电枢作为电磁轨道炮的核心部件之一,它的设计与改进一直在发展电磁发射装置中占据重要位置。考虑力学和电磁场的要求,建立了电枢形状的控制方程;并对由控制方程确定的电枢力学模型进行了有限元分析,由计算结果对力学模型进行了改进。改进模型的计算结果表明,新型H形电枢的变形以及应力状态满足结构设计要求,同时电枢与轨道之间的压力也能够保证导轨与电枢的良好接触。

为研究某轻型炮射击过程中的架体结构动强度问题,基于非线性有限元理论,建立了该轻型炮刚柔耦合动力学非线性有限元模型,模型中考虑了土体本构模型、座圈及方向机刚度、结构-土壤相互作用、架体-销轴接触等非线性关系。计算获取了该轻型炮4种射击工况下的下架、后大架及连接销轴的动态应力分布规律,找出了原下架结构方案中强度设计的薄弱环节,并提出了下架结构的改进方案。计算结果表明:改进后下架结构最大应力值降幅达42.7%,且下架质量减少了10kg。计算结果对指导该轻型炮下架结构设计具有一定的工程应用价值。

以大功率大惯量武器伺服系统为背景,针对泵控缸电液位置伺服系统带宽窄以及变负载变惯量情况下,系统快速性和稳定性矛盾突出的问题,提出了一种基于自适应凹口滤波器的控制方法。采用带死区的梯度算法对系统的谐振频率进行实时辨识,使凹口滤波器的中心频率自动跟踪系统谐振频率,以抑制机械振荡,增大系统带宽及稳定裕度,保证系统的快速性和稳定性。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

根据国内外常用的经典终点弹道经验公式,建立了终点毁伤模型,并以该模型为基础进行了数值模拟计算,模拟计算结果与实际试验数据一致性较好,从而验证了该模型的正确性和算法的可行性。与此同时,以所建立的终点毁伤模型为基础,对战斗人员的杀伤面积作为优化目标,建立了基于遗传算法的最优化模型,对装药结构、壳体厚度和起爆条件等重要参数进行优化,优化变量的约束条件根据弹丸的相应设计准则确定。优化设计的方法和结果可以为杀爆弹战斗部威力设计及后续的全弹道设计提供依据。

火炮高平机工作环境的温度存在一个波动范围,无法人为控制,影响到其平衡性能和高平机手轮力。传统的优化设计较少考虑温度等不确定性因素对手轮力的影响。为了提高高平机的稳健性和可靠性,降低高平机手轮力对温度变化的敏感度,基于6σ稳健优化方法,将工作温度作为影响手轮力的不确定因素,对高平机进行稳健优化设计。优化结果表明,在温度变化相同幅度时,手轮力变化值减小,优化结果降低了高平机手轮力对温度变化的敏感度,提高了高平机的稳健性。

同旋向供弹单元结构紧凑,更适合应用于对空间布局有特定要求的无链供弹系统中。为了最大程度降低同旋向供弹过程中炮弹的速度变化量,分析了同旋向供弹单元设计输入参数,以某自动机供弹系统中的同旋向供弹单元为例,建立了动力学分析模型,根据工程设计特点,进行了多输入参数的仿真分析,分析过程及结果对无链供弹系统的优化设计提供了一定的参考。

在研究某高炮重力矩、平衡力矩的基础上,对某高炮平衡机进行了优化设计。建立不平衡力矩理论模型,确定平衡机优化设计目标函数及设计变量,形成平衡机优化设计数学模型。基于复合形法,编制优化设计计算程序,获得了某高炮高低射界内平衡机优化设计参数。平衡机优化设计结果能很好满足高炮的总体布置及使用性能要求,提高了平衡机设计效率。

