针对火炮多学科优化设计存在计算量大、收敛慢和易陷入局部最优的问题，提出一种基于自适应径向基函数（RBF）神经网络的结构优化方法。编程计算火炮高低温压力曲线，并对ABAQUS有限元软件二次开发将其加载进有限元模型以获取身管的优化目标值，构建其与设计变量间自适应RBF神经网络模型。引入罚函数法处理约束条件，采用遗传算法在模型中求解寻优。每次优化迭代时利用建立的局部和全局分析模型分别选取更新点，增加样本点来更新神经网络，以提高神经网络的局部和全局预测能力。采用典型函数算例和某火炮身管结构多目标优化，实例验证了所提出优化策略的有效性。研究结果表明：身管优化后质量减小了6.63%，结构刚度提高了5.60%，最大等效应力减小了6.34%；与仅使用遗传算法相比，该方法所需的有限元模型调用次数降低了86.5%，运行时间减少了83.3%，为火炮结构设计和优化提供了参考。

为了获得良好的混合气，保证燃烧室形状、喷雾特性及缸内气体流动之间有良好的匹配，针对对置活塞二冲程柴油机燃烧室的喷雾特性，使用纹影法结合图像处理技术分析了喷油器布置方案、喷射压力、定容弹弹体压力和喷油持续期对油束贯穿距离及喷雾空间扩散率的影响。研究结果表明：在喷射压力75 MPa、弹体压力2 MPa、喷油持续期1.5 ms的工况下，双喷油器布置方案与单喷油器布置方案相比，空间扩散率更高，更有利于燃油的雾化；喷射压力的提高有利于燃油在空间的扩散，但近壁区内分布的燃油会随着喷射压力的提高而增加，造成“湿壁”现象；弹体压力过小会使油雾在壁面附近形成浓混合气区域，过大的弹体压力又会使燃油更多集中在中心区域；随着喷油持续期的增加，油束贯穿距离和空间扩散率的增加越来越不明显。

针对火炮模块药输送伺服系统传动过程中存在参数时变和抖振等问题，设计了一种带有积分滑模函数的自适应模糊滑模控制器。采用自适应方法对系统时变参数进行估计，减小不确定部分对控制系统的影响。引入新型饱和函数代替传统切换函数，保证整个切换过程连续、平滑过渡；采用模糊自适应算法对切换系数在线调整，提高系统的鲁棒性能，进一步抑制切换过程中的抖振。实验结果表明，火炮模块药输送伺服系统在空载、半载和满载3种情况下均具有良好的位置跟踪性能，满足性能指标要求，提出的自适应模糊滑模控制算法能够克服负载变化对系统控制精度的影响。

为减少转管炮身管寿命试验的用弹量，研究用非满管代替满管进行转管炮身管寿命试验的技术。建立炮口振动位移计算方程，利用高阶傅里叶级数拟合炮膛合力，获得炮膛合力的频域函数；利用模态实验获得了转管炮的模态参数，构建转管炮起落部分的频响函数；利用频响函数计算了转管炮在满管射击、非满管射击方式下的炮口振动位移。以满管射击、非满管射击方式下炮口振动位移的一致性为原则，确定身管寿命试验方案。通过试验验证了满管射击、满非管射击方式下的身管寿命试验结果具有一致性，从而获得用弹量较少的身管寿命试验方法，节省了试验的弹药消耗。

为了大幅度降低身管武器发射时的后坐力并使弹丸的初速基本保持不变，提出并设计了新型时延式喷管气流反推减后坐装置。通过适当延迟打开身管导气孔的时间，使膛内压力延时下降，从而使弹丸的初速近似保持不变；推导了新的变质量内弹道方程和变质量后效期气体运动方程，该组方程考虑了膛内火药气体与导气装置以及喷管气流反推装置的质量和能量输送；建立了时延式喷管气流反推减后坐装置数学模型并进行了仿真分析，得出了时延式喷管气流反推减后坐装置的某些结构参数对武器减后坐性能的影响规律。仿真结果表明：时延式喷管气流反推减后坐装置能够提供足够大的反后坐冲量，在有效降低身管武器发射后坐力的同时对初速的影响较小。

