针对模拟和再现爆炸冲击试验的三维场景可视化需求,基于虚拟仿真技术,结合爆炸场相关计算模型,搭建了一个用于研究和预测爆炸冲击波对目标的毁伤过程及毁伤效应的虚拟仿真系统。系统采用分层架构,涵盖场景管理、交互设计、威力表征与可视化仿真等层级,支持爆炸参数灵活配置、目标模型动态加载及多视角交互分析,能够适应不同类型和规模的爆炸场景。此外,基于Niagara粒子系统与物理引擎实时渲染技术,系统精准表征了火焰、烟雾、冲击波传播及目标毁伤效果如混凝土破碎、车辆结构变形等,并通过动态烟雾浓度调节功能优化观测清晰度。仿真系统以高度逼真的图形界面观察爆炸冲击的动态过程及物理现象,并支持用户在三维场景中的多视角及可缩放观察,从而提升研究的直观性和理解深度,大幅减少了实际试验的时间和成本,提供了一种安全、可靠且经济的研究手段。

微生物诱导碳酸钙沉积(Microbially Induced Calcite Precipitation,MICP)技术对岛礁工事钙质砂基层的原位建造固化效果显著,MICP固化钙质砂的动态力学特性与仿真模型是岛礁防护设计与毁伤评估的重要基础。对南海钙质砂开展MICP胶结试验,通过准静态单轴压缩、霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)动态力学试验获得MICP固化钙质砂的应变率效应,基于微平面模型M7二次开发材料子程序VUMAT,标定其材料参数;对比钙质砂侵彻试验,数值模拟研究MICP固化对钙质砂抗侵彻性能的增益。研究结果表明:MICP固化钙质砂试样的单轴抗压强度为12.31MPa,SHPB的应变率为426s^-1、1150s^-1、1712s^-1时,抗压强度的动态强度放大因子分别为1.117、1.485和1.828;应变率效应对M7本构模型仿真侵彻深度影响约4.2%;相比钙质砂侵彻响应,MICP固化钙质砂的侵彻深度减小40.11%,靶体静态阻力项均值从5.21MPa提高到11.89MPa,抗侵彻性能大幅度提升。研究结果可为强冲击载荷下岛礁工事的毁伤分析提供实验数据与仿真模型参考。

为清晰阐明钝性弹道冲击下人体头部的受损机理,基于THUMS(Total Human Model for Safety)模型,通过材料参数优化、比例缩放及流固耦合方法,构建符合中国50百分位成年男性头部特征的有限元模型。以LS-DYNA(Livermore Software Technology Corporation's Dynamic Analyzer)软件为仿真平台,采用任意拉格朗日-欧拉算法定义脑脊液流体特性,优化颅骨与脑组织的弹塑性材料参数,并通过网格变形技术实现头部尺寸与解剖结构的本土化适配。选取前额、顶壁、枕部及后窝等典型易损区,对比Nahum尸体实验及THUMS模型数据,验证模型的生物力学响应。研究结果表明:改进模型在易损区域的颅内压峰值分别为150kPa、75kPa、53kPa及69kPa,与实验数据误差为4%~10%,且动态响应曲线形态一致;脑组织最大von Mises应力(29.5kPa)与颅骨主应力(18.7kPa)均接近Marjoux和Yoganandan仿真实验阈值,证实模型可有效预测颅脑损伤风险。结合北约AEP-103标准评估表明,典型冲击下前额颅内压峰值达511.1kPa,远超颅骨骨折阈值(150kPa),凸显现有防护装备的优化需求。该模型应用性强,可为钝性弹道冲击下的头部损伤评估与安全防护提供方法参照和理论支撑。

两栖车辆是一种能够在水陆两种环境中行驶的机动平台,在军事和民用领域都具有重要的应用价值和发展潜力。回顾了水陆两栖车辆的发展历程,对比分析了不同类型的两栖车辆的特点和发展趋势,从建模与仿真、高速两栖车辆设计、航行控制3个方面阐述了两栖车辆水上航行研究中的关键技术,结合水上无人技术的研究进展,探讨了两栖车辆实现水上航行无人化的难点和挑战,并对两栖车辆的未来研究方向进行了展望。

针对无人机目标检测面临目标尺度极端变化、小目标高密度遮挡及复杂背景干扰等挑战，提出基于改进YOLOv10的无人机航拍小目标检测的跨层动态检测网络。通过设计双分支跨层特征融合金字塔网络替换原金字塔网络结构，解决传统方法对小目标细节保留不足的问题；设计通道混洗深度上采样模块，将通道混洗操作与深度可分离卷积结合，通过高频残差增强小目标边缘特征；采用端到端动态检测头替代原有的检测头，引入动态加权机制，使得每个位置的特征表示能够根据上下文信息自适应调整。实验结表明：所提检测网络在VisDrone2019验证集上的mAP0.5和mAP0.5：0.95分别达到53.3 %和33.2%，较YOLOv10s分别提升了12.7%和9%，模型参数量减少了23.7%，FPS达到79。所提算法在保证良好的推理速度上显著提高了检测精度，具有较大的实用意义。

