为满足日益复杂的作战需求,提升微型制导弹药在近距离下的制导性能,基于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)提出一种考虑视场角极限的落角约束制导律。推导导弹相对移动目标的落角误差估计公式,以落角误差和视角为状态量并构造分段奖励函数,将制导问题建模为时间离散的马尔科夫决策过程。通过偏置比例导引获得所需制导指令,并由DRL的策略网络输出其偏置项,通过近端策略优化算法对网络进行训练,得到最优制导策略,实现在无弹目距离信息下对视角和落角的约束。在不同视场角限制、期望落角、目标速度、初始位置和导弹速度下进行数值模拟和蒙特卡洛仿真,并对导弹在不同速度下的捕获区域进行对比分析。研究结果表明,所提制导律在不同初始条件下均能保持良好的制导性能,在近距离打击中相比现有制导律具有更大的捕获区域,在干扰作用下具有更小的落角误差分布,从而验证了该制导律的有效性与优越性。

为研究不同弹头形状对夹心弹斜侵彻金属靶的影响,开展3种不同弹头形状夹心弹斜45°侵彻4340钢靶的试验,并结合数值仿真对夹心弹与钨合金射弹进行对比,对3种夹心弹的侵彻过程及其侵彻特性进行分析。研究结果表明:在相同动能斜侵彻的情况下,夹心弹的侵彻性能优于均质钨合金射弹,但由于夹心弹外套与弹芯之间较大的阻力差距,使夹心弹的弹道偏转更严重;当夹心弹以约1450m/s速度侵彻斜45°的4340钢靶时,半球形弹头夹心弹斜侵彻的弹道稳定性最好,而截锥形弹头夹心弹的弹道偏转最大;斜侵彻过程可分为头部镦粗偏转、稳定斜侵彻、侵彻终止3个阶段,夹心弹侵彻弹道偏转主要表现在头部镦粗偏转阶段之后;弹头形状对夹心弹弹道偏转影响的根本因素是开坑阶段夹心弹弹头所受侧向力大小与弹坑形态;截锥形弹头夹心弹在头部镦粗偏转阶段所受合阻力方向与夹心弹轴向夹角最大,偏转力矩最大,弹头发生的弯曲变形最大,同时初始弹坑下,侧面与弹头斜锥面几乎平行,进而导致其侵彻弹道偏转最大;半球形弹头夹心弹在开坑阶段受到的偏转力矩最小,具有更好的侵彻弹道稳定性;不同的侵彻角度下,截锥形弹头夹心弹的弹道偏转受侵彻角度变化影响最大,半球形弹头夹心弹受侵彻角度影响程度最小,其斜侵彻弹道稳定性最好。

由于高超声速滑翔飞行器无动力、轴向过载不可控的特点,高超声速滑翔飞行器编队机动飞行至滑翔段与末段的交班点时射向通常存在较大位置误差,对末段的协同打击精度造成显著影响。针对该问题,提出一种考虑射向位置调节的高超声速滑翔飞行器编队控制方法。面向二阶多智能体系统设计固定时间收敛一致性控制器。在此基础上设计欠驱动飞行器编队控制架构,围绕高超声速滑翔飞行器编队的欠驱动控制特征开展分析,设计射向调节策略,建立射向位置调节与附加侧向速度的关联;赋予飞行器编队射向调节能力的前提下建立三维人工势场,设计飞行器编队的避碰控制策略。理论分析和数值仿真表明,该方法可以支撑多个飞行器在编队散开、编队收缩、编队整体转向和高低编队飞行等场景中实现编队的形成与保持,在保证编队内部安全的前提下实现一致到达,为末段制导提供良好的交班条件。