针对钽材料在多模战斗部中的应用问题，开展爆轰驱动钽药型罩形成双模毁伤元可行性研究。利用霍普金森压杆试验测试钽材料动力学性能，采用LS-DYNA有限元软件仿真研究钽药型罩结构参数（锥角、曲率半径、壁厚）对双模毁伤元(爆炸成型弹丸和聚能杆式侵彻体)成型的影响规律，找出了双模毁伤元成型较好的参数取值范围：锥角140°~150°，圆弧半径0.45~0.55倍装药口径，壁厚0.02~0.024倍装药口径；结合正交设计确定了钽药型罩战斗部最佳结构参数组合，并进行了X光成像试验。研究结果表明：成像试验结果与仿真结果吻合较好，误差均控制在15%之内；与紫铜药型罩相比，钽爆炸成型弹丸毁伤元实际侵彻深度提高55.4%，验证了钽适宜作为多模战斗部的药型罩材料。

为研究动摩擦系数对于成型炸药摩擦点火的影响，利用自行设计的基于落锤的摩擦测试系统，以8701压装成型炸药为研究对象，研究了不同压力环境下成型炸药与45号钢之间的动摩擦系数。试验结果表明，当界面压力由1 MPa升高到10 MPa时，动摩擦系数将由0.28降低至0.10，说明动摩擦系数具有压力相关性。基于试验结果，提出了该炸药的摩擦系数计算模型。通过LS-DYNA二次开发，添加了试验所得摩擦系数计算模型，对8701炸药滑道试验进行了摩擦点火热力化耦合数值模拟。计算结果表明，修正的摩擦系数计算模型会延长炸药点火延迟时间，提高临界点火速度和临界点火温度，也说明考虑了压力相关性的摩擦系数计算模型对于研究成型炸药的摩擦点火问题有重要意义。

针对高应变率下金属柱壳动态变形及断裂响应问题，以50SiMnVB钢和40CrMnSiB钢壳体材料为研究对象，应用超高速摄影技术以及Autodyn数值模拟软件研究了壳体在高应变率下的动态变形过程。获得了壳体外壁自由面径向位移以及速度变化规律，并对回收所得破片的尺度分布规律以及断裂特性进行了分析。结果表明：壳体内部裂纹贯穿整个壁厚发生在20~25 μs之间；40CrMnSiB钢壳体达到的稳定速度比50SiMnVB钢壳体提高了8.1%；试验回收所得壳体环向方向断裂形成的破片宽度变化呈正态分布，且40CrMnSiB钢壳体形成的破片质量在0.1 g以上数目比50SiMnVB钢壳体增加了49%，破碎程度更加严重。

为研究中性聚合物键合剂（NPBA）与奥克托今（HMX）键合作用的实质，进行NPBA的分子设计，采用分子动力学模拟方法研究了NPBA与HMX的界面作用。在此基础上，用动态接触角测量仪和表面-界面张力仪测试NPBA与HMX的粘附功和界面张力，在硝酸酯增塑聚醚推进剂中考察了NPBA的应用效果。研究结果表明：3种NPBA与HMX界面分子间存在范德华力和氢键作用力；在NPBA分子上用—COOCH₂CH₂OH基团取代—COOCH₃基团，或增加—CN基团数量，整体上增强了NPBA与HMX晶体的界面作用力，提高了推进剂的强度。

针对空空导弹具有攻击空中目标和地面目标双任务的发展趋势，为满足导弹空地一体化综合作战模式需要，设计了一种适应双任务空空导弹作战需要的攻击导引律。在三维比例导引律的基础上，根据导弹和目标状态信息，利用遗传算法求解最优模糊控制规则；利用模糊控制来控制导引律在空间三轴的比例系数分量，从而建立了一种适应空地一体化攻击模式的导引律；通过仿真实验对空地一体化攻击导引律和传统三维比例导引律进行了对比。仿真结果表明：所设计的导引律能兼顾双任务攻击方式，且在对地面目标打击时具有更大的命中落角，更加适应空地一体化攻击作战模式。