为研究含能材料受激发后的能量释放特性并确保试验的安全性,设计了1kg TNT当量双层非对称圆柱形爆炸防护装置。通过结构设计、LS-DYNA有限元软件仿真分析和1kg TNT全当量爆轰动态响应试验,对比理论预测、实验数据及仿真结果,评估了该爆炸防护装置的安全性。仿真分析与试验结果显示:1kg TNT当量双层非对称圆柱形爆炸防护装置结构设计合理,安全系数具有较大裕度;1kg TNT全当量爆轰动态响应试验中,实测典型位置外壁面应变对应应力低于防护装置壳体材料屈服强度,实测典型位置内壁面反射超压峰值在经验公式计算值范围内,防护装置抗爆强度满足试验要求。该设计、分析和实验方法可为类似爆炸防护装置的设计与验证提供有益参考。

为研究受横向扰动下聚能射流侵彻威力的变化规律,建立聚能射流动态侵彻的有限元模型,分析由静态向动态条件的射流侵彻过程的演化过程。基于虚拟原点理论和量纲分析方法,引入虚拟源在量纲分析模型中对射流进行表征。建立考虑横向扰动、射流和靶板强度的射流动态侵彻深度的工程化预测模型。设计并开展基于火箭滑车的射流动态侵彻试验,对数值模拟及预测模型进行验证。研究结果表明,射流动态侵彻深度随靶板横向扰动的增加呈指数型下降;数值模拟、预测模型及试验结果之间吻合较好,预测模型和数值模拟均具备一定的准确性和有效性,新建立的预测模型能够描述横向扰动对聚能射流侵彻威力的影响,为评价成型装药动态毁伤威力提供依据和参考。

武警部队遂行任务的复杂特性使得对轻武器打击效果的精准可控提出了更高要求。聚焦智能非致命电磁恒量动能打击武器系统的设计与关键技术研究，通过整合人工智能、电磁发射与恒量动能打击理论，构建“人枪结合”的精准打击模式，以实现非致命动能输出的动态可控。梳理国内外智能枪械的发展现状，分析武器系统的设计必要性及智能化内涵，提出以“感知-决策-执行”为架构的层级框架和工作机理，并深入剖析瞄准线稳定、基于终点能量阈值的弹道解算、电磁发射控制等关键技术。针对武器系统对复杂任务的适应性需求，给出武器系统的未来发展方向和潜在矛盾，期望从理论研究走向实战运用，真正为武警部队装备升级与作战效能提升提供有效支撑。

混合工艺作为固体推进剂制备的重要工序,一般是指将Al、AP、RDX等颗粒相加入到高分子黏合剂基体中,经机械捏合、搅拌使黏合剂浆料涂敷在固体粒子表面的过程。基于Mixture固-气-液多相流模型,进行固体颗粒相加注混合釜中的扩散伴随桨叶动态捏合过程的数值仿真研究。开展不同固含量(0%~95%)药浆的动态流变测量实验,构建了药浆流变模型;考虑颗粒浓度动态变化对局部流变特性影响,开展了不同颗粒加注流量的混合动态过程仿真。分析不同工况条件下颗粒浓度、压力场和扭矩随时间的变化规律。实验结果表明:建立的数值仿真方法与文献实验结果对比,平均误差在15%内,具有良好的一致性;混合过程中近、远桨叶叶尖处的挤压力最大,而叶中部存在低压区;混合过程中,桨叶扭矩呈锯齿状波动变化,随着颗粒相的加注,扭矩逐渐增大;固体颗粒相加注流量小幅增大时,扭矩变化较小;加注流量大幅增大时,扭矩增幅可达90%。连续加料混合过程中远心桨的扭矩值持续上升,最终平均值可达初始阶段的19倍。所得成果可为固体推进剂的混合工艺效率提升和安全性研究提供参考。

含能高熵合金在作为活性破片材料以提升武器弹药的穿燃毁伤效应中具有潜力,而其毁伤效应和机理亟待研究。为了研究含能高熵合金的毁伤效果和爆燃过程中的碎片云特性,利用二级轻气炮装置开展了不同速度下TiZrHfTa_0.5高熵合金对间隔铝靶的毁伤实验,通过高速摄像拍摄穿孔爆燃行为,对靶后碎片云的形成过程进行了理论分析和光滑粒子流体动力学数值模拟分析。研究结果表明, 含能高熵合金在超过临界速度后发生剧烈释能爆燃,随着侵彻速度的增加,迎弹靶扩孔直径增大,后效靶贯穿面积与毁伤面积增大。这是由于碎片云的碎片数量随着速度增加而急剧增多,速度梯度增大,极大促进含能特性的释放,毁伤效果增强。理论分析结合实验结果给出了修正的穿孔直径经验公式。分析碎片尺寸得出,碎片的细化更有利于化学能和动能的综合作用,毁伤效果更佳。