陶瓷在长时高温和高应力下工作时会发生蠕变,蠕变损伤累积将最终导致失效发生。蠕变损伤的演化与陶瓷的微结构有十分密切的关系,建立陶瓷材料的微观有限元模型有助于更深入地了解这一关系。以氮化硅陶瓷为研究对象,提出一种基于动力学的三维晶体沉积数值模型,结合Monte Carlo Potts结晶生长模型对氮化硅陶瓷的烧结过程进行模拟,力求还原氮化硅陶瓷的动态生长过程以及结晶后晶体大小、形状、取向分布以及空洞的大小、形状、分布等微观结构特征。基于该模拟生成的几何边界描述自动生成Python脚本,在有限元软件中完成建模。利用该有限元模型对氮化硅陶瓷的统计弹性常数进行验证,计算结果与试验数据对比,相对误差约为4.5%,吻合良好。

大功率柴电机组是重型串联式混合动力车辆的供电单元,受多缸柴油机曲轴谐振转矩冲击和发电机电磁转矩脉动耦合作用的影响,系统扭转振动现象突出,动力学品质较差。针对上述问题,建立考虑机电耦合效应的发动机-发电机组动力学模型,分析机电耦合效应对系统固有特性的影响,揭示扭转振动特性随电磁刚度、转子偏心率、扭转减振器刚度等参数变化的规律,分析系统在发动机和电机联合激励作用下动力学响应特性,明确了主响应的阶次。为解决低频扭转振动响应过大的问题,提出基于双回路解耦的扭转振动控制总体框架,针对发动机主谐次扰动抑制设计面向启停机过程的独立模态空间最优控制器和面向稳态运行工况的自适应滤波补偿控制器,并进行仿真验证。研究结果表明,所设计的扭转振动主动控制算法能够在发动机全速域内实现对主谐次扭转振动的有效抑制。

无翼有效载荷是火箭橇试验系统的常见载荷类型,在宽速域水平滑跑时由于非定常气动力、振动与噪声等多场耦合在分离时易出现抬头、低头现象。以双轨火箭橇的无翼有效载荷试验系统为研究对象,对宽速域(马赫数0.4~2.0)水平助推滑跑的声振力耦合进行高精度数值模拟。研究结果表明:在滑跑过程中,有效载荷与助推器中间产生低压区,且随滑跑速度不断扩大作用范围;高速流场的气动载荷会逐渐使火箭橇在有效载荷头部和尾部位置处产生较大变形,主要表现为抬头现象;宽速域水平助推滑跑的气动噪声随滑跑速度增大,高声压级区域由中心逐渐向外扩展;相关研究可为新一代高超声速火箭橇试验系统设计与高精度地面动态测试提供技术支持。

为更好地保护人民的生命财产安全,针对目前依靠人力进行交通管理工作时统计不准确、反馈不及时等问题,提出一种适合部署在边缘终端设备上的基于YOLOv7-tiny算法改进的车辆目标检测算法。通过构造深度强力残差卷积块对主干网络的轻量级高效层聚合网络(Efficient Layer Aggregation Network-Tiny,ELAN-T)模块进行轻量化改进;通过削减分支,对特征融合网络的ELAN-T模块进行轻量化改进,降低网络的参数量和计算量,并对特征融合网络的结构进行重新构造;引入高效通道注意力机制和EIOU边界框损失函数提升算法的精度。在预处理后的UA-DETRAC数据集上实验,改进后的算法参数量相比于原始的YOLOv7-tiny算法降低了15.1%,计算量降低了5.3%,mAP@0.5提升了5.3个百分点。实验结果表明,改进后的算法不仅实现了轻量化,而且检测精度有所提升,适合部署在边缘终端设备上,完成对道路中车辆的检测任务。

