基于参与式教学的兵器专业课程实战化教学改革研究

为了解决传统教学模式在现阶段兵器专业课程实战化教学中存在的不足,文章基于参与式教学对兵器专业课程实战化教学改革进行了系统研究。首先,根据海军新形势兵器专业人才培养的需求,梳理兵器专业课程的组成特点,解析了参与式教学的内涵与优势。其次,基于参与式教学研究了课程教学设计、教学条件建设、课堂教学活动、课后教学评价等主要环节,形成了兵器专业课程实战化教学改革思路。最后,在弹药原理课程中试点开展教学改革课堂实践,提出了提高参与式教学效果的措施,积极地推动了兵器专业课程实战化教学改革。

基于深度卷积变分自编码网络的故障诊断方法

机械传动部件的健康状况影响设备的正常运行,针对齿轮、轴承等传动部件的故障诊断,传统的诊断方法是依靠人工经验提取和选择故障特征,然而,特征选择的优劣直接影响诊断效果。结合深度学习在特征提取和处理高维数据方面的优势,提出一种基于深度卷积变分自编码网络（DCVAEN）的故障诊断方法。该方法利用频谱数据训练深度神经网络,能减少特征提取对人工经验的依赖和信息的损失,在网络中加入了变化的噪声和调整学习率,使得网络隐层提取判别性的故障特征,能满足多故障和变工况的诊断。利用自吸式离心泵数据和西储大学轴承数据进行分析验证,实验结果表明,所提方法能更准确、更稳定地识别传动部件的各种故障,具有较强的泛化能力。

航母作战部署中的舰载机出动规划模型

为完成航母作战部署过程中的舰载机出动架次优化,采用规划模型来平衡部署中的母舰航行需求和舰载机出动需求。首先,改进原有的非线性规划模型,将目标改进为最大且均衡使用航空兵力;其次,提出一种新的转向方式,即剩余航程等分点转向方式;最后,开发一个利用遗传算法求解规划模型的图形化界面计算工具,利用该工具计算对比了2种目标函数和3种转向方式对于舰载机出动架次决策的影响。计算结果表明,模型和工具可行,剩余航程等分点转向方式总是优于原有的转向方式。

基于约束渐进扩展卡尔曼滤波的船舶电场跟踪定位方法

为了利用船舶静电场实现对目标的跟踪、定位,首先分析了目标船舶的运动特征,建立了其状态空间模型;然后,利用点电源阵列建立了船舶等效源模型,并推导出船舶跟踪的观测方程;最后,根据物理模型,对状态估计量施加了线性约束,从而使其符合物理实际。仿真结果表明:该方法可以对船舶目标进行有效的跟踪定位,具有较好的应用价值。

船舶轴频电场跟踪

针对轴频电场包络跟踪中先验信息缺失的问题,研究了船舶轴频电场跟踪对传感器阵列的基本要求,引入了一种基于最大似然选择的多初值渐进更新扩展卡尔曼滤波算法。建立船舶轴频电场包络跟踪的状态空间模型,用水平电偶极子对船舶轴频电场包络进行建模;建立基于最大似然选择的多初值模型;基于轴频包络信号特征,研究了对传感器阵列排布方式的要求。仿真结果表明,利用轴频电场包络对船舶进行跟踪是可行的,要求传感器阵列至少由3个传感器组成,且3个传感器不在一条直线上;在传感器阵列满足要求的情况下,该算法可以有效解决轴频电场包络跟踪中的先验信息缺失问题,具有较高的实用价值。

含齿隙弹载舵机的全局反步模糊自适应控制

针对制导弹药电动舵机伺服系统中存在的齿隙、不确定参数及外部干扰,提出一种基于反步法的全局模糊自适应控制方法.首先,综合考虑上述非线性因素,分析描述齿隙的近似死区模型,建立含齿隙弹载舵机的双惯量机电模型,并将其引入采用“三闭环”结构的伺服系统中,构建非线性系统的状态空间;然后,采用模糊逻辑系统对齿隙等非线性因素进行自适应逼近与补偿控制,通过反步递推构造全系统Lyapunov函数,并运用Lyapunov第二法证明了整个闭环系统最终一致有界.仿真实验表明:较经典PID控制,该方法能更有效地削弱齿隙引起的传动力矩抖振与振荡冲击,既保证了系统的跟踪速度与控制精度,对不确定参数与外部干扰也具有较强的鲁棒性.

