为解决转膛自动机驱动机构的闭气问题，以瞬时流量作为闭气性能指标，分别针对转膛衬套轴向间隙和转膛衬套与身管衬套径向间隙的漏气模式，分析了内部间隙、端面压力等共因变量的动态变化过程，并建立了气室模型和粗糙表面流量模型，得到相应的闭气性能函数。通过设计参数的随机性假设和灵敏度分析，确定了单边间隙、膛压、弹性模量3个关键设计参数，应用Box-Behnken试验设计方法建立了带交叉项的时变二次响应面模型，计算得到不同瞬时流量阈值下的闭气可靠度。分析结果为转膛自动机驱动机构的可靠性设计优化提供了理论依据。

火炮身管材料不仅与武器寿命，也与精度、火力等战技指标密切相关。随着指标不断提升，身管服役工况愈加恶劣，而现用身管钢由于热强性低、抗烧蚀弱等问题，已难以满足火炮系统的要求。综述了项目团队在火炮失效机理突破、长寿命枪炮身管系列新材料与制备技术、实弹考核验证及应用等多方面的进展与成果，建立枪炮身管寿命关键参数(初速、精度与立靶密集度、横弹、弹带削光)与身管材料关键性能(室温低温高温强韧性、烧蚀性能、耐磨性能、疲劳性能)间的内在关系，以此为依据提出高热强性身管材料性能特征与提升思路，实现火炮身管新材料高温强度较现用材料均提高1.5～2倍以上，高温磨损率仅1/5～1/2,实弹寿命翻倍提升，且已在多个装备上应用，从材料方面为现用火炮及新一代高膛压、超远程火炮身管延寿和性能提升提供坚实技术支撑。

射击频率是评价连发武器总体性能的一个重要参数，以激光光幕为核心的光电探测技术具有非接触、全天候、可重复、高精度等优势而得到广泛的应用。针对光电式高射频武器射频测试信号干扰强、难识别的特点，采用EEMD算法对原始信号进行分解，得到本征模函数，结合信号自身的频谱特性，对信号进行滤波、降噪处理；结合弹丸过靶信号的特征，采用下降沿一半法拾取弹丸过靶信号的特征点，计算得出武器的射频测试结果。在某型号高射频武器试验中，将该算法得到的测试结果与天幕靶测试结果相比，误差在0.1%以内，精度相对较高，因而将该算法用于光电式武器射频测试系统信号处理是切实可行的。

为解决某口径火炮现有弹链装弹装置自动化程度低、结构尺寸大的问题，提出了一种压入式的弹链装弹方案。为了验证结构设计的合理性，采用理论计算方法对装弹力进行了计算，在此基础上，使用多刚体动力学仿真软件建立了弹链装弹装置的刚柔耦合模型，对弹链装弹全过程进行了仿真分析，得到了水平和竖直装弹力分别为750N和110N,与理论计算相近。对限位板与炮弹间隙对装弹过程的影响，以及不同装弹速度下的炮弹和弹链运动特性进行了分析，最终选定限位板与炮弹之间的间隙选定为1mm,拨弹轮组件转速为90r/min。通过理论计算和仿真的结果，开展了样机的试制工作，实践结果表明，提出的方案能满足弹链装弹自动化的要求，装置质量为7kg,工作状态的尺寸为410mm×450mm×600mm,结构尺寸较小，各机构运动灵活，总体上满足指标要求。

根据数字孪生技术国内外研究进展，结合舰炮装备的具体特点，提出了数字孪生舰炮的定义，阐述了数字孪生舰炮在舰炮装备的产品设计、虚拟试验与评估、故障预测与健康管理、使用培训、战法训法研练等方面将会发挥的重要作用。分析了数字孪生舰炮存在的数据获取困难、专用仿真软件少、真实度不高、数据实时交互不易实现等技术难点，提出了发展数字孪生舰炮可采用从部件到产品、从分阶段到全寿命周期、从本地到远程等办法，逐步深入、逐步拓展、逐步延伸的设想，最终实现数字孪生舰炮能够随实物装备同时交付、同时服役的目标，对我国舰炮行业开展数字孪生技术研究工作具有参考作用。

