北京航空航天大学学报

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2016年, 第42卷, 第11期

第11期电子期刊

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月面钻进真空环境模拟装置的设计与验证

丁希仑, 刘舒婷, 张涛

2016, 42(11): 2271-2278. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0669

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摘要:
探月工程（三期）项目提出了在月面进行至少2 m深度的钻取采样任务，前期需要在地面进行模拟月面钻进过程热特性的研究，为此本文发明了一套月面真空环境模拟装置。根据模拟月壤钻进试验的要求，设计了一种可从底部抽气的三段式可多次拆装的真空罐结构。考虑到模拟月壤的颗粒大小和快速抽真空的要求，设计了一种筛网状具有多层过滤结构的月壤筒。根据在真空度不变的条件下可进行连续多次钻进试验的要求，设计了可从外部操作的具有缺齿结构的月壤筒转动机构。由真空度要求和可耐粉尘的特性要求，选取了三级扩散泵组。实验表明，在不放置模拟月壤的情况下，本环境模拟装置中的真空度可达10^-1 Pa，在放置模拟月壤的情况下，真空度可达7 Pa，能够满足模拟月面钻进过程热特性试验的要求。此外，通过测量抽真空过程中真空度随时间的变化情况还得出了模拟月壤出气量曲线，对模拟月壤真空系统的实验应用具有重要价值。

双向旋转柱面气膜密封性能数值模拟与参数优化

马纲, 杨卫如

2016, 42(11): 2279-2288. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0682

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摘要:
在对气膜密封结构及性能分析的基础上，提出了双向旋转倒斜T字型与双层斜槽型柱面气膜密封界面结构；建立了2种结构密封气膜的数理模型和基于有限元方法的密封气膜数值分析模型；在VC平台上开发了基于有限元计算的密封气膜压力分布、系统密封特性及槽型结构多维参数优化的计算分析程序，实现了对密封气膜压力分布、密封特性的数值计算及结构参数的优化设计；在Gambit中建立了不同平均膜厚下倒斜T字型柱面气膜的物理模型和有限元分析模型，通过FLUENT进行了密封气膜特性数值仿真，商用软件仿真结果与自主开发程序数值计算结果对比一致性好，验证了开发程序的正确性；计算对比了2种界面结构的密封稳态特性与动态特性，在相同计算参数下，倒斜T字型的密封性能优于双层斜槽型，为密封系统设计选型提供了帮助；基于遗传思想的粒子群多维优化（GAPSO）计算程序的开发，为槽型参数的优化设计提供了有效的手段。

四轮驱动汽车牵引力控制系统控制策略

姜立标, 丘华川, 吴中伟, 刘巍, 程铖

2016, 42(11): 2289-2298. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0689

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针对四轮驱动汽车整车动力性和横向稳定性的问题，提出新的目标滑转率计算和修正方法的牵引力控制系统综合控制策略。首先，建立车辆系统各主要部件的数学模型；然后，针对不同工况，利用模糊PID控制技术建立以发动机节气门开度控制、轴间扭矩分配控制和驱动轮制动控制为一体的牵引力控制系统综合控制策略；在车轮目标滑转率的选取方面，提出了最优纵向滑转率查表法，并根据车速以及轮胎侧偏角的大小对目标滑转率进行实时修正；最后，在典型工况下使用MATLAB/Simulink对四轮驱动汽车牵引力控制系统进行离线仿真研究。结果表明：本文所提出的牵引力控制系统控制策略能有效地抑制驱动轮的过度滑转，充分利用路面附着条件，提高汽车纵向驱动稳定性。

海基JPALS的多参考一致性检验算法

冯涛, 毛峡, 宋成

2016, 42(11): 2299-2305. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0672