水下空气腔角反射器声散射特性

针对水下金属板角反射器目标强度低、具有明显的频率特性等不足,设计了一种新的弹性空气腔角反射器。采用结构有限元耦合流体边界元法,对水下空气腔角反射器和单层金属薄板角反射器的声散射特性进行仿真计算和对比,分析了入射波频率为5~15kHz范围内,平板厚度、入射角度等因素对不同类型角反射器目标强度的影响及其散射机理并进行了实验验证。研究结果表明:空气腔角反射器散射强度大,无明显的频率特性,去耦作用明显;空气腔角反射器声散射仿真结果和消声水池实测数据进行对比,二者基本一致;相比笨重且回波强度较弱的单层金属板角反射器,空气腔角反射器具有更优的反声性能和更轻的质量,是理想的水下声反射装置。

喷射式空气轮机-泵发射系统建模与仿真

为解决空气涡轮机加工难度大、制造成本高的问题,提出了喷射式空气轮机原动机方案。首先,在阐述喷射式空气轮机-泵发射系统的结构与工作原理的基础上,建立了相应的数学模型;然后,对整个喷射式空气轮机-泵发射系统的发射过程进行仿真研究,并对仿真结果进行了分析。仿真结果表明:该原动机方案可满足潜艇鱼雷发射装置发射指标要求,在理论上具有可行性;所建立的模型及仿真程序可为后续喷射式空气轮机-泵发射系统的总体论证与关键部件的设计提供理论支撑。

救生机器人推进器的3维反问题设计与性能校验

针对水上救生机器人难以实现快速稳定航行的问题,采用3维反问题设计理论对机器人推进器进行几何设计并对相关参数进行匹配,在合理假设条件下,将喷水推进泵内的有旋流方程进行有效分解获得周向平均流动方程和周期性脉动流动方程。使用速度矩沿流线的分布来控制叶片的载荷,运用计算流体力学对所设计的喷水推进泵进行水力性能校验,结果表明:在毂径比较大等特定条件约束下,喷水推进泵的水力效率达到80.38%,并且在较宽的流量范围内保持高效,叶轮表面压力沿轴向分配合理,没有局部低压区,叶轮推力满足预期性能,验证了设计思路和参数配置的正确性。

基于改进D-S证据理论的滚动轴承故障诊断

针对单一分类器进行故障诊断时诊断精度不高、随机性强的问题,提出一种基于改进D-S证据理论的滚动轴承故障诊断方法,构建了信息融合诊断框架。首先,利用BP神经网络、支持向量机、径向基神经网络构建初步诊断层,将提取的特征信息进行初步诊断;然后,利用改进的D-S证据理论构建融合诊断层,将初步诊断层的诊断结果进行融合,并根据诊断规则得到最终的诊断结果;最后,采用不同的信息融合方法对滚动轴承故障数据进行对比研究。试验结果表明:使用改进D-S证据理论的滚动轴承故障诊断方法能够有效提高证据可信度,降低不确定性,提高故障诊断精度和故障诊断模型的鲁棒性。

多平台协同突防航路规划

为解决多平台协同突防航路规划问题,提出协同突防航路规划方法框架。通过控制点基于分段保形二次插值描述与生成航路,建立包含平均航路长度、航路长度标准差、累积威胁程度的优化指标,并合成为加权综合目标函数,给出包含转弯半径判断、航路交叉判断以及障碍冲突判断的约束条件,通过粒子群优化算法进行航路控制点优化求解。在不同场景下进行航路规划求解,并分析了优化参数对于方法求解的影响。结果表明,方法能够给出可行且优化的协同突防航路。同时,优化指标的选取与约束条件的建立和航路规划过程解耦,可以在本方法框架的基础上根据实际问题需求自行配置优化指标与约束条件,一定程度上拓展了方法的通用性。

超空泡射弹水下侵彻靶板三相耦合数值模拟

超空泡射弹侵彻问题的实质是特殊水下结构受到高速冲击载荷作用下的动态响应。对12.7 mm口径超空泡射弹侵彻典型水下目标壳体的毁伤效果开展研究,基于LS-DYNA有限元分析软件建立水环境中超空泡射弹垂直侵彻曲面靶板的等效模型,探讨射弹侵彻过程中动能侵彻和气泡溃灭对靶板联合毁伤效果,获得了靶板在各阶段的应力变化和结构变形规律。结果表明:侵彻靶板前,射弹着靶速度为200 m/s时的头部表面水介质压力峰值达768 N,靶板表面有明显下凹变形;侵彻靶板时,伴随着射弹动能侵彻和气泡溃灭冲击,水介质造成的影响不足动能侵彻的2%;侵彻靶板后,在靶板正面形成峰值速度为42 m/s的水射流进一步作用于破口;靶板整体弯曲变形,在200~300 m/s范围内,随着射弹着靶速度的增加,靶板弯曲形变量减小;靶板局部发生延性穿孔,射弹在水环境中具有更好的破口效果,射弹速度变化对破口尺寸影响不大。

水下地形辅助导航中匹配航路的选取

水下地形辅助导航精度很大程度上依赖于匹配区域的地形特征。针对同一地形区域不同匹配航路产生的导航效果不同且单一地形特征参数无法对航路可导航性进行全面准确评价的问题,讨论了地形特征对导航性能的影响,综合选取反映地形信息的多地形特征参数,基于灰色模糊理论提出了一种用以衡量某一地形区域不同匹配航路的可导航性能的综合导航系数,并运用质点滤波算法对具有不同导航系数的航路进行了导航性能仿真。仿真结果表明,所提出的评价方法在航路选取方面具有较好的可行性及较强的地形适应性,无论是在地形信息丰富区还是匮乏区,导航系数均能较好地对匹配航路可导航性作出评价,克服了单一特征参数评价不全面以及在航路选取方面研究不足的问题,对水下航路规划和提高辅助导航性能具有实际工程应用价值。

