目前坦克火炮控制系统主要有电液式和全电式两种控制方式。国外第三代坦克均采用全电式火炮控制系统结构。我国的步兵战车也采用了全电式火炮控制系统结构。对比分析了国内外坦克火炮控制系统技术发展现状,提出了坦克火炮控制系统技术发展趋势,分析了坦克火炮控制系统的关键技术并对开展坦克火炮控制系统技术研究提出了建议。

针对火炮控制系统电气元件类型多、维修难度大的特点,提出了火炮控制系统板级仿真的思路。火炮控制系统主要由火炮控制箱、炮长操纵台、陀螺仪组、液压系统、线加速度计、车体陀螺仪及全套系统电缆组成,可以实现坦克火炮水平向和垂直向的控制。通过计算机建立仿真电路,利用虚拟仪器对电路进行仿真分析和故障模拟,从而提高维修人员对火炮控制系统电路原理的理解和维修能力。

硬件在环仿真技术最根本的目的在于能够快速的实现系统方案设计和适时的硬件测试。同时由于采用系统软硬件综合系统设计方法,能够在系统方案设计实现前进行充分的软件算法、关键硬件以及软硬件综合的测试评估。采用Matlab软件和TMS320F2812数字信号处理器实现某坦克水平向的软硬件设计和测试方案,实现了控制系统高级控制算法到应用处理硬件的无缝连接和代码的自动生成,从而为项目的前期开发和算法验证提供了一个好方法。

火炮控制检测系统各检测信号大多含有随机干扰,利用卡尔曼滤波可对检测信号进行实时递推滤波。以某型坦克火炮控制检测系统为实例,将噪声简化处理为白噪声,通过建立参数的运行模型和观测模型,完成了卡尔曼滤波在火炮控制检测系统中的应用。

分析了某坦克简易火控系统的性能特点和各种可能的射击方法。采用各种射击方法时,弹着散布、瞄准误差等随机误差对方位向命中概率的影响基本相同,因而忽略瞄准误差等的影响,只考虑理想散布中心与目标中心的关系,以此来分析各种射击方法的射击精度。通过对各种射击方法进行精度分析,可以得出结论:使用火控系统自动测量目标角速度并进行射击,是对运动和静止目标射击的基本方法,在火控系统能够正常工作时必须首先采用。

为满足部队对新装备不解体检测的需求,尽快形成新装备维修和综合保障能力,利用LabWin-dows/CVI虚拟仪器开发工具,高度集成各种测量和控制硬件实现了某型坦克火控系统火控计算机及传感器等各部件的检测。与传统的检测系统相比,简化了硬件设计,实现了测试信号的实时采集与处理,并具有较强的人机交互功能。

针对坦克装甲车辆火炮控制系统,设计了以数字信号处理器为控制核心,以第三代智能功率模块(IPM)为逆变器,以永磁同步电机(PMSM)为驱动电机的数字交流炮控伺服系统。系统采用F28X系列DSP控制器,它不但可提供强大的程序容量和运算速度,而且把马达控制中常用的硬件电路固化在芯片中,完全可以满足对电动机控制愈来愈高的性能要求。系统的总体解决方案为以电传控制系统为基础,配以陀螺仪组、传感器及必要的机械传动装置,结果表明,整个驱动系统可靠性高,控制灵活。

针对GNS算法只能诊断WO短路的问题,提出了一种针对WA的改进的边界扫描互连诊断算法。该算法采用组移位“0”序列、网络移位“0”序列、转移网络移位“0”序列组成WA的GNS序列来代替GNS算法的GNS序列,诊断多短路故障的移位“1”序列改为移位“0”序列。在故障诊断能力和测试向量长度不变的前提下,得到了针对WA的算法。并进行了算法的性能比较以证明其有效性。

现代战争对装备技术保障的要求越来越高。故障检测与诊断技术为提高武器系统的安全性和可靠性提供了一项重要的途径。故障诊断技术包括故障检测、故障分离和故障辨识。故障诊断与检测的方法可以分为基于数学模型的方法、基于信号处理的方法和基于知识的方法。讨论了电气系统故障诊断的3种类型,给出了应用及部分实例,总结了目前电气设备故障诊断技术的发展概况和趋势。

目前对武器装备的故障诊断倍受关注。根据坦克火炮控制系统的故障原因及特点,结合专家系统的诊断与决策优势,提出了一套针对其进行状态监测与故障诊断的总体方案;完成了基于CAN总线的火炮控制系统的状态数据采集与检测系统设计;论述了该系统的体系结构、检测原理和诊断机制。