陶瓷/纤维防弹板广泛应用于单兵防护装备,研究其抗多发冲击性能对于减少士兵伤亡有重要意义。以Al₂O₃/超高分子量聚乙烯拼接防弹板为研究对象,针对弹着点不同位置开展了数值模拟,并与实验结果进行对比分析,验证数值模拟结果的可靠性。基于陶瓷和纤维破坏结果得出防弹板吸能与损伤特征的关系,有效计算下一次冲击的穿透概率。研究结果表明:第1发弹着点位于陶瓷片中心、两片接缝或四角拼接时,防弹板的破坏模式大致相同,接缝处陶瓷层抗冲击性能降低;第1发弹着点位于陶瓷片中心时,第2发子弹在两片接缝处穿透防弹板;随着两发弹着点距离越近陶瓷层吸收的能量越少,纤维层吸收能量越多;两发弹着点位于平行相隔和对角相隔时,中间陶瓷片未产生宏观破坏;当第1发弹着点位于陶瓷片中心时,第2次冲击的穿透概率为1.04%;当前第1发弹着点位于陶瓷片中心时,第2次冲击分别位于水平相邻中心、四角拼接、对角相邻中心时,第3次冲击防弹板穿透概率分别为5.45%、7.35%、5.05%;该方法可快速评估受损装备的抗多发侵彻能。

针对现代战场对迫弹类目标外弹道轨迹及落点的快速精准预测需求,提出基于Transformer-长短期记忆(Transformer-Long Short-Term Memory,Transformer-LSTM)混合神经网络的迫弹外弹道预测方法。利用Transformer网络提取T~T+K时刻迫弹速度与三维坐标的内在联合特征,LSTM网络将该时间序列特征作为输入,映射出T+K+1时刻的三维坐标信息。为优化网络模型,研究并分析不同滑动窗口步长对外弹道预测模型收敛性能的影响。将所提混合网络与门控循环神经网络、Transformer-LSTM分别进行单步、多步和落点预测的对比分析。实验结果表明:新的混合网络对外弹道三维坐标的预测精度分别可达99.78%、99.72%、99.81%,均优于其他2个网络;新的混合网络的外弹道单步预测耗时仅为1.2ms,大幅度提升了预测精度与效率。新方法可实现精确且快速的外弹道及落点预测,为迫弹拦截任务提供更多的响应时间。

飞行器气动布局设计一直以来遵从着经验驱动的设计理念,基准外形的气动性能往往已经决定并限制了形状优化设计所带来的气动性能的提升。这种传统的设计理念无法得到颠覆性的气动布局形式。近年来,随着气动拓扑设计概念的兴起,气动拓扑设计方法得到重视并有望应用于未来飞行器新概念气动布局设计。以气动拓扑设计方法为主线,从气动拓扑表征方法和优化算法论述了发展历程,分析了现有方法在飞行器新概念气动布局设计的应用研究典型案例。首先,梳理了气动拓扑设计方法的发展历史;其次,综述了气动拓扑在飞行器新概念布局设计的应用研究进展;接着,总结了气动拓扑设计方法面临的挑战与难题,一个是气动拓扑优化处理高速可压缩湍流存在困难,另一个是飞行器流动拓扑流固界面光滑性不足;最后,展望了相关研究在未来的发展方向。

在战场上的不确定区域、敌对环境和禁入地区等复杂地域环境中进行遇险人员搜救面临着效率低、定位准确性差等诸多困难，如何利用无人机等新兴装备提高遇险人员搜救效率成为国内外研究的热点。设计了一套由3架多旋翼无人机构成的搜寻定位无人机微型集群系统，该系统主要利用四旋翼无人机、光电搜寻载荷、宽带自组网电台和无人机地面站等设备，通过单无人机、多机协同等方式实现昼夜搜寻和协同控制。该系统对无人机小型化设计使操作人员易于背包携行，便于前出侦察以确定伤员位置信息与伤势情况；系统可对遇险人员进行精确定位，具有地形环境限制小、区域搜寻效率高的优势；无人机可实现多架无人平台间的多模式组网通信，同时地面控制站具备任务规划、对多架无人机进行任务航线设定、控制无人机进行编队飞行等功能，能够通过多机协同提升战场搜救效率。

茫茫大洋上，部分岛礁分布分散，彼此间距较远。传统能源发电方式面临供电保障困难、运维成本高昂等突出难题。为充分开发海洋可再生能源，构建可持续的海上能源供应体系，海上风力发电技术正逐步成为解决远海岛礁供电难题的战略选择。永磁游标电机(Permanent Magnet Vernier Motor，PMVM)作为一种基于先进磁场调制理论的新型电磁能量转换装置，凭借其低速大转矩的优异特性，在船舶推进和海上风电等领域展现出独特优势，尤其适合作为远海岛礁微电网的核心发电单元。针对切向励磁PMVM，创新性构建了多节点磁路解析模型体系。通过严谨的数学建模，获得了该结构下气隙磁场的精确解析解，并基于磁场调制理论及机电能量转换原理，系统化地建立了气隙磁场、空载反电势、电磁转矩及电枢电感等核心电磁参数与电机几何尺寸的量化关系。在考虑双边开槽效应的情况下，核心电气参数的误差控制在了2%以内。特别地，采用直流电流衰减法实现了电机电感参数的高精度实验标定，解析模型预测值与实测数据误差控制在3%以内，充分验证了理论模型的有效性。该研究为切向励磁结构PMVM的快速设计优化提供了完整的理论分析框架与工程实践指导，研究通过有限元仿真和样机实验的对比验证，证实了解析模型的准确性和工程适用性。