某型主战火箭炮长期以来存在着阵地指挥、诸元装定等信息的计算传输时效性差、对战场条件反应迟钝的问题。为提高该型火箭炮及其阵地的射击、保障能力,基于无线数据通信、数据传输技术,通过模块化集成,研发了火箭炮阵地计算与传输系统。该系统能够解决阵地指挥员计算及传输火箭炮装定诸元的上述问题,具有口令的记录与发送、地面风实时修正、最低表尺计算和单独修正量计算等功能,大大提高了该型火箭炮在现代信息化条件下遂行作战任务的能力。

针对自行高炮位置伺服系统跟踪速度要求高、射击时干扰强、跟踪精度对信号噪声敏感的特点,提出了一种基于跟踪微分器的分数阶控制律的改进方案。通过合理的假设和近似,建立了自行高炮位置伺服系统的饱和非线性模型;在此基础上设计了主令和反馈通道上的跟踪微分器,以滤除信号噪声得到工程实用的微分信号;再经由分数阶PID控制器得到控制量,以增加系统带宽。比较分析了设计的控制律与传统整数阶PID控制器在伺服跟踪和冲击力矩干扰下的控制效果。仿真结果表明,采用提出的方法能提高自行高炮响应速度和增加系统带宽,有效抑制噪声信号和外部力矩干扰。

小口径火炮能否具备持续作战能力的关键因素之一就是补弹装置的补弹速度,因此设计了一种快速补弹装置。该补弹装置采用无链补弹方式,能够实现对小口径火炮的快速、连续补弹和自动化处理卡弹问题,且补弹数量不受限制,可有效提高小口径火炮的持续作战能力。利用CATIA建立补弹装置三维模型,并利用ADAMS对补弹装置进行动力学分析。分析得出,该补弹装置能够实现快速、连续补弹和有效处理卡弹问题,且整个过程中炮弹不会变形和损毁。该补弹装置原理可行,为小口径火炮补弹装置的进一步研究奠定了基础,具有一定的参考价值。

新一代高射速反导舰炮武器系统,射控系统要求储能电源提供成倍的瞬时大电流输出,而传统的蓄电池储能器件存在无法提供瞬时大电流、内阻大、寿命短等缺陷,无法满足新型舰炮射控系统对电源的更高要求。提出利用超级电容器充放电速度快、充放电寿命长、等效串联电阻(ESR)小、能够提供瞬时大电流等优点,设计研制了一种以超级电容器为核心部件的储能装置,并通过测试试验得出,该装置可满足新型舰炮对射控驱动电源的要求。

为了研究某大质量火箭弹储运发射箱在吊装过程中的刚强度及振动情况,参考实际工程吊装工况及起吊速度,利用有限元分析软件ABAQUS建立了满载吊装动力学有限元模型,仿真出该储运发射箱在满载起吊与吊装稳态两种工况下的响应情况。计算结果表明,在起吊时,火箭弹与箱体对动载响应的差异、及吊点的位置造成了箱体离地时的偏转、振动;通过分析储运发射箱全吊装过程中变形受力情况,提出储运发射箱在吊装过程中应当注意的问题,为储运发射箱的后续改进设计提供了一定依据。

系统分析了火炮方向机齿轮传动过程中产生的静态传动误差和动态传动误差因素。考虑到误差的随机性,采用概率法分析了齿轮传动的静态传动误差;考虑到齿轮时变啮合扭转刚度对动态传动误差的影响,采用有限元方法分析了齿轮传动的动态传动误差。基于以上提出的计算方法,推导了齿轮传动误差的计算公式,通过实例验证了计算公式的可行性和正确性,得到了方向机在不同载荷下动态传动误差曲线,可为研究火炮方向机对调炮精度的影响提供参考。

火箭弹弹道修正研究中需要提前确定CEP设计指标。为求解适合攻击点目标的CEP设计指标,基于作战效能理论和射击毁伤理论,给出火箭弹命中概率与可靠性的计算公式,推导出与CEP相关的火箭弹作战效能求解方法。基于效费分析建立效费比计算模型,得出了在效能一定时,不同毁伤幅员对应的最佳CEP。通过进一步对比分析修正弹成本,得出修正弹不适合攻击毁伤幅员小、毁伤概率要求高的目标。研究为弹道修正火箭弹的CEP设计提供了理论支持,为其他武器的最佳CEP求解提供了参考。