基于小波变换的时频域局部化特征及神经网络的非线性映射特征,以滚动轴承为例,将小波变换和神经网络的优点结合起来。运用小波变换提取滚动轴承振动信号各频率成分的能量作为故障特征参数,将其作为神经网络的输入进行训练和故障识别,利用BP网络实现了对滚动轴承的故障诊断,取得了较好的效果。

自动装弹机发生故障时很难快速准确地判断故障原因。自动装弹机常见故障主要是由控制电路故障和机械故障引起的。讨论了一种利用虚拟样机技术分析自动装弹机故障机理的方法,以装弹机的部分装置为例,利用ADAMS软件建立了虚拟样机并进行了仿真分析,从根本上分析了自动装弹机故障机理。

自动装弹机的性能和工作可靠性直接影响着坦克的总体战斗性能,其故障的判断、查找非常困难。针对人工神经网络和专家系统各自的优缺点,研究了基于神经网络的故障诊断专家系统的理论与方法,将此方法应用于自动装弹机系统的故障诊断之中,结果表明该方法非常有效。

为解决某型自动装弹机装填时经常出现的卡壳问题,建立了推弹入膛部分的实体模型,并运用多刚体动力学理论和第一类拉格朗日方程,建立了该坦克炮推弹过程的动力学模型,借助多体动力学分析软件ADAMS,对推弹过程进行了动力学计算。对可能引发故障的因素进行了仿真试验研究,分析出了引发故障的原因,并计算了故障产生的边界条件。为该机构改进设计,提高可靠性提供了理论依据。

目前对军事仿真的可视化、智能化与网络化提出了更高的要求。虚拟战场坦克对抗射击仿真系统由前瞻型坦克模拟器、中央控制台和多功能坦克模拟器3部分组成,通过以太局域网相连接。前瞻型坦克是一个融入各种坦克火控新技术的综合试验平台。多功能坦克模拟器由车长、炮长、驾驶员3台计算机组成。中央控制台通过网络与各个节点互联,用于显示作战地域的地图和参战坦克的位置,记录并评估坦克对抗射击的结果。通过介绍坦克对抗射击系统结构,探讨了三维地形仿真方法,实现了虚拟战场环境三维态势显示。

研究了在OpenGVS仿真平台上实现目标自动跟踪系统仿真方法。根据目标自动跟踪系统的基本原理建立了仿真数学模型,运用MFC、OpenGVS在HLA搭建的对抗仿真环境中实现了半实物仿真。自动跟踪系统有自动锁定工况和人工锁定工况两种目标锁定方式。在仿真平台上实现对自动跟踪系统的仿真,不但可以训练坦克乘员使用自动跟踪设备,而且对评估装备自动跟踪系统的坦克作战效能有重要作用。

针对目前军用测试设备缺乏标准化、模块化和开放性的不足,从理论上分别分析了虚拟仪器软硬件体系结构和构建过程。结合基于PXI总线技术网络化的某型坦克光电系统检测设备的研制和使用,具体探讨了虚拟仪器软硬件开发设计思想和工作流程,最后对虚拟仪器技术进行了展望。

CAN总线具有传输效率高、可靠性高、实时性好和价格低廉等特点,目前已应用于军用雷达及其他武器装备。综合电子仿真平台用4台PC机作为网络节点,使用CAN总线连接4个节点构成网络。对系统工作流程进行了分析,并利用虚拟仪表技术、多媒体技术、实时数据库技术和数据通信技术开发了基于CAN总线的综合电子仿真平台。该平台可以实现综合电子系统的功能仿真、故障测试和性能分析。

仿真技术是导弹系统使用和训练模拟的重要手段。一般的导弹模拟训练仿真系统主要包括仿真模型和实物模拟训练设备。影响该仿真系统可信度的主要因素包括仿真模型和所有实物模拟训练设备的校核、验证过程;测试过程中所需的信号有效性验证、仿真方法设计的合理性确认等。根据模拟训练系统仿真的特点,结合层次分析方法对模拟训练仿真系统的可信性分析方法进行了探讨,并给出了初步的评价技术方案。

建立一个科学合理的车炮匹配性评价平台十分必要。车炮匹配性评价体系由评价准则层、评价指标层及评价因素层3个层次组成。评价准则层是评价体系的最高层次。评价指标层按照不同的试验检测内容可分为机械匹配、电气系统及电磁兼容匹配、维修匹配和人机环境匹配。评价因素是评价车载武器系统性能的最基本元素。分析了车炮匹配性评价平台的总体设计思路,建立了车炮匹配性评价体系,对评价指标、评价因素和平台数据来源进行了分析。