针对国内缺乏基于实验伤道的数字人破片伤计算方法及模型系统化研究的需求,提出了实验伤道数字人破片伤模型构建方法,构建了高精度人体几何模型,通过开展破片侵彻生物组织试验及数值仿真研究获得了破片侵彻人体组织的实验伤道计算模型,明确了破片侵彻组织器官深度及孔径与人员损伤的量化判据,基于Qt平台和OpenGL技术开发了数字人破片伤计算软件,开展了单破片命中确定部位和单破片不同角度命中人体两种典型算例研究。系统地提出数字人破片伤计算方法并构建了高精度模型软件,可为战场人员破片伤损伤评估、杀爆类战斗部打击下减员预测以及人员损伤防护提供科学支撑。

活性内芯侵爆结构作用多层目标展现独特的自分布爆燃释能、力化耦合时空穿爆特性,在靶后空间形成多峰值、长持续爆燃反应超压,爆燃反应演化行为与靶后超压形成机理复杂。针对这种独特的释能行为,开展不同速度侵爆结构侵彻间隔结构靶试验,建立描述活性内芯靶后空间爆燃行为的等效爆燃点模型与活性材料爆燃超压模型,揭示侵爆结构侵彻多层间隔靶后自由场超压特性形成机理。研究结果表明:侵爆结构以594~819m/s碰撞结构靶,产生对应范围为2.54~3.92GPa的碰撞应力,均在第3层靶板出现最大超压峰值,超压峰值随着碰撞速度的增加从0.0607MPa增加至0.246MPa;依据等效爆燃点模型,侵爆结构在靶后20.73mm距离内发生剧烈爆燃反应;侵爆结构头部厚度、碰撞速度、靶板厚度等参数通过影响有效激活芯体质量耦合影响爆燃超压峰值。通过对比试验数据与拟合模型,验证了活性材料爆燃超压模型的准确性,可为侵爆结构后效毁伤研究提供支撑。

针对无人机航拍车辆目标检测中存在的多光谱特征失配、复杂场景干扰以及检测精度不足等问题，提出一种基于YOLOv10的多特征空间联合优化网络——多尺度门控融合网络（Multi-Scale Gated Fusion Network，MSGF-Net）。该网络通过双流特征提取并在主干引入门控局部-全局融合模块，实现可见光与红外特征在多特征空间中的有效交互与联合优化，缓解特征失配带来的影响并增强特征表达。在特征金字塔网络后，引入跨模态嵌入模块，逐像素加权融合多特征空间信息，进一步提升不同光谱特征间的互补性。在公开数据集DroneVehicle上的实验结果表明：MSGF-Net的mAP_0.5和mAP_0.5：0.95分别达到83.4%和63.9%，相较于单通道模型YOLOv10n有显著提升，且相比于C²Former和TSDADet等代表性的多模态融合算法提升超过9个百分点，结果有力地证明了模型在低光、雾天、遮挡等复杂场景下检测具有更优的鲁棒性和准确性。

为了解决现有拼接式陶瓷防弹插板陶瓷片之间缺乏结构协同、对冲击能量耗散差等问题,设计一种基于铁定甲虫骨质结构的仿生拓扑互锁构型陶瓷拼接方案,开展其在枪弹冲击下对人体的防护性能数值模拟研究。基于生物材料的微观结构和工程结构中的拓扑互锁原理,设计仿铁定甲虫骨质结构的异型防弹插板陶瓷面板。基于3D-DIC试验验证仿真模型的准确性,开展DBP 10式5.8mm步枪弹侵彻正方形、六边形和仿生拓扑互锁构型陶瓷拼接防弹插板的数值模拟,发现仿生拓扑互锁构型陶瓷块能有效地让周围陶瓷参与到对冲击能量的耗散中,仿生拓扑互锁构型陶瓷防弹插板受到侵彻后的背面鼓包高度比六边形陶瓷防弹插板减少约8%。设计基于仿生拓扑互锁陶瓷构型的新型单兵防护插板,开展M80枪弹对穿新型单兵防护人体躯干的钝击效应数值模拟,结果表明:钝击能量主要被肌肉和胸肋骨承担,胸肋骨的应力峰值达到30.7MPa,可能会出现骨裂;心脏最大应力为930.2kPa,肺部最大应力为777.5kPa,可能会造成心肌损伤和肺部软组织挫伤。

为研究铝粉含量对黑索今基含铝炸药能量输出特性的影响,开展铝粉含量为20%、30%、40%含铝炸药的自由场静爆试验。采用超压传感器测试自由场、地面冲击波超压-时间曲线,采用高速摄影仪捕获入射波、反射波及马赫波传播过程及爆炸火球变化过程,基于试验结果标定含铝炸药的Jones-Wilkins-Lee(JWL)-Miller参数。试验结果表明:铝粉含量由20%增加到30%,含铝炸药的地面反射波超压峰值和比冲量影响较小;铝粉含量由30%增加到40%时,地面反射波超压峰值降低幅度为2.17%~7.81%,比冲量降低幅度为0.29%~12.17%;铝粉含量由20%增加到40%,爆炸火球最大直径由6.48m增大到7.12m,爆炸火球出现减小趋势的时间由20ms延长到60ms;30%、40%含铝炸药的JWL-Miller参数预测爆炸冲击波参量(超压峰值、比冲量)与试验结果的最大误差分别为16.75%、-8.51%,平均绝对百分比误差分别为6.76%、4.14%。该研究成果可为含铝炸药的威力场预估提供参考与借鉴。

