高炮初速及身管寿命预测试验研究

高炮要准确射击必须准确确定和修正初速偏差量。火炮初速的改变、寿命的结束与身管的烧蚀和磨损直接相关。通过测量近百根身管的药室增长量和炮膛径向磨损量,挑选出13根径向磨损量有一定间隔的身管,并用这些身管进行了初速试验。试验反映出径向磨损量比药室增长量对初速有更强的相关性。根据不同身管的径向磨损量和初速之间的关系,建立了初速偏差量预测模型和身管剩余寿命公式,取得了初速偏差量误差小于1%的预测精度,该预测方法特别适合于部队作战使用。     

基于空间坐标解算的火炮调炮精度检测方法研究

针对火炮调炮精度检测方法中存在的不足，提出了一种利用双经纬仪和计算机组成测量系统进行火炮调炮精度检测的新方法。通过建立测量系统的数学模型，得出了坐标系内任意点的坐标计算公式。在此基础上，结合火炮瞄准装置校准过程的相应情况推导出了火炮实际调炮角度的解算模型。该解算模型只需2台经纬仪同时测出炮身轴线上2个设定点在调炮前后的方位角和高低角，通过计算就可得出其实际调炮角度。以此为基础的调炮精度检测方法能提高火炮调炮精度检测的快速化、准确化和自动化。     

常见膛线质量问题对火炮的影响及工艺措施

机械拉削身管膛线时存在的主要质量问题是偏线、膛线起点不均匀和波纹。偏线较多发生在膛内起点部位。膛线起点不均匀产生的主要原因是：镗出的坡膛孔对炮膛轴线偏心、坡膛的椭圆度及刀头套表面与炮膛的间隙过大，使所定的刀具位置在圆周上不齐。振动波纹的出现是因为拉刀头的导向部磨损或调整不当，以及与炮膛的配合间隙过大，因而在膛线底部产生波纹。对火炮射击过程的影响进行了分析。从工艺角度提出了解决这些质量问题的措施。     

火炮瞄准线偏移量检查新方法及其精度分析

分析了瞄准线偏移原理与形成原因，提出了以激光束替代炮膛轴线，并以此光线标示炮后铅垂线，用传感器检测瞄准偏移量的新方法，并对该方法进行了精度分析，提出了提高检查精度的具体措施。     

火炮调炮精度检测技术

将测绘专业中双经纬仪空间交会测量空间点三维坐标的原理引入火炮调炮精度检测,通过测量火炮身管上2点的空间坐标,确定炮膛轴线的高低角和方位角,经过计算机的处理可得到被测火炮的调炮精度,该测量方法具有精度高、成本低的特点.     

自动直瞄方式在某型自行火炮上的应用研究

某型自行火炮在实际应用中存在目标可见但不能直接瞄准的现象,为了弥补这一缺陷,引入自动直瞄方式代替传统直瞄方式。自动直瞄方式是使用激光测距仪测量火炮至目标直线距离,结合当前身管方向和姿态,求解出大地坐标系下的炮目高差和炮目距离,采用3D弹道解算模型求解出射击装定诸元,经过操瞄解算得出调炮诸元。试验结果表明,自动直瞄方式系统反应时间短、瞄准精度高、使用范围广,能够对视场内任意目标进行直接瞄准,性能优于传统直瞄方式。     

数字式高炮身管疵病探测仪的设计

高炮射击时身管疵病会对火炮的射击精度和使用安全造成重大影响,应用光机电控制技术和CCD成像技术,结合炮膛结构特点设计了高炮身管疵病探测仪。该装置通过多摄像头组合,实现了360°全景成像,观察内膛表面形貌,对身管内膛表面进行定性及定量检测,具有疵病自动定位、疵病类型自动比对、大小自动测量等功能。系统可在驱动装置的驱动下沿着身管轴线移动,对炮膛表面疵病进行有效地识别和综合评定。     

3D激光雷达测量调炮精度的检测方法与精度分析

火炮武器装备调炮精度直接影响武器系统射击精度。基于3D激光雷达工作原理,结合火炮武器装备调炮工作过程,将3D激光雷达扫描测量空间点三维坐标的测量原理应用于火炮调炮精度检测,提出一种针对火炮调炮精度的检测方法。通过测量模型搭建,使用3D激光雷达扫描火炮身管(或火箭炮定向管)上能代表其轴线方向上的两个工具球,测量得到代表火炮身管轴线方向的两个工具球球心的三维坐标,进而解算出调炮后火炮身管轴线的方向角度和高低角度变化量;并开展测量精度分析和实验验证。该测量方法不仅具有测量精度高、测量简便的特点,还可以提高测量的自动化程度。     

