为了保证电磁轨道炮固体电枢和轨道间的良好接触,经过对C型固体电枢组合装填方式下的受力分析,进行了20mm口径电磁轨道炮C型固体电枢组合装填的有限元计算,得到了接触应力分布;为了进一步分析接触面的接触特性,针对不同过盈量、摩擦系数、压入速度下的电枢组合装填进行了计算,得到了接触压力分布曲线。结果表明:随着电枢的挤进,应力呈现向外扩散的趋势,并在载荷施加部位有明显的局部应力集中现象;接触压力在电枢头部最大,并沿着电枢臂的方向迅速减小。计算结果为电磁轨道炮组合装填提供了理论依据。

高精度时间间隔测量在炮口引信装定及破片速度测量中具有重要作用。目前,常用测时方法精度一般为0.1μs,不能满足高精度测时场合的需要。为此,提出一种基于相位调制的时间间隔测量方法。在一定晶振频率下,通过数字移相技术获得n路同频不同相的基准时钟分别驱动计数器。经分析,理论上测时精度可提高n倍,且结合FPGA技术,新方案设计的测量系统具有实现简单、稳定性好、成本低廉等特点。

针对炮闩系统可靠性薄弱环节无法在短时间内暴露的问题,提出对炮闩系统进行可靠性强化试验。主要以炮闩系统关重件—挡弹机构为对象,分析了其失效机理,研究了实施强化试验的具体技术途径。基于ADAMS建立了整个炮闩系统的虚拟样机,对挡弹机构实施可靠性强化试验,推导了强化系数计算公式。最终,得到了挡弹机构分别在正常工况和强化条件下构件间载荷谱和相对运动速度谱,以及强化系数。研究结果为实际可靠性强化试验提供参考。

针对舰炮身管在俯仰随动过程中由于转动惯量及负载力矩剧烈变化引起的振动干扰,在Matlab/SimMechancis软件中建立炮管柔性身管模型和伺服传动模型。仿真模拟了舰炮在俯仰运动过程中身管在三维空间中的振动过程,对比分析了基于炮耳轴角位移负反馈和基于炮口角位移负反馈两种控制方法对控制精度的影响。

炮口强冲击是一种技术可行的火炮动力后坐模拟试验方法。为保证该模拟试验方法精度,基于ADAMS软件建立了火炮虚拟射击试验环境,以冲击质量、冲击速度、缓冲器的线性刚度等为试验因素,以火炮后坐动态特性的最大相对误差为试验指标;通过灵敏度分析得到各因素对模拟试验精度的影响程度,并应用GRG算法进行了优化设计。为火炮射击模拟试验装置的设计研究打下了基础。

膨胀波火炮利用开闩后膨胀波从膛底传播到弹底需要时间的方法,实现了在不降低弹丸初速的前提下大幅度减小火炮后坐行程的目的。根据膨胀波火炮的发射原理,对最新设计研制的双门式炮闩膨胀波火炮进行了经典内弹道建模和数值仿真,并利用反推法计算了双门式膨胀波火炮膨胀波在身管内的传播速度和行程,进而获得最佳开闩时机。结果表明内弹道模型的不同,得到的最佳开闩时机也不同。

转鼓式无链供弹系统大转动惯量的弹鼓在极短间歇周期内需要快速频繁起停,推弹马达存在速度为零的堵转工作特点,需要动力源瞬间提供大功率输出和具有保压功能。提出了采用蓄能装置的多路复合并联液压节能动力驱动方案。同时基于系统一个工作循环的瞬时油量变化,研究了泵容量、蓄能器及系统压力等参数的匹配方法并进行了相应的试验验证。结果表明,该液压系统响应快,易于控制,适应供弹系统的工作特点和要求,并且节能效果显著,较好地解决了高速供弹瞬间大功率输出要求与系统分配的小功率电源之间的矛盾,为火炮供弹动力源的设计提供了新的思路。

以某型通用机枪首发装填过程为研究对象,建立包含人体右臂肌肉的人-枪系统模型,求得了首发装填过程中人体肌肉的供力情况;结合试验得到了致使该枪产生首发装填困难的主要原因;针对这些原因,提出了3套改进方案。为该枪的改进工作提供指导,所用的方法为其他同类型武器的设计和改进提供参考。

