基混凝土轴心受压时的本构关系。结果表明:相比普通混凝土,矸石基混凝土的力学性能有一定程度的改善,主要表现为其峰值应力和峰值应变增加;矸石基混凝土轴心受压应力-应变全曲线与普通混凝土基本一致,煤矸石粉掺量为20%时峰值应力达到最大值;声发射振铃计数可以有效描述矸石基混凝土的损伤演化规律,随着煤矸石粉取代率的增大,振铃计数先减少后增加。考虑煤矸石粉和水胶比对矸石基混凝土轴心受压时的影响,提出了具有较高精度的矸石基混凝土轴心受压本构关系,这为矸石基混凝土力学性能的进一步研究提供了参考,也对推广应用的结构计算有一定参考价值。

典型海上热发射动力学效应及影响因素分析

考虑海上发射环境特殊性,分析了发射船承受的典型海浪以及风环境,针对陆基发射时运载火箭直接坐落在发射台上的裸箭热发射方式,分析了该支撑形式在海上动态环境下的射前稳定性,获得海上裸箭热发射方式的承受晃动极限。为解决陆基热发射支撑方式不满足三级海况发射稳定性的问题,提出运载火箭的框架式扶稳措施,通过框架内的柔性支撑保证运载火箭的射前稳定性。构建由火箭、等效甲板、导向框架、导轨、柔性支撑、发射台等组成的发射系统动力学仿真模型,开展复杂海况条件下的发射动力学分析,获得了框架式热发射方式在典型海况条件下,不同因素对火箭出框过程飞行姿态、安全间隙等影响规律,可为运载火箭框架式热发射的海上动基座发射动力学安全性评估提供技术支撑,并用于框架式热发射方式的海上动基座环境适应性的综合评价。

石灰岩脆性损伤演化和声发射特征研究

脆性是深部岩体最重要的力学性质之一。为研究石灰岩脆性损伤演化机制,开展了单轴压缩下石灰岩声发射试验,分析了脆性指数与损伤变量和声发射b值的关系。结果表明:(1)石灰岩裂纹闭合应力、裂纹起始应力、损伤应力占峰值应力的比值分别为31.3%、43.0%、85.5%;(2)石灰岩脆性指数平均为0.32,均方差为0.009,随脆性指数上升,特征应力对应的损伤变量逐渐减小,损伤变量由“正比例函数”增长逐渐变为“凹形幂函数”增长,临界破坏阶段存在损伤加速现象;(3)在单轴压缩条件下,随脆性指数上升,石灰岩剪切破坏减弱、张拉破坏增强,脆性指数能够较好地表征其破坏形式;(4)石灰岩声发射累计振铃计数、累计能量和累计幅值与时间曲线存在明显的4个阶段:微增期、平静期、陡增期、骤降期,且平静期幅值均小于80 dB,曲线总体呈台阶状上升趋势。脆性指数越大,平静期越长,陡增期越短,b值突点对应应力与峰值应力比值越大;(5)b值曲线呈先上升后下降趋势,b值突点均在平静期结束点之前,这两点均能准确预警石灰岩失稳破坏,随脆性指数上升,b值突点出现越晚,越接近峰值。研究成果可为围岩稳定性控制和动力灾害监测预警提供重要参考。

核用锆合金管氧化过程中光谱发射率特性研究

发射率在锆合金管非接触测温的准确性和失水事故情况下的传热分析上具有重要意义。本文采集了SZA4、SZA6和ZIRLO 3种锆合金在400,500,600℃下氧化100min过程中4~12μm内的光谱发射率数据,分析了温度、氧化膜厚度和合金组分对材料光谱发射率特性的影响规律。结果表明,3种锆合金在氧化过程中发射率变化趋势基本相同,但组分差异导致在发射率的数值和振荡特性上略有差别。通过建立薄膜干涉模型,解释了光谱发射率在波长方向上的振荡现象,并结合振荡极值与干涉效应原理计算了合金表面氧化膜厚度,在0.6~8μm范围内测量精度达到±0.3μm。

基于光纤声发射的局部放电信号识别方法分析

局部放电(PD)是电气设备绝缘退化的主要原因,相较于传统的检测方法,光纤声发射检测技术具有不影响设备运行方式、抗电磁干扰能力强等优点。设计并制作了尖端放电、气泡放电、悬浮放电和沿面放电4种典型局部放电模型,搭建了基于光纤声发射的局部放电声发射信号采集试验平台,采集了梯度施加电压下的局部放电声发射信号并对其进行了参量统计分析,提出了将去噪后信号时频图作为卷积神经网络特征输入的识别模型。试验结果表明,该识别模型对于淹没在噪声中的微弱局部放电信号具有良好的识别效果,识别准确率可达98%。