针对水下航行器声导引回收方式中艇外搭载回收装置易受流噪声干扰、影响航行器声隐蔽性的问题,研究基于Lighthill声比拟理论,结合大涡模拟对艇外搭载式回收装置流噪声进行数值模拟,对比不同回收导向罩形状坞舱的声压级频谱及指向特性,分析航行器流域内不同位置的声压级变化情况。研究结果表明:外伸式回收装置是航行器辐射噪声的主要声源,相比无附体水下航行器最大声压级高约50dB,高声压级流噪声主要集中在中低频段;对于相同迎流截面积的回收坞舱,喇叭型导向罩相比于矩形型低约1.62dB;计算结果可为降低水下航行器回收过程中的流噪声,提高水下航行器回收效率及声隐蔽性,及相关设计提供理论基础。

空降兵伞降着陆损伤一直是航空医学和特种医学关注的重点,研究其着陆损伤的生物力学机制对空降兵损伤防护和预防至关重要。针对空降兵着陆冲击下肢损伤,利用全球人体生物力学模型对影响空降兵着陆冲击下肢损伤的因素进行数值模拟研究。研究结果表明:在正常着陆冲击过程中,股骨、胫骨等下肢长骨受损伤概率较小,但跟骨、距骨以及半月板容易因长骨对其挤压造成损伤,易损伤区域包括跟骨结节内侧突、距骨滑车面以及外侧半月板前角;不同着陆场景损伤机制的差异,下降速度能显著影响地面冲击力从而大幅度增加下肢长骨患应力性骨折的概率;水平风速能影响其重心位置而增加踝关节损伤概率;地面条件通过影响冲击接触时长而增加踝关节尤其是跟骨损伤概率。

针对特种车辆电驱动系统高扭矩密度需求,为能够充分提升峰值扭矩能力和效率,降低扭矩波动,防止电机过热,提出了一种基于多物理场模型的轮毂电机多目标优化设计和温升估计方法。基于整车工况需求建立了轮毂电机电磁有限元模型和损耗模型。采用非支配排序遗传算法Ⅱ实现轮毂电机峰值扭矩、扭矩波动、效率、绕组换热面积的多目标优化,得到优化后电机电磁关键结构参数与损耗特性。基于几何结构建立了包含轮毂电机在内的电动轮热网络温升估计模型,预测了轮毂电机典型工况温升及温度分布特性。通过温升台架实验对温升预测模型精度进行了验证。研究结果表明,优化后轮毂电机峰值扭矩提升5.2%,峰值扭矩效率提升1.15%,端部绕组预测温度与实验结果对比均方根误差不超过4.3℃,计算速度大幅提升。

为提高四足机器人的运动步幅和在运动中的抗冲击性能,以猎豹为仿生对象进行运动机理分析,设计一种具有串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)的离散式仿生脊柱关节。采用SEA为驱动单元,布置在脊柱箱体与腿足关节之间,模拟生物肌肉特性提供被动柔顺性。脊柱整体设计采用2自由度离散式构型,实现伸展和蜷曲两种奔跑姿态,提高运动步幅。基于D-H参数法,建立了2自由度离散式脊柱四足机器人的运动学模型,并对四足机器人的运动步幅进行了对比分析。搭建四足机器人实验平台,开展性能测试实验。在bound步态下的实验结果表明:在步幅测试实验中,含脊柱的四足机器人运动步幅提高了73.72%;对比刚性躯干,在跳跃过程中可以减少前腿大腿电机峰值力矩35.2%、前腿小腿峰值力矩12.0%、后腿大腿峰值力矩45.7%以及后腿小腿峰值力矩10.3%,且各关节电机输出力矩的均值、标准差均明显降低。

针对区域防御任务中多个入侵者的拦截问题,考虑追捕任务间时序关系与总体拦截效能,提出一种多无人机序列捕捉算法。基于任务的长期规划收益与短期执行效果构建任务的时序收益与空间收益,分别作为任务分配和任务执行的优化目标,实现复杂博弈问题的动态实时求解。基于可达集方法描述攻防双方优势程度并构建任务时序收益,引入深度Q网络对其进行估计进而引导任务分配;基于任务空间收益求解单攻击者追逃博弈问题,给出连续动作空间任务执行的最优控制策略。仿真结果表明,所提算法通过优化任务时空收益能够实现多无人机间的有效合作,提升防御方的捕获成功率,并具有较强的可扩展性。