为研究双层介质隔板下被发炸药的冲击起爆特性，建立了考虑侧向稀疏波影响的被发炸药冲击波能量计算模型，并开展锰铜压阻传感器测压试验。获得了由有机玻璃与LY-12铝合金组合的双层介质隔板排序（两种不同波阻抗顺序）、总厚度h（30~60 mm）与厚度分配（有机玻璃厚度比例10%~90%）对透射到被发炸药中冲击波各参量的影响规律，试验验证了被发炸药透射冲击波压力及其冲击起爆情况。研究结果表明：选取波阻抗递增的排序时透射冲击波能量较低，对炸药的安全性更有利；随着总厚度的增加，透射冲击波能量逐渐降低，且下降幅度逐渐减小；透射冲击波能量随厚度分配的变化规律与总厚度有关，随着有机玻璃厚度比例的增加，透射冲击波能量呈不断递增（h=30 mm）、先递增再递减（h为40~60 mm）的趋势。

为提高多传感器空间配准的精度和稳定性，以最小二乘空间配准算法为基础，分析多传感器空间配准病态性产生的原因，指出系统误差估计Fisher信息矩阵的病态性是影响空间配准质量的主要因素。运用条件指标对病态性程度进行评价，并根据信息矩阵的奇异值呈阶梯型分布特点，提出一种混合的奇异值修正稳健估计算法。该算法通过只对较小的条件指标进行修正，实现对系统误差观测方程中不确定成分的有效抑制和确定成分的保留，能较好解决多传感器空间配准系统误差实时估计问题；通过两种不同场景下的系统误差估计结果证明，该算法的使用可显著地提高系统误差参数估计的精度和稳定性。

为研究超空泡航行体在水平面机动转弯过程中的弹道特性，采用航行体头部设置预置舵角方法实现，开展了0°、3°和6°预置舵角下航行体自由运动的试验研究。试验在水池中进行，采用高速摄影观察不同预置舵角下的空泡演化过程，采用内测装置测量航行体运动参数，获得了不同预置舵角下超空泡航行体水平运动过程中的弹道特性。试验结果表明：当预置舵角为0°时，航行体侧向力由于非定常因素扰动小幅波动，但均值基本为0；当存在预置舵角时，随着预置舵角的增大，轴向力和侧向力不断增加；预置舵角可以控制超空泡航行体的弹道水平机动转弯，且预置舵角越大、弹道越容易转弯，但舵角过大会导致航行体弹道失稳。

为解决测量和环境噪声导致的超空泡航行体在变深运动中的失稳问题，提出一种基于混合扩展卡尔曼滤波算法的控制方法。进行水洞实验获取超空泡航行体模型在控制过程中的测量和环境噪声，采用这些数据改进了超空泡航行体的纵向运动数学模型；基于混合扩展卡尔曼滤波算法改进了超空泡航行体变深运动控制器。仿真结果表明，混合扩展卡尔曼滤波算法能够有效地提高超空泡航行体变深运动的稳定性。

作为商业有限元电磁分析软件的替代，基于磁矩量法、多层自适应交叉近似法和GPU并行计算技术的舰船磁场分析软件MagShip已成功用于舰船磁特征仿真建模。但对舰载消磁线圈磁特征进行数值分析时，需要对临近舰载消磁线圈的船体结构精细划分网格单元。MagShip软件用于这种大规模磁场建模问题时，会存在计算结果不稳定或失真。为了解决这个问题，对MagShip软件进行了改进，使其适合用于舰载消磁线圈磁场特征建模，采取的改进措施包括：采用场单元上的耦合系数多点平均值作为相互临近单元的耦合系数；对临近消磁电缆的铁磁区域进行剖分单元加密；将消磁电缆作用在其临近单元上的磁化磁场多点平均值作为磁化磁场有效值。采用改进后的MagShip软件对于薄铁磁球壳内部和外部线圈、典型舰载消磁线圈等典型算例进行了磁特征建模分析，并与商业有限元软件COMSOL Multiphysics的计算结果进行了对比，发现二者差别约为1%. 表明所提方法是有效的，能够用于舰载消磁线圈磁特征建模仿真的实用化。