车炮匹配性是装甲车辆总体性能的重要组成部分之一。以某坦克炮的虚拟样机发射过程系统的射击稳定性仿真为基础进行了车炮匹配参数分析。为正确预测火炮系统主要部件的运动和受力规律,研究车炮匹配性评价在火炮系统射击过程的参数影响,建立了火炮系统的多刚体动力学模型。仿真计算结果表明:火炮射击时,火炮和车体组成的系统做幅度较小的周期运动或衰减运动,系统具有可靠的运动稳定性和安全性。

机器人技术是实现战车无人化的一项重要技术。随着机器人技术的不断发展,自主式移动机器人技术应用在装甲车辆上将逐渐成为可能。这涉及到的诸多方面的研究成果有:局部与全局导航方案的研究、基于感知的位置判断、障碍物的检测和避障的新方法以及多传感器信息融合等。阐述了机器人技术在装甲车辆上的应用,介绍了其相关技术,对装甲车无人化的现状及发展进行了概述。

第一代坦克炮塔方向机的甩炮塔现象容易造成对坦克乘员和其他部件的损伤。研究其产生的原因非常必要。通过分析出现的问题,从设计上找出了原因。甩炮塔的主要原因是:炮塔方向机的摩擦离合器摩擦力矩不够,方向机的蜗轮蜗杆不自锁。提出了防止产生甩炮塔的措施,并对改进的第二代、第三代炮塔方向机如何防止甩炮塔进行了分析。

前抽身管火炮和非前抽身管火炮的结构型式区别很大,并且各类前抽身管火炮的结构也不尽相同。由于身管后坐复进运动中支撑定向情况的不同,对火炮的射击密集度产生的影响也不相同。根据坦克炮前抽结构型式身管和非前抽结构型式身管的连接方式,分析了两种结构型式对火炮射击密集度的不同影响,为前抽身管结构设计提供了参考依据。

利用模糊数学理论,评价了火炮自动装弹机的可靠性,介绍了影响自动装弹机可靠性的诸多模糊要素的综合与量化方法。火炮自动装弹机可靠度指标的备择集的确定需考虑的因素有:整个火炮自动装弹机可靠度指标对各个子系统可靠度的分配;参考同类型火炮自动装弹机的可靠度指标;对自动装弹机可靠度的特殊要求。提出了火炮自动装弹机可靠性指标的模糊决策与分配方法。

炮弹涂油可以明显地提高防锈和密封性能,减少温度和湿度变化对弹药质量的影响,但必须在使用前除去弹药涂油。目前,可供选择的除油方法主要包括物理加热、机械刮除、化学清洗、高压水射流清洗等方法。为了克服弹药手工除油过程中存在的问题,通过比较各种除油方法的利弊,提出了利用高压水射流技术清洗弹体表面油料的方法。

概述了电流变现象和电流变液体的工作机理及材料的研究近况,介绍了电流变液体的工程应用现状。探讨了采用电流变液体作为驻退液的火炮反后坐装置的可行性。将电流变液体作为驻退液使用,再结合自动控制装置,对后坐阻力进行连续的数字化控制,可以满足大口径火炮在不同装药和不同射角条件下对后坐阻力的要求。利用新型电流变制退技术,可全面改变火炮总体结构,从而最大限度减轻车体受力。

多指标评价方法的应用是一个非常重要的问题,针对该问题选取多指标评价中几种常用的典型方法,通过对每种方法原理的分析,步骤的总结归纳,实际应用过程中出现问题的原因剖析,得出每种方法的优缺点、适用范围以及应用该方法应注意的问题。针对其局限性提出改进的思路和方法,并将其与类似方法作横向分析比较,找出其相同点与异同点,使得应用时对类似方法有明确的区分。最后通过总结归纳,提出了有普遍意义的多指标评价方法和应该注意的方面。

弹带削光的过程和机理也就是身管寿命终止的过程和机理。分析了火炮寿命终止的形成原因和弹带削光机理,以某加农炮为例,进行了弹带导转侧压应力计算,并利用SUN工作站上的有限元软件IDEAS进行了仿真计算,与弹带导转侧压应力计算结果基本一致,说明弹带导转侧压应力的计算方法和结果是可信的,验证本文所提出方法的正确性。最后得出结论:弹带削光不仅与内膛磨损量和膛压大小有关,还与严重磨损段的长度有关。