自主式水下潜航器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作为重要的水下探测工具之一,广泛应用于各种海洋军事行动中。现有的AUV避障和路径规划研究多集中于网格地图,较少考虑AUV在水下的真实机动情况。针对该问题,提出一种基于积极经验回放机制的改进近端策略优化(Positive-experience Retraining Proximal Policy Optimization,PR-PPO)算法和人工势场的AUV避障与路径规划方法。利用仿真软件中AUV模型自身传感器和水下环境构建动态人工势场。基于PR-PPO强化学习算法,通过与环境交互进行学习,建立AUV状态与动作之间的映射关系,无需动力学模型和地图信息,即可实现实时避障和路径规划。研究结果表明,与传统的竞争双深度Q网络算法和近端策略优化算法相比,所提算法不仅能保证任务的成功率,还缩短了模型训练时长,提升了收敛效果。

为解决编队控制存在的收敛速度慢、控制器连续更新问题,针对2阶多智能体系统,提出一种基于事件触发机制的预设时间编队控制方法。基于预设时间的加速度观测器,跟随者于预设时间内估计到领航者的加速度状态。设计基于事件触发机制的预设时间编队控制器使跟随者于预设时间内跟踪上领航者,避免了控制器的连续更新。基于严格的理论分析证明,多智能体系统可实现预设时间编队控制,且避免芝诺现象。数值仿真结果表明,新提出的基于事件触发的预设时间编队控制方法可使多智能体系统于指定时间内形成期望构型,同时降低控制器更新频率从而降低系统能耗。基于四旋翼无人机编队飞行试验结果,进一步验证了新提出的控制方法的可用性和拓展性。

针对多约束条件下无人机时变编队控制中的能耗优化问题,提出一种基于动态参数扩展高阶控制障碍函数的优化控制方法。对现有的高阶控制障碍函数进行改进,综合考虑无人机与障碍物的运动状态建立扩展状态的动力学模型,将动态目标避障的安全性约束条件在扩展状态动力学模型上展开,得到用于建立动态目标避障的扩展高阶控制障碍函数;针对扩展高阶控制障碍函数约束的可解性与保守性问题,设计K类函数参数的自适应规则得到动态参数扩展高阶控制障碍函数,在提高含约束优化问题可解性的同时降低解的保守性。利用控制障碍函数与动态参数扩展高阶控制障碍函数建立多约束条件,基于一致性条件与哈密顿分析建立目标函数,将时变编队的能耗优化问题转化为多约束优化问题,并用二次规划进行求解得到最优控制输入。仿真结果表明,所提方法比固定参数扩展高阶控制障碍函数以及人工势场法具有更好的避障效果与更低的能耗。

无后坐力发射可有效降低后坐力,但会降低初速,为克服初速与后坐力之间的矛盾,提出基于可燃药筒和电磁感应点火的无后坐力枪方案,能够在不降低初速的同时实现无后坐力。通过电磁感应将能量传递到点火头,点火头点燃弹膛内发射药与可燃药筒,提供发射能量,在达到一定压力后打开尾部拉瓦尔喷管,向后喷射气体平衡弹头向前冲量。高初速无后坐力发射装填密度高、最大膛压高,内弹道容易出现不稳定。为提高内弹道稳定性,建立了射击过程中经典内弹道模型,运用数值仿真分析内弹道性能,并研究内弹道稳定性。开展弹道试验研究,对所提方案进行验证。研究结果表明:该方案能够在提高弹头初速的同时将后坐冲量降低到1.5N·s以下,可为轻武器未来发展提供新的思路。