18Cr2Ni4WA钢以其韧性好和强度高的特点，广泛使用于螺旋伞齿轮等重载齿轮的生产与制造。磨齿作为齿轮加工的最后工序，磨削区域较高温度场容易引起磨削烧伤发生，使加工表面质量和疲劳寿命难以保证。针对齿轮钢18Cr2Ni4WA磨削烧伤问题，设计SG砂轮磨削实验，研究其发生磨削烧伤时表面形貌、显微硬度的变化规律，并通过有限元仿真预测烧伤层深。研究结果表明：当砂轮速度为20.3 m/s、工件速度为0.03 m/s、磨削深度大于0.05 mm时工件发生磨削烧伤，随着磨削深度的增加，烧伤程度加重，磨削表面氧化层颜色由淡黄色转为褐色最后呈现青色，表面形貌由纹理清晰转为涂覆；工件产生回火烧伤时，产生硬度较低的回火索氏体；烧伤层深的仿真模拟值与实验测量值基本吻合，验证了有限元仿真对磨削烧伤预测的可行性。

为研究椭圆振动车削表面三维几何形貌形成规律及影响因素，采用金属切削理论对椭圆振动切削过程和三维切削模型进行了分析。研究结果发现：切削过程中相邻两转之间不同的相位差特征值对最终表面形貌有着重要的影响；通过已有的试验结果表明，相位差特征值分别为0和0.5时所形成的表面形貌截然不同，与理论分析结果相吻合。

磨粒流抛光作为一项精密加工技术，其抛光温度对工件质量的影响在宏观尺度和微观尺度上已有较多的研究，而在介观尺度内的模拟仍很少涉及。通过构建以原子团簇为主的磨粒，在介观尺度下以耗散粒子动力学的方法研究不同温度下磨粒对发动机喷油嘴内表面的碰撞磨损行为。研究结果表明：温度越高，磨粒流抛光质量越好，在抛光温度为300~310 K区域内可获得最佳的磨粒流抛光质量,但抛光温度高于310 K后，磨粒流抛光质量有所下降；磨粒流抛光试验与数值分析的结果一致，磨粒流抛光技术可有效实现对细小孔结构的抛光，并可有效提高抛光精度和表面质量。

装备保障体系结构对体系的效能与适应性等起决定作用，演化模型是构建装备保障体系结构的一项关键技术。针对装备保障体系中实体的异质性和保障任务需求影响体系演化的问题，提出一种改进的基于多元加权网络的装备保障体系演化模型。分析装备保障体系的网络特性，引入复杂网络理论构建装备保障体系初始加权网络模型，并提出网络评价指标，在此基础上提出网络演化规则与改进演化模型。在加权网络模型中，将保障任务需求抽象为网络节点之一，通过四元组刻画其不确定性，并用适应度指标将其与体系结构联系起来；通过节点类型、保障能力等刻画保障实体的异质性，并作为演化过程的主要因素。仿真实验结果表明：所提模型能够确定保障任务对演化过程的影响，并可改善体系结构对任务的适应性，且可在一定范围内增强体系效能。

目前行人导航技术正发挥着越来越重要的作用，而无全球导航卫星系统（GNSS）环境下的行人导航定位成为其不可或缺的环节。以自包含传感器为硬件平台，针对无GNSS环境下的行人自主导航定位展开研究，提出一种基于“2+2”分级模式的零速判别方法，并设计一种惯性导航系统的零速修正卡尔曼滤波算法，有效提高同一参数阈值下零速判别的准确性与可靠性、抑制传感器误差发散；研究行人初始静态下磁航向误差观测算法及行人运动状态下的零速航向误差自观测算法，解决了行人长时间行走航向发散问题；提出基于多层约束和K近邻算法的地磁匹配算法，并实现基于零速修正/航向误差自观测的行人导航算法与地磁匹配算法的融合，提高了行人导航定位精度与可靠性。实际数据测试验证，所提基于零速修正/航向误差自观测/地磁匹配的行人导航算法可有效提高定位精度79%以上。

针对传统兴趣点检测算法在准确性和效率方面的不足，提出基于膨胀运算的移动对象兴趣点检测方法（DMDO）。通过矩阵二值化操作滤除停留点噪声，提高预测准确率，并用膨胀运算替代传统方法中的聚类算法提高算法效率。将DMDO在开放空间数据集AMSA和IMIS3Days上进行仿真实验，结果表明：DMDO相比基于密度的空间聚类算法，在数据集AMSA上准确率平均提高17.94%，算法效率提高6.63倍；在数据集IMIS3Days上准确率平均提高19.98%，算法效率提高9.13倍；相比以聚类点排序结果确定聚类结构算法，DMDO在数据集AMSA上准确率平均提高20.04%，算法效率提高14.61倍；在数据集IMIS3Days上准确率平均提高16.60%，算法效率提高42.19倍；DMDO相比传统方法均表现出较高的预测准确性、较低的时间开销，适用于解决大数据背景下的移动对象兴趣点检测问题。

