分析了现有迫击炮的技术特性,认为采用传统方法提高迫击炮的作战性能会导致诸多问题,在此基础上,提出了将电磁发射技术应用于迫击炮发射中以提高现有迫击炮作战性能。论述了国内外电磁发射技术的研究现状,制定了轨道式电磁迫击炮的关键战术技术指标。详细分析了电磁迫击炮炮身、弹丸、电枢和脉冲电源的结构和关键技术,并提出了解决方案和电磁迫击炮工程化及装备化的关键技术。分析认为,发展电磁迫击炮在技术上已具备了较好的基础。

采用了一种简单的等效电路模型,建立了电磁轨道炮的回路方程。利用拉普拉斯变换及反变换得出了储能电容器上的电压、放电回路电流和电枢反电动势的表达式,运用MATLAB软件分析了不同电感梯度下三者的变化规律。结果表明:电感梯度越大,电压波动越小,电流波动也越小,反电动势则越大。随着时间的增长,它们的波动频率先是比较显著,继而逐渐趋向于零。这对研究电磁炮电路问题提供了一定的理论依据。

目前电磁轨道炮研究的主要问题之一是发生在轨道和电枢之间的放电烧蚀。造成烧蚀的主要原因是轨道和电枢中电流分布的不均匀性。针对静止条件下5种典型的轨道-电枢结构,采用Ansoft12有限元分析软件,对比仿真分析了电流密度分布,结果表明:跑道截面轨道-马鞍体结构电枢的轨道炮具有最均匀的电流密度分布现像;矩形截面轨道-长方体结构电枢的轨道炮具有最大的不均匀电流分布特征。上述结论对抑制放电烧蚀、改善刨削和延长轨道使用寿命等方面有重要参考意义。

针对电磁轨道炮的发射特点,提出了微凸体引起的刨削形成机理;根据实际轨道炮的结构和载荷特点,利用ABAQUS有限元软件在不同的参数条件下进行了仿真计算;发现刨槽的尺寸主要取决于枢轨间相对滑动速度和电枢长度,滑动速度越高刨槽就越宽,而且刨槽尺寸随着电枢长度的加长而变长,但是枢轨界面载荷对刨槽尺寸的影响不大;轨道刨削形成机理的提出及仿真计算,为电磁轨道炮的抗刨削技术研究提供了参考和指导。

对固态功率控制器的应用进行了叙述。构建了自行火炮供配电模拟系统,制定了以固态功率控制器为核心,结合总线、综合管理的固态配电技术方案进行了应用验证。结果表明,在自行火炮系统中采用固态功率控制器技术进行配电,原理可行,使系统具备配电智能化,便于配电信息的集中管理,能够显著提升自行火炮系统信息化能力。

影响子母弹开舱高度的高低散布的因素有初速散布、射角散布、弹道系数散布和引信装定时间散布。给出了各因素对开舱高度高低散布影响的计算方法,运用误差合成的方法得出子母弹开舱高度综合高低散布及各因素占综合高低散布影响比重的计算公式。通过弹道方程计算了某弹丸不同高度、速度和射角下的各高低敏感因子。在一定的条件下计算并分析了某火炮子母弹开舱高度的高低散布随高度、初速和射角的变化及各因素所占的比重。提出了子母弹最低开舱高度的确定方法。

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。为保证该试验方法具有与实弹射击相似的后坐动态特性,通过建立力学模型及缓冲器的非线性模型,进而建立火炮后坐的运动方程;基于MATLAB软件,利用四阶龙格库塔法对运动方程进行了求解;分析了冲击质量、冲击速度、缓冲器的线性刚度、非线性刚度和阻尼对炮身后坐加速度的影响。该研究为火炮模拟试验装置的研制提供了理论依据。

为了掌握自行火炮行进间射击时的炮口振动规律,利用ADAMS/ATV建立了某自行火炮行进间发射的多体系统动力学模型,将炮膛合力、驻退机力和复进机力等发射载荷的FORTRAN程序生成动态链接库,再嵌入动力学模型。运用谐波叠加法建立路面谱模型,使用MATLAB软件编写路面文件,对C、F级两种典型路面谱进行了模拟。利用数值计算的方法研究自行火炮以不同速度,在不同等级道路上行驶并射击时的炮口振动特性,为进一步提高自行火炮行进间射击的综合效能提供理论依据。

为了研究多联装储运发射箱空投安全性,建立了装备着陆冲击有限元模型,借助显式非线性动态方法,进行冲击动力学分析,获得了发射箱在正常和极限两种工况下的响应特性。根据安全性指标,对箱架和不同位置定向管的应力,以及火箭弹垂直冲击加速度和轴向力等进行讨论。结果表明,发射箱在采取缓冲减振措施下,空投安全性能够得到保证,方案可行。研究成果能够为发射箱结构设计及改进、空投缓冲包装和高成本的空投/跌落试验提供依据和指导。

为对某型遥控武器站进行结构分析和行进间射击仿真研究,获得武器站行进间射击的炮口振动特性,运用虚拟样机技术,借助三维建模软件SolidWorks以及动力学分析软件RecurDyn,建立了路、车、炮一体化动力学模型,并验证了模型的正确性,在不同车速、不同路况条件下,对车载行进条件下的遥控武器站进行了连续射击的动力学仿真分析,获得了武器站行进间射击炮口的振动特性,为武器操作手提供参考依据,在炮口稳定性较高的条件下操作武器进行射击,有效提高射击精度。