飞行器集群是现代军事对抗与社会生活的重要新质力量。然而,复杂空域环境、动态飞行冲突和信息获取受限挑战集群飞行安全。安全控制是保障集群高效协同的关键。结合集群系统和任务场景特点,从时空和信息两个维度总结飞行器集群安全的关键问题,提出基于感知-判断-决策-执行(Observation-Orientation-Decision-Action,OODA)环思想的集群安全控制的研究框架。从非结构飞行环境、集群运动行为、受限信息交互和不确定状态估计等方面,探讨集群安全的相关概念、模型描述和效能评估,阐述集群安全控制的基本方案及关键技术;给出对飞行器集群安全控制未来智能化发展的思考,以期为构建更完善的集群安全技术体系提供参考和启发。

在复杂通信环境下,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)难以为用户提供稳定且准确的位置信息,为解决受测量数据的不确定性而导致定位偏差问题,提出一种自适应遗传优化的通信定位(Enhanced Adaptive Genetic Location,EAGL)算法。建立一个基于到达时间差的定位模型来反映目标源位置与信号环境之间的关系,并对满足目标函数的可能解进行实数编码,同时建立适应度函数,用于计算每个个体的适应度值。对种群执行选择运算以及改进的自适应交叉、变异运算来提高种群基因型质量,避免陷入局部最优解的困境。通过迭代得到最高适应度值的个体的基因型,以获得目标源的准确坐标。仿真结果表明:所提算法的定位精度比基本遗传算法(Simple Genetic Algorithms,SGA)和Chan-Taylor算法更高,并且随着测量值误差的逐渐增大,EAGL算法在不同误差条件下表现出的误差波动最小;EAGL算法性能稳定,并能够实现较高精度的定位。

士兵装备与战士的身高、体重、任务分工等密切相关,具有高度定制化和大批量生产特征,而定制化和大批量生产给士兵装备生产交付带来了巨大挑战。装箱是士兵装备生产的最后环节,也是实现定制化和大批量生产最难环节,针对这一难题,提出一种基于数字孪生的士兵装备装箱生产过程优化方法。建立士兵装备装箱生产过程的数字孪生模型;通过仿真刻画士兵装备铺货补货、箱子运输、工人拣货、装箱等整个生产过程,并通过改进遗传算法对生产过程进行优化。将所提方法在某装备生产企业进行实际应用,通过迭代仿真实现了货位配置、工人数量和搬运设备数量的最佳设计和优化,有效解决士兵装备大规模个性化生产中动态性高,拥堵锁死频发,生产周期长,工位忙闲不均衡以及漏装错装问题发现不及时等难题,士兵装备的装箱生产效率提升了11.18%。

针对形状不规则复杂面目标多弹瞄准点优化算法计算效率低、稳定性差、优化能力不足的问题,提出一种基于弹药圆概率偏差(Circular Error Probable,CEP)的毁伤概率矩阵库(Damage Probability Matrix Library,DPML)和改进启发式退火优化机制的高效瞄准点优化算法(Efficient Aiming Point Optimization Algorithm,EAPOA)。构建多弹瞄准点优化模型时,除考虑目标形状、导弹毁伤能力外,还考虑导弹直接毁伤、间接毁伤和多弹种联合毁伤等复杂因素对目标毁伤效果的影响。提出一种基于DPML的毁伤概率快速估计算法,提升算法优化效率和鲁棒性;设计一种基于候选瞄准点序列化的优化算法框架,并提出基于全局搜索和改进退火机制的启发式优化算法,降低瞄准点组合求解空间大小并提升算法优化能力。通过6个复杂面目标测试用例验证算法性能。研究结果表明,所提的EAPOA相比于增强精英保留策略遗传算法具有更强的优化能力,且平均优化时间仅为其1/5~1/3,在优化收益和计算效率上具有明显优势。