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针对舰载参考站的移动特性提出了海基联合精密进近着陆（舰）系统（JPALS）的多参考一致性检验（MRCC）算法。首先，利用舰船上的惯导系统输出的姿态信息和舰船尺寸测量数据，将每个参考站的原始伪距和载波相位观测量从其天线位置转换到舰船参考点上；然后，对转换后的各参考站几何无关组合观测量进行均值滤波，得到其宽巷模糊度估计值；最后，计算转换后的各原始观测量和宽巷模糊度估计值的B值。在无故障情况下，这些测量值的B值分布在一定范围（阈值）内，但在参考站故障、严重多径或无线电干扰等情形下，B值可能超出阈值。通过模拟实验采集数据，并计算B值幅度和阈值，结果表明，通常情况下各观测量的B值幅度很小，当某个参考站的接收测量值出现异常时，可以检测到其B值超过阈值。研究表明，该算法满足海基JPALS的多参考一致性检验完好性风险指标要求。

冲击位置对斜搭接接头冲击后拉伸性能的影响

聂恒昌, 徐吉峰, 关志东, 黎增山, 冀赵杰, 谭日明

2016, 42(11): 2306-2320. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0694

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低速冲击损伤对复合材料胶接结构的力学性能存在威胁。对在搭接区域3个不同位置承受低速冲击的斜搭接接头进行冲击后拉伸试验，并分别建立胶接接头冲击及冲击后拉伸有限元模型。试验结果表明：冲击位置在搭接区尖端背侧，造成的凹坑深度最大，冲击后拉伸强度最低；冲击位置在搭接区中部，凹坑深度最小，冲击后拉伸强度最大；冲击位置在搭接区尖端侧，凹坑深度及冲击后拉伸强度居中。有限元分析结果表明胶层损伤和复合材料纤维损伤的大范围扩展是导致结构失效的主要原因。

奇异谱分析在故障时间序列分析中的应用

王鑫, 吴际, 刘超, 牛文生, 张华, 张奎

2016, 42(11): 2321-2331. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0712

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由于日益增长的飞行安全和飞机维护质量需求，飞机使用可靠性已经成为一个重要的研究领域。从某航空公司波音737飞机使用过程中现场所记录的18年的故障数据出发，应用奇异谱分析（SSA）方法，对故障时间序列进行了建模和预测，进一步以预测结果的均方根误差（RMSE）最小为优化目标对SSA模型参数进行了优选。在此基础上，提出了一种更为广泛的模型组合方法和实现算法，这种方法采用不同的时间序列模型来构造SSA分解出的趋势、周期和残差等成分。通过与三次指数平滑（Holt-Winters）、自回归移动平均（ARIMA）2种时间序列模型的实验结果对比，SSA及其参数优选和模型组合方法在故障时间序列分析中具有更好的拟合和预测精度。

基于稳定分簇的移动自组织网络路由协议

黄金科, 樊晓光, 万明, 禚真福, 杨永建, 陈少华

2016, 42(11): 2332-2339. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0720

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移动自组织网络的动态拓扑特性给其分簇路由协议的设计带来了一定的挑战，而分簇算法作为分簇路由协议中重要的技术手段，如何建立一种有效稳定的分簇机制，对分簇路由协议的性能至关重要。本文在大规模网络环境下，提出一种稳定的分簇算法，并在此基础上提出一种分簇路由协议。为提高网络性能，该分簇路由协议簇间采用被动模式，簇内采用主动模式，并且各个分簇由簇首、网关、访客和普通簇节点组成。仿真结果表明：该分簇算法减少了簇的数量和簇成员在簇间的切换次数，提高了分簇的稳定性。相应的分簇路由协议较该类协议也降低了网络的平均端到端时延和平均路由开销，提高了数据包接收的成功率。

面向集群环境的虚拟化GPU计算平台

杨经纬, 马凯, 龙翔

2016, 42(11): 2340-2348. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0731