以某大口径火炮弹药输送车的供补弹系统研制为背景，从结构动力学的角度出发，对向输送车补弹过程中抓弹机的工作时序进行了动力学仿真分析及优化。在优化中，以各时序的时长为设计参数，并将抓弹机的补弹过程分为负载时序和空载时序，结合对其工作过程的分析，将工作循环的总用时、负载时序中的关键部件受力及响应作为优化目标，以各时序所需驱动力不超过原设计方案为约束，求解得到优化后的补弹时序过程。优化结果表明，在不改变原设计方案的结构的前提下，优化后的时序方案的总用时从7.4s缩短到7.2s,弹丸晃动减少了66.0%,抓弹手不同位置的受力降低了11.2%～16.1%,新的时序方案能够在缩短总时长的同时使补弹过程更加平稳。该优化方法同样适用于抓弹机供弹、补药机补药供药以及主炮内供输弹机构等各类相似机构的工作过程的时序设计。

为了提高自动迫击炮的勤务性和火力灵活性，并使其易于无人化和智能化改造，提出了一种新型开孔迫击炮。建立了变开孔迫击炮的内弹道数学模型，并以某传统迫击炮的若干初速分级为目标，分别得出了所需的开孔面积及其内弹道诸元。设计了可变后坐阻力制退复进机，其摩擦阻尼器可调节后坐阻力的大小，用于匹配变开孔迫击炮在不同开孔面积情况下的内弹道特性。在不同开孔面积情况下，进行了前冲击发式可变后坐阻力变开孔迫击炮的单发及连发射击时的动力学数值计算，并分析了炮闩的运动规律。结果表明，变开孔迫击炮可以仅通过改变开孔大小实现变初速发射；与变开孔迫击炮内弹道特性合理匹配的可变后坐阻力制退复进机可以保证可靠的自动循环过程。

开放式舰炮武器装备是目前现代化舰炮武器装备发展的重要方向之一，以“全舰计算环境”(TSCE)为基础，构成软件密集型复杂武器系统。为满足复杂武器系统的开发要求，需要转变传统的系统工程实践，基于模型的系统工程(MBSE)以文档为中心转变为以模型为中心，能够实现系统的快速开发。提出基于MBSE的开放式舰炮武器装备进行研究，以SysML作为建模语言，从需求分析、功能分析和设计综合三方面进行建模，通过用例图、活动图、状态机图和序列图等视图反映出开放式舰炮武器装备的各种系统的组成、行为和状态。与传统文档开发的方式相比较，使用此方法能够输出与被开发系统一致的需求、结构视图模型并且输出的模型能够再次使用，有效地提高系统的设计效率，保证模型数据的可追溯性，为未来复杂武器装备的开发设计提供新的思路。

以某自行高炮为研究对象，建立刚柔耦合动力学模型，针对模型与实际高炮系统之间存在差异问题，开展动力学模型参数修正研究。通过开展射击试验，采集车体动力学响应，分析模型误差来源，以4个千斤顶的刚度系数为优化变量，依据试验数据，采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对数学模型进行修正。为提高车体姿态实时预测精度，考虑到模型中后坐力参数与真实数据存在误差，在模型参数修正的基础上，为了减小每发射击后坐力给定误差，构建后坐力综合影响系数，在刚柔耦合模型求解车体姿态及射击车体振动响应采集的工作基础上，制定后坐力实时修正方案，采用粒子群算法PSO对每发射击的后坐力进行实时修正，并在车体姿态实时预测总体方案的基础上进行了系统的软硬件开发。结果表明，经过第1次修正后的车体在3个方向的第一阶频率幅值平均误差减小了46.2%,通过后坐力实时修正使得后坐力综合影响系数误差控制在1%以内，有效提高了自行高炮车体姿态预测精度，为自行高炮动力学模型参数修正提供了一种新思路。

间瞄射击是自行火炮的主要作战方式。为解决某轻型自行火炮与同系列自行火炮的结构差异带来的间瞄控制问题，研究了该轻型自行火炮的间瞄控制方法。该方法以3D弹道模型为基础进行诸元解算求解出射击装定诸元；然后根据坐标系之间的旋转关系进行操瞄解算，结合车体航向角、俯仰角、横滚角和火炮方位角求解出炮塔的航向角，进而结合射击装定诸元和炮塔航向角、俯仰角、横滚角求解出调炮诸元。试验结果表明，此间瞄控制方法适用于该轻型自行火炮，解算精度、调炮精度、系统反应时间与同系列自行火炮相当，该方法有效解决了该轻型自行火炮的结构特点带来的间瞄控制问题。