针对军用双挂汽车列车气压鼓式制动系统缺乏完善建模方法的问题,提出一种综合考虑气压响应延迟、制动衰减及防抱死制动系统动态参与的建模方法。在分析系统结构与工作原理的基础上,构建了气压制动系统模型,并与车辆动力学模型进行联合仿真。通过相同条件下的实车制动实验验证了模型的准确性,并进一步仿真分析了不同路面附着条件对制动性能的影响。研究结果表明:仿真输出的气室压力、车速、制动距离和制动时间与实验数据高度一致,制动距离和时间的预测误差分别小于3.9%和2.4%;仿真结果揭示了路面附着条件对制动性能的显著影响,低附着系数显著增加制动距离和时间;所提建模方法有效解决了传统建模的复杂性与准确性问题,能较好地预测军用双挂汽车列车在多种工况下的制动性能,为制动系统设计与优化提供了重要参考。

为准确揭示和描述弹体-引信系统(简称弹引系统)在侵彻典型目标过程中引信内部核心器件的过载环境及动态响应,基于空腔膨胀理论获得侵彻过程的弹靶相互作用,分析应力波在战斗部壳体内的传播效应,引入弹引螺纹连接的载荷传递特性及缓冲材料的非线性响应模式,构建高速侵彻下弹引系统的非线性动力学响应模型,通过理论及实验方法确定模型参数,结合有限元数值仿真研究分析弹引系统的动态响应特性及弹靶参数对过载信号的影响机理和规律。研究结果表明:所建立的非线性动力学响应模型在时-频域特征上与数值仿真结果吻合良好,可更准确地描述高速侵彻下弹引系统的过载传递特性及引信内部器件的真实动力学响应,其响应模式主要为刚性过载和高频结构振动的耦合叠加,螺纹连接会进一步放大过载信号,聚氨酯材料在侵彻冲击环境下体现出一定的吸能滤波作用;弹引系统侵彻多层间隔目标相较于单一半无限目标时的过载信号更为复杂剧烈,弹靶参数决定了弹靶相互作用的频率特性,当侵彻多层间隔目标的弹靶作用频率的整数倍与弹引系统固有频率更接近时,加速度过载会出现峰值显著增大、振荡加剧及信号严重粘连等现象;研究成果为快速有效预测不同弹目特性下引信内部关键模块的真实响应和过载特性、评估其安全性及可靠性提供了技术参考。

为解决传统回环检测算法依赖里程计精度与外部定位信息、消耗过多计算资源以及现有轻量化回环检测算法平移不变性差、难以适应越野场景下稀疏环境特征等问题,提升无人驾驶平台在卫星拒止条件下执行长时间、大范围行进任务的定位能力,提出一种利用激光雷达点云对地面特征进行描述的轻量化回环检测算法。不同于现有的利用深度学习从单帧或多帧点云中提取点云特征并构建全局描述子,所提算法使用快速的激光点云地面特征描述方式,实现单帧点云快速特征提取与全局一致的位置特征描述,将多帧激光点云地面特征聚合为子地图回环检测描述子;在临近帧之间依靠里程计位姿实现轻量化全局描述子的构建,不依赖先验位置信息进行全局描述子的匹配并实现回环检测;在越野环境下以机械式激光雷达、固态激光雷达对算法进行实车验证。研究结果表明,与已有的轻量化回环检测算法对比,验证了该算法在越野环境下回环检测高召回率、实时性好、占用资源少的优势。

随着信息技术的进步,装甲车辆的人机交互方式不断更新,为探究新型多模态交互下乘员的任务绩效,指导未来装甲车辆多模态操作、告警方式的设计,建立一套可集成多模态交互、可调节环境负荷大小的新型人机交互实验系统。基于该系统,招募20名成年男性开展了操作(输入)方式、告警(输出)方式和环境负荷水平的三因素工效学实验。在虚拟实验平台中完成不同实验条件下的模拟击打目标实验,分析被试的任务绩效。实验结果表明:相对于在触屏输入或语音输入下,机械输入下乘员的反应时间最短,但乘员操作错误率最高;机械输入和触屏输入下乘员的任务完成时间远优于语音输入;相对于单模态视觉告警,叠加了触觉告警的视觉+触觉(Visual+Tactile,V+T)双模态告警会显著缩短乘员反应时间,而叠加了听觉告警的视觉+听觉(Visual+ Auditory,V+A)告警则无明显差异;V+T或V+A双模态告警可以显著缩短乘员任务完成时间;对于环境负荷的影响,低环境负荷下乘员任务绩效明显高于高环境负荷;随着环境负荷的增加,V+T告警中叠加听觉告警会造成告警冗余;该研究可为装甲车辆舱室多模态人机交互设计提供实践依据。