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针对集群系统的多节点多GPU环境，提出一种新型虚拟化GPU计算平台。该平台实现对集群系统所有节点上GPU资源的统一抽象与管理，构建公共GPU资源池。原有GPU应用程序可以不经任何修改而迁移到虚拟化GPU计算平台，并具备访问资源池内任何GPU的能力，编程人员无需显式针对多节点多GPU应用展开MPI编程。应用程序摆脱了单个节点上GPU资源的限制，并具备无差别地访问集群系统中任何可用GPU资源的能力，能有效提高系统总体资源利用率以及吞吐量。采用流水化通信技术，实现对虚拟化GPU计算平台的运行时开销以及节点间数据传输延迟的隐藏。实验表明：与非流水化通信相比，系统总体数据传输延迟降低了50%~70%，具备与节点机本地数据传输等同的通信性能。

旋翼/平尾气动干扰对直升机配平特性的影响分析

谭剑锋, 吴超, 王浩文, 林长亮

2016, 42(11): 2349-2357. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0770

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旋翼/平尾气动干扰建模是直升机全机配平模型和飞行动力学模型的核心内容。常规全机配平模型主要通过旋翼下洗流或诱导速度等方式间接考虑旋翼对平尾的气动干扰作用，但未充分考虑旋翼对平尾非定常气动干扰产生的非线性气动载荷，因而仍难于准确体现旋翼/平尾气动干扰对全机配平特性的影响。为此本文基于非定常面元/黏性涡粒子法，通过在平尾面元中增加由旋翼和平尾尾迹时变干扰产生的非定常压力项，建立旋翼/平尾气动干扰模型，直接计算平尾非线性气动载荷，并耦合基于GA/LM混合优化的直升机全机配平方法，构建旋翼/平尾气动干扰作用下的直升机全机配平特性分析方法。通过计算UH-60A直升机的旋翼操纵量和机体姿态，并与试验测试值对比验证本文方法的准确性。通过与基于诱导速度考虑旋翼/平尾气动干扰的直升机配平结果比较表明，后者难于体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增现象，而本文方法能较好地体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增，且与OH-6A、EH-101等试验测量的特性一致。研究不同平尾构型对旋翼/平尾气动干扰下直升机全机配平特性的影响，分析表明低平尾产生较大的低速纵向操纵量突增，而高平尾则增加高速纵向操纵量；前置平尾产生较大的低速纵向操纵量突增，右旋直升机的右置平尾有利于减小低速纵向操纵量突增和机体俯仰角。

基于场景控制特征的安全性需求分析方法

朱丹江, 姚淑珍, 谭火彬

2016, 42(11): 2358-2370. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0757

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安全性需求是系统安全性保证的关键。随着系统复杂度和耦合度的剧增，安全性需求的分析提取日益困难。通过对系统需求场景的控制结构和过程分析建模，提出描述控制过程中系统变量间关系的变量影响图模型，进一步给出了安全性需求分析方法。通过该方法，使用变量影响图等对控制过程进行分析，生成基于系统理论事故模型和过程（STAMP）的危险性控制活动，并以此获得系统安全性需求。经实验验证，所提出的安全性需求分析方法在正确性和一致性方面具有较好的效果。

基于故障行为模型的产品寿命分析方法

查国清, 井海龙, 陈云霞, 康锐

2016, 42(11): 2371-2377. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0739

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针对传统可靠性工程方法无法满足高可靠长寿命需求产品设计与分析要求的现状。本文充分考虑引起产品寿命分散性的内因和外因的不确定性，在产品功能模型或数字样机模型的基础上，结合产品的故障行为模型，建立了一种基于产品故障行为模型的产品寿命分析方法。在该方法中，内因参数与外因参数的分散性分别可以用相应的概率密度函数来表示，都是通过对实际使用情况和生产条件的估计得到的，因此，按照这种方法评估得到的产品寿命特征，能够弥补基于故障物理的可靠性预计方法无法体现产品正常使用条件的不足。

未来航空燃料原料可持续性研究

赵晶, 郭放, 阿鲁斯, 杨晓奕

2016, 42(11): 2378-2385. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0676