分析了方向可控电磁发射器的工作原理,建立了发射器发射过程的场路耦合模型。用有限元法对发射过程进行了场路耦合分析,得到了发射过程中发射器的磁场和涡流分布,放电回路的电流波形、以及拦截弹所受电磁力、速度和位移随时间的变化规律。探讨了拦截弹初始位置变化对拦截弹发射速度的影响规律。为验证仿真结果的正确性,利用电磁发射实验装置进行了拦截弹发射实验,实验数据与仿真结果基本吻合,较好地验证了仿真模型的正确性。

针对小口径炮弹着点安全及自动检测的需求,根据超音速弹丸激波在空气中的传播特性,研究双三角形传感器阵列在10m×10m探测区域的适用性;基于时延法建立了定位数学模型,研究了在约束条件下,利用MATLAB@对等边三角形边长与两三角形最近顶点距离之间比值对定位精度的影响进行了仿真计算,获取了一种较优的布阵方法,有助于提高定位精度。该阵列模型可为声定位系统的总体设计及部件设计提供参考。

为提高轨道炮的发射效率,基于电容储能式脉冲功率电源组时序放电形式被广泛使用在试验和研究中。分析了脉冲功率电源的放电过程,建立了时序放电过程的动态数学模型。模型中考虑了负载电阻、电感和感生电动势的变化。考虑电阻热损耗是影响系统效率的主要因素,文中轨道电阻考虑了速度的趋肤效应。模型采用Simulink进行动态仿真,并与试验数据进行比较。仿真结果表明,时序放电对轨道长度较短的轨道炮效率影响不大,而对长轨道的轨道炮效率有较大的改善。

针对转管武器射击循环的特点,在使用ADAMS软件进行转管武器动力学仿真分析过程中,采用测得(或计算)的膛压曲线数据,综合应用ADAMS函数,实现了依次顺序射击、间隔射击和延时射击等不同射击方式下炮膛合力的施加方法,为完成在不同射击工况下转管武器的动力学仿真提供了更接近于实际的受力条件。

基于动力学理论,应用非线性有限元方法,研究了耳轴长度对火箭弹起始扰动的影响。利用SolidWorks、ABAQUS软件建立了某多管火箭炮有限元模型,将全炮各构件均处理为柔体,对不包括火箭弹发射装置进行了模态分析,运用显式时间积分方法模拟了在不同耳轴长度情况下多管火箭炮发射的动态响应过程。对比分析了定向管及火箭弹在发射过程中相关动态响应参数,并从提高火箭弹射击密集度的角度出发确定出较合理的耳轴长度。计算结果可为火箭炮的设计与优化提供一定的理论依据。

根据遥控武器站指标体系的特点,将遥控武器站性能指标分为总体性能指标和各个分系统性能指标,建立了三级性能评价指标体系。采用层次分析法确定准则层和各指标权重,模糊隶属函数法确定定性和定量指标,建立了AHP-模糊评价模型,按照该方法选取了两种典型的遥控武器站进行了实例计算和分析比较。结果表明该方法能为遥控武器站性能评价提供依据。

为使火控计算机准确地控制自动装填过程,必须预先确定推弹机构的运动状态。采用等效力学模型研究单自由度推弹机构,对自动装填系统中的推弹机构进行运动分析,将系统的动力学问题转化为一个等效构件的动力学问题。比较了考虑链节转动和把整个链的运动当作直线运动来处理两种简化方法,编程求解运动微分方程,得到推弹机转速以及推弹时间等参数,结果发现两种方法的计算结果相差很小,得出可以忽略链节转动从而简化计算过程的结论。

为了研究弹丸膛内运动特性,建立了弹丸身管耦合系统有限元模型,应用大型非线性有限元程序LS-Dyna对弹丸身管耦合系统进行了数值模拟。根据数值模拟结果,采用应力波理论对弹丸运动特性进行了详细分析。分析结果表明:弹丸作为弹性体在膛压作用下其速度分布是一个随时间演化的速度场,初始时刻速度场梯度较大,随时间增加该速度场分布梯度减小,随时间进一步增加,该速度场演化将会涉及到弹带与膛线的作用、弹丸与膛壁的作用。速度分布场特性可以用来解释弹丸出炮口时运动姿态的变化。