火炮控制系统中,电机功率的选取和确定关系到整个火炮的运行状态和特性。以某中口径转管自动机的身管电机驱动控制系统为研究对象,使用d-q轴模型建立三相永磁同步电动机等效电路图,分析驱动系统控制模型;用键合图法对永磁同步电动机及其调速系统建立相应模型,并推导出系统状态方程组。应用MATLAB计算软件对状态方程组进行编程求解,得到调速系统的仿真结果,并与建立的基于Simulink的仿真结果相一致。分析方法可应用于火炮机电控制的一体仿真分析,对火炮多能域一体仿真分析有一定应用价值。

中部离合器为转弹机提供直接动力并具有转弹到位后自锁的功能,是转弹机的重要部件。通过对中部离合器工作过程分析,建立了其三维实体模型和有限元模型,并采用有限元软件ANSYSWorkbench11.0进行了结构强度分析,确定了引起中部离合器断裂的主要原因为预压角过大和齿根部应力集中,提出了相应的改进措施。

某转膛自动机在研制过程中,多次出现连接筒U形槽根部断裂现象。根据转膛自动机工作原理,分析了连接筒与主动滑板、推弹滑座等零部件之间的连接关系以及运动特性。在一定简化与假设的基础上,建立撞击模型,应用撞击变形能理论,对连接筒撞击时受力进行了分析与计算。通过采取加大U形槽根部圆角半径和在炮箱上增加限位块等措施,减小了推弹滑座与连接筒在后坐到位时的撞击力和应力水平,提高了连接筒的使用寿命。

炮身长后坐式自动炮的后坐力大小直接影响摇架和托架的可靠性设计。通过内弹道计算,分析了低温、常温、高温情况下内弹道特性,建立了自动炮虚拟样机。应用Adams软件对自动炮进行射击运动循环的动力学分析,比较了不同环境温度、不同射角的后坐特性,分析了后坐质量对自动炮循环及后坐阻力的影响,降低了自动炮的最大后坐力。

某弹炮结合防空武器系统的训练难题较多。该系统的仿真平台实现了主要战斗人员的操作、协同和指挥训练模拟化。仿真平台运用动态建模、信息同步、多感知和图像融合技术,解决了在对抗训练环境下,大场景、多角度图像实时控制与同步显示的难题,利用多传感器实时采集操作信息和指挥信息,对操作精度、时机、协同训练过程全面、准确的评估。

通过对OWL(WebOntologyLanguage,OWL)本体和SWRL规则语言进行研究,将基于本体和规则的知识表示和智能推理技术应用到舰船扬弹机的故障诊断中。构建了舰船扬弹机的OWL本体及相关的故障诊断SWRL(SemanticWebRuleLanguage,SWRC)规则,在此基础上开发出一个故障诊断的系统,并实现了诊断推理过程。该系统能帮助设备维护员快速定位故障发生原因,并提供可选用排除故障的基本措施。

自动机射击动作时因激振力的作用会产生一定方向和频率的冲击振动,构件的裂纹或松动等故障会影响到其响应成分的频率能量特性;针对自动机实射动作冲击响应振动信号,利用小波分析快速进行信噪分离,频域范围内采用功率谱分析结合小波包分解对各频段能量谱分析。根据振动信号时域峰值和时刻,频域能量的变化和分布,给出故障诊断层使用的状态特征向量,并用比例梯度动量共轭算法训练的神经网络模型进行自动机状态定位与故障识别。

针对高炮初速闭环校射中炮弹初速测量的需要,研究了利用红外区截法实现高炮射弹初速实时随动测量技术。在炮口后效区设置两个相邻的光电靶,利用炮弹出炮口飞行时对红外线信号的遮挡效应,检测炮弹经过两个光电靶的时刻,经过解算得到射弹的炮口初速。经外场实弹射击试验证明,该技术可在后效区内实现射弹初速测量。

为了准确测量引信在膛内及飞行过程的动态参数,设计了一种可置于引信内部的微型弹载测试仪,分析了仪器具有的功能和特点。研究了仪器的强化处理工艺及高效缓冲结构,并经过模拟应用环境下的校准,最终成功获取了某引信在膛内和发射过程的三轴加速度及转速信号。此研究对于引信、弹丸和火炮的设计、验收及研究有着十分重要的意义。

立足于火箭武器发展的需求,研究了防空多管火箭炮的跟踪运动对火箭弹离轨参数的影响,给出了跟踪发射时火箭弹运动参数的计算方法,确定了火箭弹脱离定向器瞬时的运动参数,获得了空间弹道计算的初始条件,同时研究了两种特殊跟踪运动下火箭弹的离轨参数,为火箭弹飞行性能优化和发射装置的设计提供了参考。

利用密闭爆发器模型及圆柱轴对称热传导模型,描述了密闭爆发器试验中容器壁面的传热过程。通过选择合理的计算方法,编制了计算程序,对密闭爆发器试验过程的传热现象进行了分析计算,研究了爆发器容器壁温的变化规律。计算结果为分析密闭爆发器试验传热过程及发射装药安全性提供参考。

针对部队火炮内膛窥测需求,综合运用全景成像、图像处理与人工智能等新技术,开发了基于机器视觉的火炮内膛窥测设备,包括火炮内膛爬行装置、爬行控制装置、检测计算机及配套软件,实现了火炮内膛自动窥测与智能分析,提高了火炮窥测效率。实践表明,该窥测设备具有较完备的功能与很强的实用性。

论证工作涉及武器系统主要作战使用性能、战术技术指标论证以及研制总要求论证等方面。该武器系统从立项论证开始到成功设计定型,严格按照科研程序走过了艰辛复杂的研制历程,回顾过去的论证、研究及工程实践,对总结经验进一步提高大型复杂武器系统论证和工程实践水平,具有重要的意义。简要回顾了某大口径自行加榴炮武器系统论证及相关研究工作,可供同类武器系统论证工作参考。