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运用全生命周期评价方法，评价未来航空燃料原料可持续性。以传统石油基航空燃料为基准，分析未来8种航空燃料原料（煤、天然气、能源藻、麻疯树、大豆、棕榈、油菜籽及亚麻荠）的可持续性。评价路径包括原料阶段、燃料阶段和应用阶段。原料阶段考虑基础设施消耗，燃料阶段考虑因电能消耗嵌套引起的碳排放。评价指标不仅包括能量、化石能源、水资源消耗和温室气体（GHG）排放，而且包括了环境污染雾霾中的主要成分PM10和PM2.5排放。本文为选择航空替代燃料原料来源提供理论和技术基础。结果表明，在原料阶段，生物基温室气体排放相比石油基均降低，其中大豆油碳减排最明显，麻疯树基航空燃料PM10和PM2.5排放量大，因在种植过程中加入大量化肥。在燃料阶段，煤基费托过程能量消耗大，碳排放高。通过全生命周期分析，煤基费托温室气体排放高，大豆温室气体排放较低，其次是能源藻。在不与人争粮，不与粮争地的前提下、不占用耕地的能源藻具有可持续大规模制备航空替代燃料的应用前景。

回转体倾斜入水空泡及弹道特性实验

宋武超, 王聪, 魏英杰, 许昊

2016, 42(11): 2386-2394. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0690

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针对回转体低速倾斜入水过程空泡的生成机理和演化特性开展研究。通过不同入水速度和入水角度回转体倾斜入水对比实验，研究了入水速度和入水角度对入水空泡、回转体速度、俯仰角及阻力系数的影响规律。研究结果表明：空泡深闭合时刻的空泡长度、最大空泡直径和空泡闭合点深度随着回转体入水速度的增加而增大；空泡深闭合发生时间随着入水速度的增加而小幅增大；同一入水时刻回转体俯仰角和俯仰角速度均随入水速度的增加而减小；随着回转体入水角度的增加，同一时刻入水空泡直径和回转体速度逐渐减小，阻力系数逐渐增大。

基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

李龙军, 王布宏, 夏春和, 刘新波, 曹帅

2016, 42(11): 2395-2402. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0680

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多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系，该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）获得特定方向图的激励频谱能量分布，然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征，采用交叉选取子阵激励的方法，确定各子阵单元位置，使得阵列天线单元激励能量均匀分配，从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值（PSL），实现低旁瓣，同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明，通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法，通过控制各子阵主波瓣指向，能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。

开放空腔壳体入水流场结构及流体动力特征研究

路中磊, 魏英杰, 王聪, 孙铁志

2016, 42(11): 2403-2412. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0711

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基于混合介质雷诺平均Navier-Stokes方程，对开放空腔壳体垂直入水运动过程开展了数值研究，得到了压力场、速度场分布，空泡波动、闭合特征，空腔气体涨缩规律，以及流体动力变化规律，并分析了空腔结构在入水运动过程中对流场结构和流体动力的影响。结果表明：液体随气体涨缩同步进出开放端；开放端局部形成波动的压力源和周期性的压力场、速度场分布；入水空泡呈现波动形态，其扩展程度与开放端液体流速相关；空泡内形成气体漩涡，随空腔涨缩往返进出空泡，对空泡闭合具有抑制作用；流体动力呈波动变化规律，频率与气体涨缩频率一致，幅值与气体涨缩程度成正比。开放空腔结构在入水过程中空腔内气体发生涨缩运动，对流场结构和流体动力产生周期性扰动作用，在一定程度上可以减缓冲击、维持空泡及运动的稳定性。

ARINC 653分区实时系统的主时间框架设计

谭龙华, 杜承烈

2016, 42(11): 2413-2422. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0726

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综合模块化航空电子系统中的ARINC 653标准规定系统采用分区内调度和分区间调度双层调度机制。根据标准，分区内的调度由分区设计者指定，分区之间则按照静态的主时间框架进行调度。如何基于多个分区应用设计用于分区间调度的主时间框架是系统集成阶段需要解决的问题。首先利用可调度分析导出了分区的有界延迟模型参数，进一步将该参数转化为分区的调度参数用于分区间调度。然后进行分区间调度生成主时间框架，提出了最少窗口数目匹配-最佳匹配（MFBF）算法用于减少分区窗口的切换次数。提出的从分区参数推导到分区间调度流程能够基于若干分区应用生成ARINC 653系统的主时间框架。实验结果表明：时间窗口优化算法能有效减少分区窗口切换次数。