保障全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)为用户提供高精度导航定位、测速、授时信息是导航战的首要任务,然而GNSS用户端与卫星距离遥远,相较于GNSS系统端,更易受到干扰和欺骗等的蓄意毁伤。故为提升用户端对抗干扰威胁的能力、推进其抗干扰技术的发展与成熟,急需开展用户端抗干扰性能评估研究,但已有研究多针对单一类型指标、特定应用场景开展用户端抗干扰算法研究与性能分析,存在分项评估研究不足、综合评估研究缺失等问题。为此,设置单天线抗干扰、阵列天线抗干扰、惯导辅助抗干扰、无人机抗干扰这些典型应用场景,建立针对多应用场景的用户端抗干扰性能评估指标体系,并引入可用度A、可信度D、能力值C方法改进已有模型的应用局限,提出用户端抗干扰的分项性能评估方法;基于模糊综合评判思路与改进组合赋权法,改进已有加权积模型,提出用户端抗干扰的综合能力评估方法。实验结果表明,相比于已有评估模型,采用所提方法实现应用场景的多模型串联,降低了接收机的跟踪门限使其未超过45°,减小了动态测量误差率使其不大于1,增加了阵列增益使其不超过36dB,提高了被测装备性能评估准确度及其对抗干扰威胁的能力,能有效辅助多应用场景的性能优化与装备升级。

为提高智能汽车的避障能力,提出一种基于速度障碍模型的智能汽车轨迹规划控制方法。结合速度障碍法和障碍物膨胀法,建立智能汽车的速度障碍模型,将动态障碍物在速度空间中的运动不确定转化为位置不确定,实现安全裕度根据障碍物尺寸和相对速度自适应调整。为兼顾轨迹跟踪精度和行驶稳定性,根据汽车状态方程、模糊控制原理和模型预测控制原理设计智能汽车模糊模型预测控制器(Fuzzy Model Predictive Control,FMPC)。为验证该方法的有效性,采用仿真软件建立其仿真模型。仿真结果表明:对多个随机的静、动态障碍物均可实现避障,且在避障后快速平稳地跟踪参考轨迹。通过避障稳定性分析得出,目标车速为100km/h,其最大横向速度为4.01km/h,最大横摆角速度为20.8°/s,最大质心侧偏角为2.32°,满足汽车行驶稳定性要求,该方法有效提高了智能汽车的避障能力及其行驶稳定性。

为提升无线通信物理层的保密性,提出一种全新的基于2维Hénon-cosine-exponent混沌加密的动态双层广义多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法(Dynamic Double-layer Generalized Multi-parameter Weighted Fractional Fourier Transform Secure Communication Method for 2-dimensional Hénon-cosine-exponent Chaotic Encryption,2D-HCE-DDL-GMPWFRFT)。通过向Hénon映射引入余弦和幂指非线性项扰动混沌迭代过程,构建新型2维Hénon-cosine-exponent混沌映射(2-dimensional Hénon-cosine-exponent Chaotic Encryption,2D-HCE),Lyapunov指数、系统分岔图等,验证其优越性。以广义多参数加权分数傅里叶变换(Generalized Multi-parameter Weighted Fractional Fourier Transform,GMPWFRFT)为基础,结合双层WFRFT结构,设计并构造64种双层广义多参数加权分数傅里叶变换(Double-layer Generalized Multi-parameter Weighted Fractional Fourier Transform,DL-GMPWFRFT)。利用2D-HCE混沌序列实施星座幅相加密、随机选取DL-GMPWFRFT变换类型,对星座进行动态变换加密,进而掩盖调制信号样式,并增强系统对参数检测的防御能力。仿真结果表明,新方法加密后星座图呈现类高斯分布,密钥空间大,可达到2²¹⁸,密钥敏感性好,即使非法窃听者密钥与正确密钥有10^-15误差,非法窃听者误比特率仍然在0.4~0.5之间。