针对三维场景下临近空间高速机动目标的协同拦截问题,提出一种基于虚拟目标点的逆轨协同围捕方法。通过分析目标的机动范围,结合拦截弹导引特性,推导弹群理想攻击时间的计算方法,将高速机动目标的围捕问题转化为特定时间与特定角度命中空间固定平面上某一点的问题。基于理想攻击时间与攻击角度,在空间中选取虚拟目标点进行引导,使拦截弹的命中角度符合逆轨拦截条件,从而降低对拦截弹速度的需求。通过数值仿真,对典型C形和S形两种机动的目标进行拦截试验。仿真结果表明,所提方法能够成功拦截不同机动强度C形和S形机动目标,且弹群最小脱靶量小于3m,命中角度能够满足逆轨拦截要求,具备较好的适应性。

孔阵列陶瓷装甲作为一种新型防护装甲,通过孔洞设计有效突破了传统均质陶瓷装甲大范围脆性失效的局限性,且能在子弹与靶板相互作用时引入不对称力促使子弹偏转或断裂,可有效造成侵彻过程中的不稳定,从而降低其侵彻能力。采用有限元-光滑粒子流体动力学法自适应算法,建立7.62mm穿甲燃烧弹侵彻孔阵列碳化硼陶瓷靶板的数值模型,分析了不同弹着点位置、倾角及子弹旋转对孔阵列陶瓷靶板抗弹性能的影响。结果表明,弹着点位置对弹靶相互作用、孔阵列陶瓷靶板的损伤模式和抗弹性能有重要影响;当弹着点位于孔洞边缘时,子弹受非对称作用力出现弹体偏转,从而靶板抗弹性能提升;子弹斜入射冲击下,装甲通过进一步诱导子弹失稳而提升了其抗弹性能,靶板损伤范围增加;孔阵列陶瓷装甲对旋转弹体的抗弹性能优于无旋转弹体。

为研究带空穴柱形装药壳体破片爆炸驱动特性,揭示空穴装药结构对壳体破片初速的影响机理,利用数值仿真研究不同空穴锥角下壳体破片爆炸驱动过程和初速分布规律。通过分析稀疏波传播路径、速度损失系数和破片加速过程,拟合了壳体破片初速沿轴向分布函数,计算结果与数值仿真结果之间的相对误差不超过15%。研究结果表明:稀疏波的提前产生和横截面装填比的降低是破片初速下降的主要因素;非起爆端破片初速随空穴锥角的减小和空穴锥顶高度的增大而减小;非起爆端反射稀疏波为近似平面波且与空穴表面呈一定角度,稀疏波到达壳体的时间与壳体的轴向位置呈线性正相关关系;横截面装填比与k呈二次函数关系,k为该横截面距非起爆端的长度和锥顶高度之间的比值,速度损失系数随比值k的减小呈指数形式衰减;研究成果可对破甲杀伤复合战斗部和带空穴结构的可变形破片战斗部的总体结构设计、材料选型及结构优化提供有益参考。

不同入射角下爆炸冲击波与典型材质作用后的反射压力会造成严重的毁伤,目前关于冲击波与不同典型材质作用后反射压力计算尚不完善,因此研究不同入射角下冲击波与典型材质的相互作用具有重要意义。为了探究爆炸冲击波与不同典型材质作用后的反射超压,获取入射压力、不同入射角对反射压力的影响,利用冲击波波阵面上的质量和动量守恒基本关系式,以及花岗岩、空气和45^#钢的状态方程,推导出不同入射角下爆炸冲击波不同典型材质间反射压力的大小。针对上述问题开展了炸药在不同炸高下爆炸试验,测量空气自由场和冲击波遇到典型材质(45^#钢和花岗岩)反射后压力值。通过将理论计算结果与试验数据进行比对验证,对比结果表明:该理论模型预测结果与试验结果一致,能有效的预测不同入射角下,冲击波作用到不同典型材质下的反射压力值的大小,为后续爆炸冲击波与不同典型材质的反射计算提供理论支撑。

针对移动机器人深度Q网络(Deep Q-Network,DQN)路径规划算法在处理大规模复杂未知环境时收敛速度慢、规划路径差等问题,提出一种结合蚁群优化(Ant Colony Optimization,ACO)算法与DQN的路径规划(Ant Colony Optimization Guide DQN,ACOG-DQN)算法。引入ACO的信息素机制,以有利于到达终点为目标对当前可能路径进行选择,在降低对环境无效探索次数的基础上确定最优路径;对先前路径选择经验利用阈值筛选,形成样本集对Q-network进行训练,利用Q-network确定当前环境下的移动机器人最优路径。以ACO和Q-network分别确定的最优路径以及随机探索确定的最优路径为候选,设计Q-network最优路径权重随时间增大的路径选择机制进行决策,遴选出当前动作,达到路径最终由Q-network完全决策的目标。3组不同复杂环境下的仿真与实体试验结果均表明,新的ACOG-DQN算法相对于DQN算法,在收敛速度、路径质量和算法稳定性方面表现出更优的性能,表明了新算法的有效性。