基于EHW和RBT的电路故障自修复策略性能分析

张峻宾, 蔡金燕, 孟亚峰

2016, 42(11): 2423-2435. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0742

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摘要:
在诸如深空、深海等特殊环境中的电子电路，传统的基于冗余容错技术提高电子系统可靠性的方法受到了很大程度的限制，进而基于硬件演化（EHW）的故障自修复策略开始被广泛研究。但是后者也存在一些弊端，如存在电路演化规模大、电路演化速度慢、故障修复能力有限等问题。因此，在前期工作中，提出了基于EHW和补偿平衡技术（RBT）的电路故障自修复策略。通过从故障自修复能力、故障修复速度、硬件资源消耗等角度对比分析，相比于常规的基于EHW的故障自修复策略，基于EHW和RBT的电路故障自修复策略的故障修复方法灵活、故障修复类型多，且能缩减电路演化规模、缩短电路演化时间、提高电路修复速度、硬件资源消耗可控，其可行性和有效性得到了论证，具有重要的工程应用价值。

基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展设计

赵玉龙, 任元, 沈怀荣

2016, 42(11): 2436-2444. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0747

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针对热驱动型双弱连接超流体陀螺的幅值-角速度单值求解区间因工作曲线呈周期性而制约超流体陀螺量程的突出问题，提出了一种基于重叠因子优化的超流体陀螺量程扩展方法。首先在明晰陀螺量程受限机理的基础上，设计了幅值锁定量程扩展方案。其次分析了热相位与温升延时的关系，引入重叠因子的概念，提出了一种基于重叠因子的遗传优化方法来实现幅值锁定参数优化：通过间接编码三角形隶属函数左半宽度，在避免出现相邻隶属函数无重叠或重叠太多的前提下，对模糊线性隶属函数进行遗传优化，寻找幅值锁定系统最优参数。通过与传统比例（P）控制下幅值锁定的仿真对比表明，该方法能够使超流体陀螺的薄膜幅值快速且稳定地锁定在期望值，在保证测量精度的同时提高了陀螺系统的量程范围。

基于二级声辐射模型的地面声场高效预测方法

王菲, 史勇杰, 徐国华

2016, 42(11): 2445-2453. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0756

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建立了可用于直升机运动状态下噪声传播特性分析的高效地面声场预测方法。该方法包括计算旋翼气动、噪声的自由尾迹方法和时域FW-H方程；计入大气、地面等环境因素的声传播模型及地面声场计算模型；为提高计算效率，在声源计算与噪声传播之间引入基于“紧致球声源”的二级声辐射模型；在此基础上，还提出了通过建立“特征参数声辐射球库”以实现直升机运动状态下噪声实时预测的方法。以AH-1旋翼为算例，通过与地面声场直接计算法对比，说明了方法的有效性及高效性；此外，文中还分析了大气、地面等环境因素对噪声传播以及地面声场特性的影响。

俯仰操纵方式对自转旋翼机操稳特性的影响

林清, 蔡志浩, 闫坤, 王英勋

2016, 42(11): 2454-2465. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0776

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为了研究不同的俯仰操纵方式对于旋翼机飞行动力学特性的影响，首先基于解析形式叶素法给出自转旋翼的建模方法，并建立了对象无人旋翼机的数学模型；然后分析了2种操纵方式在配平、稳定性及操纵性等方面的差异。研究表明，2种操纵方式各有优缺点：旋翼操纵方式的配平俯仰姿态变化更小且长周期稳定性更好，但螺旋模态不稳定；升降舵操纵方式的螺旋稳定性更好，且俯仰可达力矩较大，但高速配平迎角为负且存在速度静不稳定的问题。针对2种操纵方式，分别设计集成了2架样例无人旋翼机并进行了飞行试验。基于试验数据分析了无人旋翼机飞行过程中自转旋翼的转速变化特性；分别对2架无人旋翼机进行了姿态控制律设计与试验，较好地实现了姿态跟踪控制，并基于试飞数据验证了无人旋翼机数学模型。