含Y型组合节理花岗岩单轴压缩破坏机理及声发射特征

利用劈裂法在花岗岩试件中预制不同倾角的Y型组合节理,进行单轴压缩实验,分析组合节理倾角对破坏模式、峰值强度、表面变形场、声发射能量释放特征的影响,探究不同破坏模式下的破坏机理.实验结果表明:1)含Y型组合节理岩石随节理倾角变化呈现整体破坏、楔形体弹射破坏和沿主节理面破坏三种主要模式;2)组合节理夹角、主节理倾角均与岩石强度具有负相关关系;3)破坏模式从整体破坏转变到弹射破坏、沿主节理破坏时,滑移变形集中区域由次节理向主节理转变,AE高能级事件诱发原因由主、次节理压密及滑移错动向主节理压密及滑移错动转变;4)随主节理倾角的不断增大,主节理面上释放的能量更高、能量的分布更加不均匀.

分级加载下不同骨料粒径的混凝土声发射波速分析

目前利用声发射技术对混凝土结构进行损伤定位时,采用固定表面波速进行损伤定位,没有考虑混凝土声发射信号是从混凝土内部传播出来以及混凝土材料在不同的阶段产生的损伤对声发射波速的影响,导致检测结果与实际产生一定的偏差。以3种不同类型的弹性波速变化将混凝土的损伤化为5个阶段。利用波速的变化结合经典材料损伤力学从而进行材料损伤的定量分析。通过试验结果分析得出:当水灰比一定时,随混凝土粗骨料粒径的增大弹性波波速呈上升的趋势,但波速上升的趋势随粒径的增大而相对减小。随着应力的增加,波速降低时,波速与应力阶段存在一定的线性关系。采用不同加载阶段波速的不同进行变波速定位,定位精度更接近实际损伤位置,可有效提高定位精度。试验得出的结果为混凝土桥梁结构无损检测提供了新的思路方向为其安全检测提供了参考价值。

发射台可快速修复的热防护方法探究

热防护作为防止发射台承载结构受到火箭发射燃气流烧蚀的区域性防护措施,是保证发射台能够可靠承载火箭的关键环节。近年来,随着以长征二号丙运载火箭为代表的常规液体运载火箭发射频率逐年升高,发射台在火箭发射后的恢复时间也大幅压缩。为此,提出发射台热防护的快速恢复方案,将烧蚀式防热技术与隔热式防热技术相结合,设计模块化的热防护组件以实现快速更换。通过仿真、试验并进行搭载使用,结果表明,新式热防护的修复时间由3天缩短至1天,防护效果良好,可以满足高密度火箭发射的使用需求。

STEM视域下初中化学跨学科项目式学习实践研究——以“探寻火箭发射的奥秘”为例

基于STEM教育理念,以“探寻火箭发射的奥秘”为载体,引导学生进行跨学科项目式学习,以“探究火箭原理”“再探火箭燃料”“模拟火箭设计和制作”“成果展示与评价”四个子任务驱动,引导学生运用多学科知识设计和制作三种模拟火箭,有效提升学生的综合素养,实现跨学科协同育人。

基于模态理论和改进GMM的声发射源识别研究

基于模态声发射信号理论,提出了一种利用声学对数倒谱统计参数作为声发射信号特征参数的分析与提取方法。从声发射信号多模态特性出发,提出了一个基于改进高斯混合模型的声发射源信号识别系统。理论分析和实验结果表明,该方法能准确地判断声发射信号源,不仅能够应用于突发型声发射信号的识别,而且可以应用于连续型声发射信号的识别。

磁阻型线圈发射器电路拓扑优化与性能提升

为提高线圈发射器的发射速度及能量利用率,研究了磁阻型电磁线圈发射器不同放电电路结构对发射性能的影响。对晶闸管式(SCR)、半桥式、阻容(RCD)吸收式、Boost-Buck式四种不同结构放电电路进行分析,使用有限元方法研究了四种电路对发射性能的影响。结果表明,相同条件下,相比SCR式电路,三种可关断电路中,Boost-Buck式电路下电枢出口速度提升最少,为78.77%;RCD式电路下系统能量利用率提升最少,为220.66%。可关断电路中电流的衰减速率会影响电枢的加速度,存在最优电流衰减速率曲线;单级可关断电路中出口速度与系统能量利用率搭配最均衡的为半桥式放电电路;Boost-Buck式放电电路更具灵活性,更适合应用于多级线圈发射器中。