为提高自主研发的大型机组轴系激光对中仪的对中精度，减少由位置检测单元（PSD）受杂散光干扰引起的误差，提出一种基于互相关算法的微弱信号提取方法。建立基于互相关算法的数学模型，并设计模拟电路，实现了大型机组轴系激光对中仪的位置误差补偿；搭建实验测试系统获取PSD坐标数据，使用二维精密微位移平台进行重复性实验验证，对测量数据进行分析。实验结果表明，该方法可以在自然光照条件下保证设备的精度，分辨力在0.005 mm内，可以有效地提高大型机组轴系激光对中仪对外界噪声的抗干扰性能。

满足引信用小型振动压电发电机气流致振发电要求，解决稳定激振力的问题，控制结构敏感参数是一种有效方法。通过模拟吹风实验，分析气流致声激振机构的相关结构参数对激振力的影响规律。结果表明，不同共振腔长度对应的激振力幅值与入流速度近似呈现线性增大趋势，且长度越大其斜率越小，反之亦然，喷口到共振腔的间距和喷口环隙对激振力幅值的影响较复杂，过大或过小都会使得激振力幅值较小甚至没有波形产生；共振腔长度是影响激振力频率的主要因数，频率随长度的增大而变小，呈现反比关系，喷口到共振腔的间距和喷口环隙对频率的影响较小。因此，对于高速气流，短共振腔可以获得较大幅值的高频稳定激振力，以及需合理控制喷口到共振腔的间距和喷口环隙使得激振力幅值较大。

针对在未知杂波和检测概率的跟踪环境中标准的标签多伯努利（LMB）算法跟踪精度较低、粒子覆盖集过大致使复杂度较高的问题，引入区间分析技术，提出基于箱粒子滤波的鲁棒LMB跟踪算法。建立目标增广空间模型，基于箱粒子滤波方法，推导出有杂波状态标签和LMB元素标签的预测、更新方程，并用多目标箱粒子LMB滤波递推估计目标状态。仿真结果表明，当杂波和检测概率先验未知，与现有非标签、非鲁棒算法相比，所提算法可实现在低检测概率和高杂波强度环境下对目标的稳定跟踪，同时大幅度提高算法的运行效率。

高压共轨喷油器的针阀运动规律直接决定了喷油规律和雾化效果，决定针阀运动规律的因素对改进喷油器结构以及提升雾化效果有着重要意义。自行搭建了高压共轨喷油器仿真模型；该计算模型对喷油器的控制油路中进出油节流孔和球阀区域处，有空化和无空化两个阶段的流量系数进行了优化；结合喷油器的理论分析与试验验证，研究了喷油器针阀的运动规律。结果表明：针阀开启过程分为2个阶段，第1阶段开启缓慢，第2阶段开启迅速，针阀关闭过程只有1个阶段；导致针阀开启过程出现2个阶段是由于喷油器控制室内泄油过程的节流位置由球阀开启处转到了回油节流孔；针阀关闭过程为1个阶段是由于球阀与阀座形成的间隙对控制室内回油过程起主要节流作用；轨压主要对针阀开启第2阶段有影响，而对针阀开启第1阶段与关闭阶段影响很小；随着轨压的升高，针阀开启第2阶段开启速度加快，当轨压达到一定值时，针阀开启第2阶段不再变化。

利用自制的杆端关节轴承摩擦磨损试验机，分别对碳纤维改性尼龙衬垫轴承以及聚四氟烯（PTFE）和碳纤维混合改性尼龙衬垫杆端关节轴承的摩擦因数、磨损量随接触应力的变化规律进行了分析，并采用扫描电子显微镜、能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪对两种轴承衬垫材料的磨损形貌和磨损机理进行了研究。结果表明：PTFE和碳纤维混合改性尼龙衬垫轴承的摩擦学性能较好，耐磨性得到显著提高；PTFE和碳纤维混合改性尼龙的轴承衬垫发生了轻微的磨粒磨损和粘着磨损，而碳纤维改性尼龙轴承的衬垫则发生了较为严重的粘着磨损和磨粒磨损。