再生型壳与ZTC4熔体的界面稳定性

柴连静, 程序, 吴国清, 王红, 南海

2016, 42(11): 2466-2471. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0683

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摘要:
从研究再生型壳中几种典型金属离子对铸件表面的污染影响规律入手，通过在型壳材料中添加Al、Nb和Mn等金属元素实际浇铸ZTC4合金（Ti-6Al-4V），探讨不同残留金属在铸造过程中对铸件表面质量、陶瓷/钛合金界面成分、组织形貌及显微硬度等的影响，揭示废弃型壳材料中铸造残留金属对钛合金新铸坯陶瓷/合金界面稳定性的影响规律。结果表明：含Al、Nb和Mn等金属残留的型壳浇铸ZTC4合金，铸件表面外观平整无明显铸造缺陷；相比无金属残留型壳，含残留金属型壳的铸件表面粗糙度明显增加；Al金属残留对型壳与熔融钛合金界面稳定性的影响较小，而Nb和Mn金属残留能明显降低型壳与熔融钛合金的界面稳定性，铸件表面粗糙度可以在一定程度上反映界面稳定性；当型壳中含有Al金属残留时，陶瓷/合金界面处析出Ti₅Si₃相。

基于LADRC的无人机高精度定高控制

齐鹏远, 王勇, 张代兵

2016, 42(11): 2472-2480. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0725

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针对复杂气流扰动对无人机（UAV）航迹高度控制的影响，对存在复杂气流扰动下的定高控制策略、控制结构和控制器参数优化展开研究，实现高精度高度控制。基于线性自抗扰控制（LADRC）确定总体控制架构，设计扩张状态观测器（ESO）观测估计纵向高度通道和速度通道中存在的总扰动，在控制中引入扰动补偿，减小扰动对系统输出造成的影响。对UAV在飞行过程中存在的大气紊流扰动或离散突风等风干扰分析其功率谱密度，构造考虑风扰动对高度影响、时域响应特性和稳定裕度的综合目标函数，通过粒子群优化算法得到具有高精度、高抗干扰性能的控制器参数，优化中考虑风干扰的功率谱密度分布，减小了控制器参数设计的保守性。通过与常规比例-积分-微分（PID）控制器控制效果进行对比，说明基于线性自抗扰控制器的纵向高度控制的优异性能。

CICQ结构中逼近work-conserving的分组调度算法

张元昊, 熊庆旭

2016, 42(11): 2481-2487. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0688

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联合输入交叉点排队（CICQ）结构的分组调度算法是一个得到了充分研究的领域，但已有算法在吞吐率和分组平均时延方面与输出排队（OQ）的结果相比，依然不够令人满意，其关键在于OQ交换机可以工作于work-conserving状态。不同于已有的研究，本文提出了以使得交换机最大程度工作于work-conserving状态为目标的新的研究思路，给出并证明了CICQ交换机实现work-conserving状态的充分且必要条件。以此为基础，提出了一种新的CICQ输入调度的算法即交叉缓存队列均衡（CQB）算法，并将经典的最大队长优先（LQF）算法用于输出调度，结合得到CQB-LQF算法。仿真结果显示，与经典的及最新的CICQ分组调度算法相比，CQB-LQF算法显著提高了吞吐率及分组平均时延性能。

含泡沫镍中间层陶瓷/不锈钢接头微观组织和性能

张羽, 朱颖, 郭伟, 齐丹, 祁泽武

2016, 42(11): 2488-2494. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0760