基于全膛烧蚀磨损特征的火炮内弹道仿真研究

为提高烧蚀火炮内弹道仿真精度,在文献\[1\]火炮烧蚀内弹道理论基础上,保持火药几何燃烧定律、火药燃速定律和体现起始部膛线烧蚀的弹丸起动压力方程不变,通过对变炮膛截面积、变药室容积、弹后烧蚀容积增量等全膛烧蚀磨损特征的分析和计算,建立体现全膛烧蚀的弹丸运动方程和内弹道基本方程,从而建立烧蚀磨损内弹道模型。借鉴经典内弹道诸元解算方法,导出烧蚀磨损内弹道模型解算方法。以某火炮试验数据为例进行仿真烧蚀磨损内弹道计算,仿真结果表明：初速仿真值与试验值误差为0.9%,能够满足火炮工程实践3%的仿真误差要求;仿真精度优于文献\[1\]的火炮烧蚀内弹道方法,证明了所建立的烧蚀磨损内弹道模型和诸元解算方法是正确的,可用于烧蚀磨损火炮身管寿命预测。     

自行高炮射击线稳定性分析

通过理论分析与仿真计算,对自行高炮系统火炮射击线所采用解算式两轴稳定方式进行了定性、定量分析,通过对自行高炮系统稳定与跟踪结构部分的分析,将该系统的跟踪通道与稳定通道进行了一定的分离,研究在稳定通道里影响稳定解算精度的因素。分析表明(βH,εH)偏离(β,ε)越大、载体姿态角测量值误差越大、εH越大,对βt的解算误差就越大。该系统在载体静止状态下,射击线的指向精度较高。而在摇摆情况下射击线的指向误差在航路捷径处较大,特别是方位上射击线指向误差在整个航路都较大。所建模型通过仿真计算,验证了建模结构与系统分析的正确性。     

枪械瞄准角变化量三维坐标测试方法与仿真

为完成枪械瞄准角变化量测试,提出一种新的高精度枪械瞄准角测试方法。在三维坐标测量机上,选取枪械身管上某一位置作为原点建立坐标系测试瞄准角,解决了传统方法中用平板和调整夹为枪械定位耗时长、精度低的问题。分析了新方法和传统方法的测试原理,经测试误差公式推导发现新方法在理论上累积测试误差更小。通过 SolidWorks 建立枪管仿真模型导入 ANSYS 划分网格后,将实际试验中测试数据的平均值作为载荷施加于仿真模型上,进行仿真分析,确立了在三维坐标测量机中以枪械身管建立坐标系的原点选取。在验证性试验中,拟合实际测试结果数据发现具有很高的一致性。试验结果表明：新方法在枪械瞄准角实际测试中操作方法简单、精度高,满足枪械瞄准角变化量测试要求。     

某小口径枪械内弹道时期枪管的动态响应研究

为了研究内弹道时期枪管的动态响应规律,基于3D-DIC数据采集系统得到了内弹道时期枪管的动态响应,建立了随动边界条件下枪管热弹耦合模型和枪管振动有限元模型,并将有限元模型计算结果与协同仿真模型结合,采用随机理论模拟100 m立靶的弹丸落点。有限元结果得到了试验的验证。研究表明:随动边界会导致枪管的应力响应沿着轴线方向存在极大的不均匀性,并且热载荷的作用会提高枪管内壁的应力响应峰值,内弹道时期枪口振动响应大致可以分为下垂—回弹—下垂3个部分,利用简化后协同仿真模型能较好地预测小口径武器单发射弹散布。     

基于流固耦合的某速射火炮身管温度场仿真计算

身管液冷技术在陆基防空反导小口径自动炮和舰载中、小口径火炮中被广泛采用，研究身管液冷状态下的温度分布对于火炮发射安全性和武器效能具有重要意义。以某速射火炮为对象，采用热一流一固耦合的研究方法，将传统的温度场计算方法割裂的固体计算区域和流体计算区域祸合在一起，建立了统一的流固传热数学模型。此外，使用计算流体动力学( CFD)计算方法，计算了材料性能与温度相关的身管系统的瞬时温度历程，并讨论了不同速度的冷却水流对身管温度的影响。研究表明：炮身水流外冷却方式对于外壁的冷却效果非常明显，沿径向向内，水流带来的温度降幅逐渐减少；靠近炮管外壁表面的冷却水流薄层温度变化很大；当入口水流超过～定速度时，通过增加流速带来的身管温度场下降很小。     