基于大口径火炮,对火控系统中射击诸元解算方法做了简要的介绍。通过对现行基于二分法的弹道解算方法的详细分析,得出了几点重要启示。对求解射击诸元的弹道解算方法进行了有针对性的改进,探索出了基于落点诸元信息的弹道解算方法。以Matlab数值仿真软件为平台,对基于落点诸元信息的新解算方法进行了仿真验证,并与现行基于二分法的仿真结果进行对比分析。分析结果表明,基于落点诸元信息的实时弹道解算新方法在初始射角估计、弹道迭代次数方面有了很大的改进,从而大大缩短了大口径火炮射击诸元解算时间。对实现射击诸元实时解算有重要参考价值。

针对舰炮武器系统作战效能准确评估问题,提出了一种基于ADC法的作战效能评估模型。根据舰炮武器系统的特点,给出了有效性向量和可信赖性矩阵的评估模型;在能力向量的评估模型中提出了舰炮对目标的射击效能应与舰炮毁伤目标的概率、传感器跟踪能力、火炮瞄准能力及火炮的射击区域有关,并给出了具体的计算模型,有效解决了能力矩阵的准确评估的难题。以某小口径舰炮武器系统作战效能计算为例,给出了模型的应用实例。该模型可操作性强,能准确评估舰炮武器系统作战效能。

依靠多个商业软件间的集成来完成轨道炮系统级仿真及优化不但复杂,而且还存在两个缺点,一是有限时间内,优化所采用的遗传优化算法不能保证最优且结果不可重现;二是电源的拓扑结构需要手工调整脉冲,寻优过程无法彻底的自动化。目前,轨道炮系统级轨道炮仿真代码和电容储能轨道炮PFN触发时序反求问题都少见文献报道。为求解此问题,将多维的触发时序优化问题转化为一维的延迟时间确定问题,从而使全局迭代法可用。应用所开发的求解及优化程序,给出了遗传优化算法及全局迭代法求解该问题的结论及比较结果。建立了电容储能轨道炮数学模型,分析了轨道电流这一参数的重要性,介绍了由轨道电流平顶波幅值反求PFN触发时序问题的意义。通过定义理想时序的概念,说明了迭代法的"细分-逼近"特性,指出迭代法可用于解决由炮口初速反求触发时序问题。

针对某超高射速舰炮及其弹道炮试验过程中出现的药筒膛内横断问题,通过现场勘测、理论分析和故障还原试验,确定了故障原因。根据故障机理,经技术攻关,提出了解决措施,经过后续多次射击试验验证,故障再未复现,证明了解决措施的可行有效。分析结果对解决速射火炮类似故障有重要的参考价值。

针对解决大发射延迟火炮发射系统射击重合门预测中的火炮稳定控制误差特性分析问题,介绍了基于AR模型(Auto-Regressive)进行功率谱估计的方法和步骤,利用Matlab信号处理工具箱进行仿真,说明了AR模型谱估计具有较好的分辨率。以战车高低向为例采集了火炮稳定控制误差数据,通过AR模型谱估计分析影响火炮稳定控制误差的频率成分和成因,同时研究了通过改变控制率和控制参数改善火炮的稳定控制误差变化规律,以提高可预测性的技术途径,为解决大发射延迟火炮发射系统射击重合门预测问题奠定了基础。

针对我海军对水面舰艇实施精确对岸火力支援任务的需要,介绍了美国海军对岸火力支援系统以及支撑该系统运转的袖珍式前线接入设备的系统组成与功能,以此为借鉴,探讨了适用于我海军火力支援作战的便携式前线侦察系统的功能需求,分析了其系统组成,对该系统从设计到实现的发展路线进行了规划;并对该系统可能带来的作战样式及其流程进行了想定,为我海军装备发展规划提供借鉴。