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摘要:
连接温度850℃，保温时间60 min，用泡沫镍金属作为中间层真空钎焊Al₂O₃陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢，利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析钎焊接头的微观组织，利用剪切实验检测接头的力学性能。实验结果表明，不添加中间层时，接头平均剪切强度只有7.7 MPa，断裂位置发生在陶瓷侧；添加泡沫镍中间层时，接头平均剪切强度达到101.7 MPa，断裂位置发生在陶瓷与泡沫镍金属连接界面处。不添加中间层时，Ti元素主要分布在钎料与陶瓷以及钎料与不锈钢反应界面处；添加中间层后钎焊接头中Ti元素主要分布在中间层，与Ni元素形成TiNi₃，Ag、Cu和Ti元素分布更加均匀。

微处理器中含噪热传感器位置分布优化方法

李鑫, 杨金孝, 程元乐

2016, 42(11): 2495-2500. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0204

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摘要:
高性能处理器普遍集成热传感器，采用动态热管理技术对芯片实施连续热监控。然而，由于实际芯片中的模拟或者数字热传感器不可避免伴随噪声，使动态热管理的可靠性受到很大影响。因此，为了提高热监控的精确性，本文运用主成分分析（PCA）技术对原始热图像样本矩阵进行降维近似处理，并结合矩阵扰动分析提出基于模拟退火算法的热传感器位置分布优化方法。实验结果表明：该方法比现有的贪婪算法在热重构误差、信噪比（SNR）和误警率等性能方面有了一定提高，能够有效运用在动态热管理中实现精确的热监控。

2×2 X信道和PTP信道并存网络的自由度

郭倩倩, 刘锋, 曾连荪, 覃闻铭

2016, 42(11): 2501-2506. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0696

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自由度（DOF）是一个空间复用概念，是在多天线系统中引入的，体现了无线信道对空间资源的利用效率。在认知无线电中，由于主、次网络会相互干扰，从而会降低DOF。本文主要研究的是2×2 X信道（XC）和点对点（PTP）信道并存时网络的DOF。研究结论也适合于XC优先于PTP信道的情况。在已知发送端信道状态（CSI）信息的前提下，基于符号扩展模型，利用渐进干扰对齐方法给出了对应的信号处理方案，并证明当n趋于无穷大时，自由度内界可达5/3。利用传播时延模型示范了其可达性。此外，分析了DOF上界。

基于改进ELECTRE法的舰船气流场方案评估方法

张修远, 常欣, 李想, 杨放青

2016, 42(11): 2507-2515. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0703

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从气流场对舰载机作业的影响出发，构建了气流场评估指标体系。针对层次分析法一致性检验的缺陷，结合群决策特征根法（GEM）和决策熵理论，提出了结果可靠性可量化的气流场评估的赋权方法。结合模糊集理论知识，将经典ELECTRE法拓展到模糊环境下；排序计算中涉及到的指标评价值以三角模糊数的形式给出；使用改进ELECTRE法进行气流场方案的排序，模糊数计算保证了对大量模糊数据的完整处理。通过对3种不同气流场方案进行评估应用实例结果表明，所提出的舰船总体方案群决策方法具有较好的可行性，为舰船气流场方案评价提供了一种新的方法。

电火花穿孔加工中管状电极振动幅值特性

于志强, 佟浩, 李勇, 柴永生, 王志强, 李朝将

2016, 42(11): 2516-2523. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0736

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在采用管状电极高压冲液的电火花穿孔加工中，较大幅值的电极随机振动将导致加工中侧壁短路和二次放电，这对穿孔加工精度和效率造成不利影响。本文以高压冲液管状电极为研究对象，采用仿真、实验验证及对比分析的方法研究了电极微观振动幅值特性。基于ANSYS有限元软件平台，建立了描述电极振动特性的有限元模型，通过数值模拟分析了冲液压力、导向器间隙、穿孔深度、放电间隙、主轴转速、电极悬长多因素对电极振动幅值的影响，分析了多因素耦合情况下各因素对电极振动幅值的影响程度，并进一步进行了实验验证。研究表明导向器间隙、穿孔深度、冲液压力与电极振动幅值成正相关性，减小导向器间隙由10 μm至1 μm，可有效降低孔径误差20 μm。多因素耦合分析得到电极振动幅值影响因素主次顺序为：穿孔深度、冲液压力、放电间隙、主轴转速、电极悬长。此项研究为优化电火花穿孔加工工艺与主轴设计提供依据。