针对自然破片战斗部爆炸事故风险评估中的关键问题,提出了一套完整的参数化综合分析方法。通过系统整合破片形成有限元模拟、破片远距离精确弹道计算、三维命中概率评估和人体损伤量化等关键环节,建立了多尺度耦合的风险评估体系。在破片运动学建模方面,开发了基于人工神经网络的气动力代理模型,通过引入破片球形度参数和马赫数双变量,大大提升了自然破片随机翻滚状态轨迹计算的精度;在危害效应评估方面,创新性提出三维饼状靶板模型,结合人体几何参数,将弹道轨迹及人员的相对位置引入破片命中人员的概率计算中;在风险量化方面,构建了融合简明损伤定级标准(Abbreviated Injury Scale,AIS)中损伤等级与破片动能分布的多层级概率评估框架。以155mm弹体为典型案例验证表明:该方法不仅可以通过环形均匀安全距离来描述破片危险性,还可以生成破片危险概率的二维空间分布。研究实现了破片初始随机性、运动复杂性与损伤渐进性的全过程量化表征,为弹药储运安全距离动态划定、靶场安全区优化设计以及工业爆炸防护提供了新的分析工具和决策支持。

为对履带式动力平台进行评估,提出一种基于微运动片段的多路面三维度工况构建方法,旨在解决履带式车辆工况构建中路面类型多、短行程片段较长及影响因素维度多等问题。通过对采集的履带车辆行驶数据进行清洗,并提取行驶片段的速度、角速度及地面行驶阻力系数等三维度数据,结合K-means聚类方法,将行驶片段分类为铺面路、砂石路和起伏土路3种典型路面。依据短行程片段的最小加权三维变化率,将其切分为微运动片段,并进行特征提取与聚类分析。基于微运动片段马尔可夫转移概率构建三维度循环工况,并提出相应的综合评价体系。构建的工况总时长约2000s,3种路面的平均特征覆盖率达到94.63%,真实反映了履带式车辆的行驶特性,具备较高的代表性,为履带式车辆的仿真和台架测试提供了有效工具。

防弹头盔是防止士兵头部受到弹道冲击和爆炸冲击伤害的关键防护装备,头盔缓冲系统在减缓弹道和爆炸冲击毁伤效应方面起着重要作用。为提高头部防护装备整体防护能力,将剪切硬化凝胶(Shear Stiffening Gel,SSG)引入乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-vinyl Acetate,EVA)泡沫中制备了一种新型EVA/SSG缓冲泡沫材质衬垫。利用弹道冲击实验平台与仿真头部模型,分别对装配有普通EVA和EVA/SSG缓冲泡沫衬垫的防弹头盔进行了弹道冲击测试,对冲击过程中头模表面冲击力与头部质心加速度随时间的变化规律开展研究,并进行弹道仿真有限元分析。实验和仿真结果表明,弹道冲击条件下装配有EVA/SSG泡沫衬垫的头盔能将头模表面峰值压力与头模质心加速度峰值降低20%以上,使得人体头部受伤概率显著降低。

磁场调制分数槽电机利用磁场调制效应取消了传统电力推进中的齿轮箱结构，简化了电力推进系统结构，降低了系统的机械噪声，且具有的功率密度大、转矩密度高等优势而适用于自主式潜航器电力推进领域。磁场调制电机可利用多个励磁磁密谐波协同工作，显著提升电机的转矩密度，但类型电机同时会调制出部分低次电枢磁密谐波，导致磁场调制类电机功率因数低、谐波损耗大以及转矩脉动大等问题，对自主式潜航器的隐身性和工作效率产生了负面影响。将从电机优化控制层面，重点介绍转矩脉动抑制、提高功率因数以及效率优化的控制策略。最后对此类电机在新能源发电、舰船推进和电动汽车上应用的技术现状进行总结，并讨论该类电机在自主式潜航器上应用的关键技术和发展方向。

针对叶片高周疲劳裂纹损伤过程无有效在线监测手段的难题,采用声发射新技术开展定幅载荷作用下叶片高周疲劳裂纹声发射在线监测试验研究,探索叶片裂纹萌生、扩展声发射信号特征演化规律。研究高周疲劳裂纹声发射参数、频谱特征,提出裂纹活性系数指标,将叶片高周疲劳裂纹分为裂纹萌生、亚稳态扩展、快速扩展3个阶段,在裂纹萌生结束及裂纹快速扩展阶段,裂纹活性系数明显增加,可以实现裂纹早期预警。采用广义S变换分析裂纹不同损伤阶段声发射信号频谱。研究结果表明:裂纹萌生时信号能量集中在90~160kHz,裂纹扩展时信号能量主要集中在80~180kHz;裂纹快速扩展时在120kHz处出现明显的能量峰值;裂纹快速扩展时信号能量最大,裂纹萌生时能量次之,亚稳态扩展时能量最小。