基于多尺度AlexNet网络的健康因子构建方法

针对目前健康因子构建方法存在的单调性和趋势性不够理想的问题,提出一种基于多尺度AlexNet网络的轴承健康因子构建方法。该方法首先利用连续小波分析将原始振动加速度信号转换为时频图,将时频图作为输入对多尺度AlexNet网络进行训练;然后利用训练好的网络在线构建测试轴承健康因子;最后根据健康因子评估准则评估初步构建的健康因子,利用评估结果调整网络参数,实现迭代优化,进一步提高健康因子的单调性和趋势性。实验对比分析结果表明:该方法显著提高了健康因子的单调性与趋势性,不需要进行特征提取、特征选择、特征融合等步骤,具有较高的构建效率和泛化性。

基于核心体系结构数据的体系结构设计方法

针对体系结构设计不规范以及数据一致性难以保证等问题,在基于活动的方法论基础上提出了一种新的体系结构设计方法。简要介绍了体系结构框架和开发思想,分析了3种经典的体系结构设计方法:结构化分析和设计方法、面向对象设计方法和基于活动的方法论,列举了各种方法的优缺点;根据基于活动的方法论,提出了基于核心体系结构数据的体系结构设计方法,并详细说明了该方法的开发流程;使用基于核心体系结构数据的开发方法,针对未来水下无人潜航器协同反潜作战任务,从作战视角建立了体系结构模型。所建立的模型表明该方法具有良好的可操作性。

基于BP神经网络的炮光集成武器系统作战效能评估与预测

为了有效地评估和预测炮光集成武器系统的作战效能,以反舰导弹为例,针对空袭目标低空突袭的特点,建立了炮光集成武器系统的效能评估模型和BP神经网络预测模型。用BP神经网络对炮光集成武器系统的作战效能进行了预测,并与效能评估模型的计算结果进行了对比。结果表明:BP神经网络的预测结果与效能评估模型的计算结果比较近似,说明BP神经网络模型对于炮光集成武器系统作战效能评估与预测是有效的,可以为下一步的炮光集成武器系统的研制提供一定的理论参考。

采用改进粒子群算法的机载光电平台多目标优化

为了提高光电平台的动态特性,减少受激励源的振动响应,通过引入交叉算子、学习因子和混沌变异等,提出了一种改进粒子群算法,并采用改进粒子群算法与动力学联合优化的方法(APSO-ABAQUS)对机载光电平台进行多目标优化研究。首先建立了光电平台的有限元模型,并将该模型的模态计算结果与模态试验测试值进行对比,验证了光电平台有限元模型的有效性;然后将优化前仿真得到的光电平台的振动响应与随机振动试验得到的振动响应相比较,进一步验证模型有效;最后以振动响应、质量和刚度特性为优化目标,对光电平台进行优化。结果表明:优化前振动加速度峰值为641.30m/s^2,优化后的振动加速度峰值为375.68m/s^2,较优化前振动加速度峰值降低了41.42%;优化后光电平台基频由74.53Hz提高到107.36Hz,提高了44.04%,较大程度提升了平台的动刚度,有效提高了光电平台的动态性能;光电平台的质量由优化前的53.4kg减小至48.6kg,质量降低了8.64%,优化后光电平台的结构更加合理;建立的APSO-ABAQUS多目标优化模型是合理可行的,可为其他结构优化设计提供一定的借鉴。

未来空域窗预测命中点误差特性分析

分析目标提前点的误差特性是未来空域窗射击中要解决的首要问题。针对现有未来空域窗相关研究缺少误差特性分析的问题,提出了通过误差转换矩阵进行误差分析的方法。该方法在相应坐标系下建立误差模型,求得在预测迎弹面内的误差协方差矩阵,最后对协方差矩阵进行特征值分解得到目标提前点的误差特性。以跃起俯冲为例进行仿真分析,得到了目标在预测命中点的误差特性,并通过计算毁伤概率分析了各参数变化对未来空域窗的影响,结果表明,该误差分析方法正确,能为后续未来空域窗研究与工程化应用提供理论依据。

基于掩护作战能力的区域防空舰艇配置方法

考虑区域防空舰艇作战性能参数和满足作战要求的最小射击纵深,以掩护角最大为优化目标建立了海上编队区域防空舰艇配置距离优化模型,给出了满足威胁区域全覆盖的区域防空舰最小配置数量和配置距离范围求解方法。在一定数据假设下,结合实例对所给模型和方法的适用性和有效性进行了验证。

基于测向交叉定位的空舰导弹协同攻击方法

针对双机对远距离舰艇目标进行被动测向交叉定位精度相对较低的问题,提出多枚空舰导弹对目标散布区进行协同搜索并攻击的策略,分析得出测向交会角、弹目距离、测向误差、目标散布椭圆参数和弹目运动参数之间的关系和实施有效攻击的限制条件,最后通过算例验证了所提方法的可行性,为载机携载空舰导弹对舰艇目标实施协同攻击提供了一种新的思路。