基于优化信任评估的Ad Hoc安全路由协议

陈少华, 樊晓光, 禚真福, 黄金科, 孙贤明

2016, 42(11): 2524-2531. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0184

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针对Ad Hoc网络中自私节点造成的攻击问题，提出了一种基于信任评估的Ad Hoc安全路由协议TEAR。该协议在节点行为信任评估方案的基础上，通过使用链路信任值和路径信任值表示节点和路径的可信度，同时，在链路信任值计算时，引入了基于公共邻居节点的间接信任评估方法和可变时间窗机制，保证了信任值计算的准确性和实效性；协议中每个节点维护一张信任表，并重新定义了路由请求和路由回复消息格式，实现了安全路径的快速选择。使用NS2进行模拟验证，又与AODV以及基于固定时间窗信任评估的安全路由协议TA-AODV进行性能对比。结果表明，改进的信任评估方案具有更好的性能，采用该方案的安全路由协议能较快地发现自私节点，并准确选择安全路径，提高了Ad Hoc网络性能。

基于CEEMDAN的雷达信号脉内细微特征提取法

王文哲, 吴华, 王经商, 张强

2016, 42(11): 2532-2539. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0410

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有效的信号特征提取是高精度雷达辐射源识别的基础，以脉冲描述字为代表的传统特征已无法满足复杂电磁环境的需要。本文提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）的有效雷达辐射源脉内细微特征提取算法。雷达信号由对非平稳、非线性信号尤为有效的CEEMDAN分解产生的个别分量重构，抑噪效果通过1 000次蒙特卡罗实验得到验证，同时设计基于该重构的一种脉内特征空间。本文方法与主流特征提取方法的识别精度在6部雷达辐射源产生的3 000个不同脉内调制的加噪信号样本上进行了实验对比，结果表明不同种类信号样本在本文特征空间中清晰可分，本文方法较之主流方法更加精确，尤其在0 dB信噪比（SNR）下仍保持90%以上的高精度。

升力体飞行器能量近似最优倾斜转弯飞行策略

杨丁, 刘明, 杨凌霄, 杨明, 葛亚杰

2016, 42(11): 2540-2547. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0613

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摘要:
升力体飞行器返回地球大气层内时受到热流、动压及过载等约束条件，为使得飞行器在倾斜转弯飞行过程中能量损失最小，需要研究一种能量最优的倾斜转弯机动飞行策略。本文的主要研究内容包括：从再入动力学模型出发，分析了升力体飞行器倾斜转弯的弹道特性，推导了终端速度与倾斜转弯幅度相关的解析解，提出了一种多约束条件下能量近似最优的倾斜转弯飞行策略；为进一步验证飞行策略的能量近似最优性，建立了能量最优的非线性轨迹优化模型，通过高斯伪谱法进行求解，获得能量最优的飞行轨迹。仿真结果表明，该飞行策略与优化方法获得的结果高度一致，并且该方法求解效率更高，工程应用性更强。

惯性导航系统动基座传递对准可观测性分析

黄帅, 蔡洪, 丁智坚

2016, 42(11): 2548-2554. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0765

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摘要:
针对机载武器惯性导航系统动基座传递对准问题，以系统原始的非线性模型为分析对象，根据可观测性的基本定义，将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解。通过分析系统各状态量的解同载体运动方式之间的关系，得出了系统各状态量可观测的充分条件，并设计了相应的机动方案。结果表明，载体在不同加速度下的平移运动可增强惯性器件误差、安装误差角和姿态的可观测性，而载体的旋转运动则有助于提高杆臂的可观测性。与传统方法不同，该方法分析过程简洁明了，且物理意义明确，为合理规划载体的机动方案提供了理论指导，同时，也为其他非线性系统的分析与设计提供了新的思路。最后，采用扩展Kalman滤波（EKF）对系统进行了仿真，仿真结果验证了理论分析结果的正确性和有效性。