采用冷金属过渡电弧增材技术在不同层间温度下(50℃、150℃和250℃)制备高氮钢直壁样件,开展了层间温度与组织和性能的相关性研究。研究结果表明:层间温度对成形质量有显著影响,50℃时成形效果最佳;增材工件主要由奥氏体和铁素体组成,其中铁素体以骨架状和蠕虫状分布在奥氏体基体中;降低层间温度可提高熔池冷却速度,减小树枝晶二次枝晶臂间距,限制氮气泡聚集长大过程,从而降低微米级氮气孔的尺寸和数量,减少氮损失量,低层间温度促进细晶粒生成,提升硬度,而较高层间温度则导致晶粒粗化,降低硬度;拉伸性能方面,低层间温度增强了抗拉强度,而高温则通过第2相析出改善拉伸性能;材料具有各向异性,横向试样的抗拉强度较为优越;断口形貌揭示微孔聚集型断裂模式,其中锰氧化物及氮气孔的存在对增材工件拉伸性能构成不利影响,气孔等缺陷易成为腐蚀起点,氯离子在高氮钢表面促进原电池形成而造成氯离子侵蚀;高氮钢中的固溶氮可抑制溶液pH值降低,促进样本表面快速再钝化,推迟钝态破坏,氮含量随层间温度升高而降低,增材工件耐腐蚀性降低。

等离子体射流在液体工质中扩展时存在影响燃烧过程稳定的正反馈机制,限制了其进一步实际应用化。为探寻等离子体射流在整装式液体工质中的扩展特性,建立等离子体射流与液体工质相互作用的二维轴对称非稳态数学物理模型,并进行模型验证。设计4级渐扩型充液室结构,开展等离子体射流在液体药LP1846模拟工质中扩展特性的数值分析,获得等离子体射流场中压力、速度和温度等特性参数的时空分布规律。研究结果表明:4级渐扩充液室结构可以利用阶梯的诱导作用,增强等离子体射流在充液室径向扩展能力和等离子体射流头部高压高温区径向影响范围,从而控制等离子体射流轴向扩展速度和脉动性;黏度、密度大的液体药LP1846模拟工质,结合渐扩充液室结构可以减缓等离子体射流的轴向扩展速度,可以有效抑制Kelvin-Helmholtz不稳定性和Taylor不稳定性,有利于增强等离子体射流扩展的稳定性;近喷口处由于膨胀-压缩波交替产生导致近场压力、温度存在波动性。

采用分离式霍普金森压杆装置,结合一套新设计的夹具对氧化锆陶瓷进行动态弯曲测试。通过应变片实测信号与有限元模拟结果确定试样的起裂时间,并结合透射信号获得试样的弯曲强度。研究结果表明,试样的起裂时间与透射波的波峰时刻具有良好的匹配性,因此能够用透射波峰值确定弯曲强度。通过实验数据的对比分析验证了试样在加载过程的受力平衡,并通过高速摄影技术验证了试样起裂时间的准确性。实验结果表明:在85.4~239.7TPa/s的加载速率范围内,试样弯曲强度呈现与加载速率正相关的变化趋势,而断裂时间则随加载速率的增加而减小;通过断口分析可知,随着加载速率的提高,氧化锆陶瓷由穿晶与沿晶并存的混合断裂模式转变为以穿晶断裂为主的失效模式。