目前针对舰船加筋板架结构的超高速撞击问题,研究工作更侧重于残余弹体信息和靶板破口特征,缺乏对弹靶撞击后破片群的形成过程和分布特征的研究。基于有限元-光滑粒子自适应耦合方法,加入Johnson-Cook失效判据和最大拉应变失效判据,数值模拟柱形弹撞击加筋板架结构时破片群的形成过程。模拟结果表明:柱形弹撞击加筋板架结构时,受到加强筋影响,会形成特殊“双马鞍形”的破片群形貌,破片群的主体部分集中在前端,由内部的风险破片和外围的微小破片组成,且破片分布与实验结果吻合较好。依据破片分布特征将撞击过程分为3个阶段,详细讨论不同阶段破片的形成方式和扩展过程。改变柱形弹的撞击位置,给出不同加筋形式下的破片群形貌特征。针对破片群中的风险破片,探究其质量和动能等特征参数,并讨论不同撞击点的影响程度,可用于评估对后板的威胁程度。分析结果表明:在不同撞击点背面的加强筋影响下,破片朝向特定区域集中,形成“双马鞍形”和“马鞍形”形貌,且风险破片的产生主要受主筋影响。

红外小目标检测在红外制导、跟踪系统等军事领域中有着广泛的应用,是红外图像处理中的一个重要方向。由于检测设备的限制和红外小目标固有信息的缺失,现有的检测方法难以满足实际的性能要求。为探索兼具轻量化和高检测精度的红外小目标检测模型,以YOLOv10n为基础,设计轻量且高效的YOLOv10n红外小目标检测模型(Lightweight YOLOv10n,L-YOLOv10n)。通过轻量级空间通道解耦下采样(Lightweight Spatial-Channel decoupled Downsampling,L-SCDown)模块替换YOLOv10n中的SCDown模块,以较低计算成本增强红外小目标的关键特征;采用轻量级具有2个卷积的跨阶段部分瓶颈(Lightweight Cross-stage partial convolution with Two Fusion layers,L-C2f)模块替代C2f模块,在降低计算成本的同时增强小目标边缘信息并提取多尺度特征。针对红外小目标像素少、前景与背景不平衡的问题,引入Focal Loss和更加聚焦的交并比(Focaler Intersection over Union loss,Focaler-IOU)损失函数,使模型更聚焦于难检测的目标。在公开数据集SIRST-V2和NUDT-SIRST上的实验结果表明:L-YOLOv10n的检测性能和资源消耗显著优于基于检测的模型,对于分割模型,L-YOLOv10n的检测性能略低于基于Transformer的分割模型,但是L-YOLOv10n的资源消耗显著优于其他模型;在NUDT-SIRST数据集上的泛化性能也远高于绝大多数的红外小目标检测模型。研究结果表明,新提出的模型在资源消耗和高精度检测之间取得了平衡,具有一定的实用性。

针对现有可通行性分析方法对复杂越野环境下障碍物识别不完整、泛化性差的问题,提出基于开放词汇语义分割的障碍识别算法,可提取车辆周围环境中障碍物和地形的语义标签,能有效识别复杂越野环境下的未知障碍物,在数据集和实车环境中验证了其具备稳定、全面的障碍识别能力。在此基础上,利用语义标签和三维点云构建了多层2.5D地图,基于语义标签对地形的可通行等级进行初步分级;其次基于地面高程计算了地形平整度分数,测量特殊环境要素(如垂直墙)的几何参数,并结合履带车辆几何构型预测了车辆行驶位姿,量化由车辆坡道静态稳定性、地面语义标签和几何属性之间的耦合关系,进而通过代价函数综合评估车辆通行风险和代价,构建以车辆为中心的可通行性地图。通过与同类方法比较验证了所提方法的有效性和可靠性,提升了为无人履带平台的决策、规划和控制提供数据支持。

自杀伤链概念提出以来，各作战域杀伤链尤其是空中杀伤链在信息化、智能化战场上扮演着越来越重要的角色。空中杀伤链的构建工作包括链路设计、链路贯通和链路验证等，需要协调多方人力、物力共同完成，具有极强的系统特点和工程实践性。但是现有与空中杀伤链相关的研究大多停留在理论层面，验证方法多为理论推导或仿真推演，无法有效指导空中杀伤链的构建实践。鉴于此，基于系统工程原理，结合实践经验提出空中杀伤链的构建方法，使用SWOT分析法研究分析空中杀伤链，凝练链路构建的基本原则，建立空中杀伤链的霍尔三维结构模型，理清链路构建的基本逻辑，基于解析结构模型设计空中杀伤链，清晰地体现系统结构特点。针对所提空中杀伤链构建方法进行实例验证，建立信息传输网络，贯通装备节点，开展正交试验设计与评价指标体系设计，获得了链路闭合时长、链路可用度、节点匹配性、目标毁伤程度等一系列试验结果，证明了基于系统工程原理的空中杀伤链构建方法可以有效合理地指导空中杀伤链的构建实践。