应用CE/SE方法对带锥形扩张喷管的气液两相脉冲爆轰发动机的爆轰波在管内传播过程和排气过程进行了数值计算。分析了锥形扩张喷管对两相脉冲爆轰发动机内流场和性能的影响。数值模拟结果表明:爆轰波在锥形扩张喷管中压力峰值比在爆轰管中小;锥形扩张喷管内气流在排气的大部分时间保持超音速;锥形扩张喷管加速了发动机的排气过程,为提高发动机频率提供条件;脉冲爆轰发动机带锥形扩张喷管时的冲量比带直喷管和不带喷管时大。研究成果对脉冲爆轰发动机喷管设计具有重要理论指导作用。

线圈靶是采用定距测时法测量弹丸运动速度常用的区截装置之一。在利用线圈靶进行实弹测速以前,为验证线圈靶工作是否正常,设计了一种由自制的时标信号发生器以及两个自制的电磁发生器所组成的线圈靶标定装置。具体分析了时标信号发生器施加给电磁发生器激励信号的幅值及频率大小对线圈靶产生的感应电动势的影响,在此基础上,经实验证明了该标定装置的有效性,可满足目前靶场常用线圈靶的标定。

外能源转管炮自动机的驱动功率是火炮武器系统的重要参数指标,随着射速的提高,自动机消耗功率也加大。为了在方案设计中分析和估算外能源转管炮自动机的驱动功率,通过分析外能源转管自动机射击状态下消耗功率的多种因素,建立了外能源转管炮自动机动力学模型,编制了计算程序框图并进行仿真计算。在空载和射击状态下,对理论计算结果与试验数据进行对比。结果表明,理论计算结果能很好地满足外能源转管自动机的驱动功率估算。

针对自行火炮系统单体多、技术复杂、单一故障诊断方法通用性和可靠性差等问题,研制了一种能检测自行火炮性能和故障的综合测试仪。介绍了综合测试仪的软件总体结构和故障诊断专家系统及信号处理装置两部分的功能。故障诊断专家系统软件完成人机交互、检测流程控制、检测结果的分析处理和输出显示及故障诊断等,信号处理装置完成检测信号采集、信号调理和数据通信等。实装试验表明,该综合测试仪使用方便,判定故障快速有效,从而提高了某型自行火炮的维修保障效率。

根据火炮炮塔三维实体模型和有限元网格划分的基本原则,建立了炮塔的有限元模型并进行了静态刚强度分析。参照分析结果,以炮塔护板的厚度为设计变量,两耳轴中心的位移为约束条件,进行尺寸优化,得到护板厚度的优化解;然后选取护板为优化区域,每个单元的伪密度为优化设计变量,两耳轴中心的位移为约束条件,进行拓扑优化,依据拓扑优化结果在护板薄弱处设置加强筋,以保证炮塔的刚强度和安全性。最后建立了优化后炮塔的三维实体模型,并与优化前的结构进行了对比分析,结果表明本文的分析方法对工程设计具有一定的参考价值。

电磁发射和超导技术都是目前研究的热点,将超导技术运用于电磁发射技术是未来的研究方向。结合电磁线圈发射原理,分析了电磁线圈发射在储能密度、触发开关和驱动线圈绝缘强度等方面存在的技术难题,分别探讨了超导储能、超导开关、超导材料和磁悬浮等超导技术在电磁线圈发射中的应用前景,为电磁发射技术的研究提供了新思路。

火炮结构中的后坐部分与导轨、齿轮与齿弧和回转部分座圈等结合面是影响火炮动力学特性的主要因素。结合面刚度是火炮结构整体刚度的主要组成部分。火炮结构结合面力学模型研究经历了多刚体模型、多柔体模型、以及有限元模型。在火炮有限元模型中,用解析刚性面来模拟身管的接触面,用单元节点耦合来模拟摇架绕耳轴的转动及炮塔相对于底盘绕其回转中心的运动。理论建模与动态试验相结合的系统辨识法是目前行之有效的结合面等效动力参数辨识方法之一。

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