一种基于响应面法的火炮身管设计参数灵敏度分析计算方法

火炮身管在弹丸发射时反复承受着高温高压火药燃气的冲击载荷,为提高火炮身管的安全性,研究其可靠性具有重要的现实意义。以火炮身管为研究对象,考虑几何和载荷参数的随机性,对其进行参数化建模,通过混合模拟(有限元、蒙特卡罗、响应面三者结合)的方法,通过引入参数灵敏度分析,定量地判定出随机参数对结构响应的影响程度。该方法计算量小,拟合精度高,速度快,可为身管设计提供帮助。     

火箭炮摇架水平台与基准管轴线一致性光电检测系统研究

介绍了火箭炮摇架水平台与基准管轴线一致性的光电检测技术原理和方法。采用1”激光自准直仪和四象限硅光电池确定基准管轴线，由2”电子水平仪测量并显示基准管轴线与摇架水平台的夹角值和倾斜方向，该测量值可实时传送给计算机处理。设计了包括炮口定位瞄准装置和摇架定位调整装置在内的测量系统，并进行了精度分析，其测量精度为σ≤11.8”．     

基于单目视觉的火炮身管指向静态测量

为解决自行高炮(SPAAG)火控系统精度测试过程中身管指向测量这一难点问题,提出了一种基于单目视觉的非接触直接测量方法。将棋盘状平面模板作为标志物固定到火炮身管上,使之位于相机视场范围内,测量身管在任一位置的高低角与方位角。首先利用Harris角点检测方法提取到角点坐标,进行相机成像模型的解算(相机标定),得到相机的内参。然后根据多点透视（PnP）问题解的稳定性,结合最小二乘拟合算法得到相应位置的外参矩阵。最终根据身管的运动模型以及标志物与之的相对位置解算出身管的两个指向角。仿真和实验均验证了该方法的可操作性和准确性。     

远程火炮弹丸起始扰动的动力学特性

为研究远程火炮射击时弹丸起始扰动的形成机理,基于凯恩动力学方法建立火炮动坐标系下弹丸动力学模型。基于该模型提出火炮运动环境下的弹丸运动描述方法,给出弹与炮相互作用力和力矩的表达式。结合工程实际,对弹丸在发射过程中运动规律进行理论研究。通过仿真验证弹与炮间隙、弹丸质量偏心、膛内火药气体泄漏以及身管弯曲、身管弹性振动和炮架跳动对弹丸起始扰动的影响。结果表明：膛内火药气体泄漏会造成弹丸膛内运动异常,产生恶劣的起始扰动;身管弯曲和身管弹性振动对起始扰动有明显影响,炮架跳动对弹丸膛内运动及起始扰动影响不是很大;研究成果可为改进远程火炮设计和提高射击精度提供重要理论参考依据。     

基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测研究

为研究枪管内膛损伤机理、提高枪管寿命,提出了基于枪管镀层界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测方法。根据身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了热压耦合应力作用下的枪管镀层界面剪切失效模型。以某5.8 mm小口径步枪枪管为研究对象,计算一个冷却周期150发 弹连续射击过程中的枪管界面剪切应力,结合随温度变化的枪管材料抗拉强度数据对枪管寿命进行了预测。研究结果表明：预测结果与寿命试验结果高度吻合,验证了寿命预测模型的可行性与正确性;以镀层界面剪切疲劳寿命来预测枪管寿命是有效的,镀层界面剪切疲劳失效是导致枪管寿终的重要原因。     

基于蒙特卡洛模拟的身管疲劳寿命加速试验与分析

为解决身管疲劳寿命试验时间长、费用高等问题,提出对身管进行加速寿命试验。基于蒙特卡洛方法对身管疲劳寿命的加速试验进行模拟,得到身管疲劳寿命的分布规律,同时对加速试验的基本假设进行验证,并估计出加速模型的参数。研究表明,身管的疲劳寿命在不同加速应力水平下均服从对数正态分布,加速因子与应力水平呈指数关系,通过加速模型估计的正常应力水平下身管疲劳寿命值与试验值之间的误差较小,验证了身管疲劳寿命加速试验的可行性。该研究为今后开展身管疲劳寿命的加速试验以估计身管疲劳寿命提供了一种理论方法。