地面无人车辆在非结构化环境中行驶时,负障碍物对车辆行驶安全构成了重大威胁。然而,现有的负障碍物检测研究中,基于相机的检测方法不能良好适用于光照条件差、背景复杂的非结构化环境,而基于激光雷达的负障碍物检测方法大多从机械式激光雷达线束特性出发进行设计,通用性差。为此,提出了一种兼容性强且具备良好扩展性的负障碍物检测方法,能够适应不同类型的激光雷达,并实现高精度的负障碍物检测。方法针对点云数据进行预处理,提取地面感兴趣区域并进行点云的姿态矫正;采用自适应分辨率极坐标栅格化技术,增强点云数据的空间表示能力;设计了负障碍物栅格特征描述子,结合点云的空洞特性、高度差异和最小高度等多个特征,提取潜在的负障碍物区域;引入多帧融合策略,通过地图重投影和基于贝叶斯规则的概率更新,最终输出高精度的负障碍物表面占据范围。实验结果表明,所提出的方法同时适用于不同扫描方式的激光雷达,能够在复杂非结构化环境中有效识别负障碍区域,具有良好的通用性与检测精度。

滚动轴承是大量旋转机械中的关键部件，其剩余使用寿命(Remaining Useful Life，RUL)预测问题关系到设备能否安全稳定运行。为解决目前RUL预测精度低的问题，提出一种在频域上结合时间卷积自编码器(Temporal Convolutional Autoencoder，TCAE)和Informer网络的滚动轴承RUL预测方法(TCAE-Informer)。所提方法设计了一种TCAE，面向滚动轴承不同时间样本的频域信号，自适应地挖掘更能反映滚动轴承全寿命退化周期的深度特征；搭建起一个Informer网络模型，借助其在长序列信息上的学习优势，有效拟合出深度特征与滚动轴承RUL的映射关系，进而实现滚动轴承RUL预测功能。使用XJTU-SY轴承数据集的对比验证，对照3种RUL预测结果评价指标，所提方法在不同的工况条件下，相比现有的多种方法均能够实现较为准确的RUL预测效果，证明了所提方法具有优越的RUL预测能力和泛化能力。针对不同方法进行了抗干扰测试，所提方法在不同噪声条件下均展现出了更优的RUL预测效果，证明了所提方法具有良好的RUL预测抗干扰能力。

防雹增雨弹作为人工影响天气的核心装备,其自毁后形成的破片特性直接影响作业安全性与催化效能。聚焦弹体材料力学性能对破片成型的作用机制,采用试验、理论和数值仿真相结合的方法,分析S20钢、9260钢、D60钢及823钢在破片质量分布、形态特征及能量耗散等方面的差异。研究结果表明弹体材料的强度-韧性协同效应对破片断裂模式具有决定性作用:高强度材料(如9260钢)虽能形成均匀细碎破片(1~5g占比>60%),但韧性不足易导致局部能量集中;低强度高韧性材料(如D60钢)则因塑性变形显著而生成不规则粘连破片(10g以上占比达32%);相较之下,823钢凭借独特的力学性能(抗拉强度1000~1200MPa,冲击韧性40~60J),在爆炸载荷下实现了脆-韧断裂协同调控,破片质量集中分布于5g以下(占比85%以上),完全符合国家安全标准(B级,≤10g),且细碎破片(≤10g)占比达90%以上,显著降低了地面安全风险。所得成果为防雹增雨弹材料的优化设计提供了理论依据,对提升人工影响天气作业的安全性具有工程价值。

针对低信噪比环境下复杂多类雷达信号调制识别准确率低的问题,提出一种基于时频融合特征与多尺度双重注意力网络的新方法。通过应用平滑伪Wigner-Ville分布、傅里叶同步压缩变换和基于变分模态分解的希尔伯特黄变换3种时频分析方法,并结合去噪预处理技术,将雷达信号转换为三通道时频特征图,显著增强了特征的稳健性与表达力。设计了一种多尺度双重注意力网络,通过多尺度通道注意力机制实现跨尺度信息融合与噪声抑制,同时利用多尺度空间注意力自适应感知雷达信号的时频结构,并通过门控融合与残差连接技术进一步整合信息。实验结果表明,在信噪比为-10dB的条件下,新方法对12类典型雷达信号调制方式的平均识别率达到98.99%,显示出良好的稳健性。

沉底雷是一种布设在水底、常采用原地爆炸方式毁伤水面舰船和潜艇等水中目标的水雷。壳体是影响装药水下爆炸冲击波载荷的关键因素。采用耦合欧拉-拉格朗日方法建立近海底带壳装药数值模型,开展带壳装药水下爆炸冲击波载荷特性研究,揭示装药形状、起爆方式、壳体设置、外壳厚度比、壳药质量比等因素对沉底装药水下爆炸冲击波载荷特性的影响规律,提出一种适用于近海底条件下的新型变壁厚装药壳体,该设计在近海底条件下对冲击波载荷具有显著的增强效应。研究结果表明:壳体的约束特性会导致沉底装药水下爆炸冲击波随距离衰减放缓;变壁厚壳体对装药水下爆炸冲击波载荷具有增强效应,800mm处冲击波峰值压力随δ的增大增长最多,增长率可达9.74%;所得研究成果可为水下兵器设计提供参考。