选区激光熔化成型火炮备件适合度，是指对于一个火炮备件能否利用某种选区激光熔化成型设备和材料进行应急制造并满足使用要求的综合性评价，其涉及火炮备件的结构特征、力学性能和制造时间等多个方面因素，属于典型的多目标决策问题。通过建立选区激光熔化成型火炮备件的适合度评价指标体系，采用层次分析法确定指标权重，而后通过基于层次分析的模糊综合评判方法建立选区激光熔化成型火炮备件的适合度评价模型，并结合实例对适合度评价模型进行验证。通过建立适合度评价模型为选区激光熔化成型火炮备件的可行性判断提供依据。

以弹药装填机器人为研究对象，针对弹药装填机器人关节空间的时间最优轨迹规划，提出了一种基于改进黑猩猩算法的时间最优轨迹规划算法。通过逆运动学求出弹药装填机器人的关节空间路径插值点，采用3-5-3多项式插值构造弹药装填机器人轨迹，建立以时间最优为目标的目标函数，再与其他同类型算法进行比较，对比结果显示，采用改进黑猩猩算法求解精度更高，收敛速度更快。在速度约束条件下，基于改进黑猩猩算法进行轨迹优化，得到平滑的机器人位置、速度和加速度曲线。结果表明，采用改进黑猩猩算法进行弹药装填机器人轨迹规划，能够缩短机器人的装填时间，提高机器人的装填效率。

为了分析蓝宝石激光窗口的强度，基于Hill′48各向异性屈服方程提出了蓝宝石损伤力学模型，开展了数值化方法研究，并编写了计算损伤变量的USDFLD子程序。采用通用有限元分析软件ABAQUS建立了窗口组件有限元分析模型，仿真分析了蓝宝石窗口在高压作用下的应力和损伤变量分布。仿真结果表明，窗口受到高压载荷后，在靠近上边缘处的剪切应力最大，该区域的损伤变量值较大，与试验时窗口破裂位置一致，说明该区域的损伤主要受剪切应力影响。为了提高蓝宝石激光窗口的强度和寿命，对该材料强度理论和相关研究结果分析，讨论了提高蓝宝石窗口强度和寿命的工程化技术措施。

基于多级电磁感应线圈炮在消防领域发射灭火弹的工程应用，提取多级电磁感应线圈炮具有代表性的首端-中部-尾部驱动线圈搭建电磁-结构耦合分析模型，由麦克斯韦方程组得到了电涡流场的控制方程，分析了驱动线圈反作用方程及反作用力，通过运用ANSYS电磁-结构分析工具，结合工程实际，对多级电磁感应线圈炮驱动线圈的电磁-结构耦合进行仿真分析，分析了多级电磁感应线圈炮级间电磁力耦合特性。表明多级电磁感应线圈炮位于不同部位的驱动线圈触发后运行的动态特性有所不同，驱动线圈级联运行存在电磁耦合现象，在相同电枢、相同脉冲电源触发供电运行时，该耦合力幅值受到驱动线圈级间距影响。

随着现代军事科技的发展，火炮武器装备在作战过程中的重要性得到加强。轻量化是提高火炮机动性、平台适应性、作战人员战场生存能力的重要途径，在火炮设计中具有重要意义。从轻量化的主要思想出发，介绍了轻量化一般采用的方法。分析对比了材料轻量化通常使用的减重材料及应用场合；按照结构轻量化的设计流程，结合工程实例，分别介绍了拓扑、形状和尺寸3种优化方法及其之间的相互关系；探讨了多学科设计优化的设计理念，结合实践介绍了其取得的良好减重效果；总结对比了各种轻量化设计方法的特点及发展趋势，为火炮的轻量化设计提供参考。

炮口制退器是火炮上重要的减后坐力装置，可以有效降低后坐力和后坐位移。但随着炮口制退器制退效率的提高，炮口超压值带来的危害显著增大。针对某型高效率炮口制退器带来的炮口超压值过高的问题，提出一种基于封闭反射膨胀原理的身管装置。采用N-S方程和k-e两方程模型，建立含弹丸的三维数值模型，应用动网格技术和用户自定义函数(UDF)模拟弹丸在发射过程中的运动。通过实验和仿真结果发现，安装炮口装置和身管装置的方案与只安装炮口装置的方案相比，在制退效率仅下降了3%的情况下能够实现监测点的超压峰值下降约60MPa,为火炮减后坐力方法提供了新思路。