膛内时期弹丸与身管碰撞过程分析

弹丸与身管碰撞是影响弹丸膛内动力响应的主要因素之一。基于建立的弹丸身管耦合非线性动力学模型,分析了膛内运动时期弹丸前定心部与身管的碰撞过程,包括碰撞力大小和碰撞状态,并分别研究了身管有无弯曲、弹丸质量偏心等因素对碰撞过程的影响。结果表明:将弹丸简化为刚体来研究弹炮耦合过程存在局限性;身管弯曲和弹丸质量偏心均使碰撞力增大,其中身管弯曲相对于无弯曲使碰撞-弹回运动次数增加,弹丸质量偏心使贴膛运动时间延长。分析结果加深了对弹丸身管碰撞物理过程的认识,可为进一步深入研究弹丸膛内运动提供理论指导。     

弹管横向碰撞对身管动力响应的影响

研究了火炮射击过程中弹管间隙和加速移动质量对身管振动的影响,利用接触、碰撞模型描述了弹丸与身管之间的作用过程,把身管简化成等截面悬臂梁,根据Bernouli-Euler初等梁理论建立了身管振动方程,用模态分析法求解了身管振动方程.计算结果表明:考虑弹管间隙后身管振动幅度比不考虑间隙时要大得多,由于非线性方程的解对初始条件敏感,弹丸起始位置的变化对身管炮口位移的影响较大.所建模型基本上描述了系统的动态特性,为研究弹炮耦合问题提供了一种简捷、有效的方法.     

火炮身管的横向振动

将火炮简化为悬臂梁,考虑剪切变形、回转惯性力矩、火炮后坐加速度、弹丸惯性力矩和陀螺力矩等的作用,得火炮身管横向振动的二阶偏微分联立方程。可用于确定内膛弯曲度、身管热变形、弹丸偏心率、内弹道诸元和身管结构等对射弹散布的影响。     

弹丸与身管耦合振动问题的迭代解法

为实现弹丸与身管耦合振动模型的快速准确数值计算,提出了弹丸与身管耦合振动问题的迭代求解方法。在分析弹丸与身管耦合振动动力学特性基础上,通过将弹丸在身管内运动时间离散化,实现了耦合振动连续过程离散化。基于微分方程理论,利用迭代计算方法对弹丸在身管内运动时对身管上各个点引起的耦合振动进行求解,进而求解出弹丸连续移动时对身管引起的耦合振动。在考虑弹丸惯性效应和梁的曲率变化条件下,构建了迭代解法的程式化流程,使得该方法更加易于实现数值计算。利用该方法对弹丸与身管耦合振动模型进行数值求解,结果表明该解法能快速有效地实现对弹丸与身管耦合振动问题的求解。     

身管与弹丸的熔融磨损模型与研究

针对身管的烧蚀磨损会制约武器的进一步发展的问题,提出一种身管与弹丸的熔融磨损的计算方法。通过分析管与弹丸发生熔融磨损过程,将摩擦学和流体力学相关理论运用到身管与弹丸的高温、高速摩擦作用中,建立了身管与弹丸的熔融磨损模型,推导出了熔融润滑状态下的熔化液熔化速度、熔化液厚度及摩擦系数的计算公式,并以某加农炮为例对所建模型进行理论计算与分析。计算结果表明：该方法较好地符合了现有的摩擦学理论,为深入研究身管武器的烧蚀磨损机理提供了理论基础。     

基于温度修正的弹丸挤进身管过程摩擦模型

弹丸挤进身管过程中,弹带与身管之间的摩擦特性不仅对内弹道特性产生影响,而且影响对身管寿命的预测。在弹丸挤进过程中,弹带与身管之间的摩擦具有高速高接触压力特性。基于弹丸挤进过程中的弹带变形机理,提出一种新的描述弹带与身管之间摩擦特性的摩擦模型,该模型考虑了接触压力、滑移速度以及连发射击时温度升高导致弹带表层熔化的影响;建立热力耦合的弹炮匹配有限元模型,分析弹丸挤进过程弹带应力及温度变化,并与文献［24-25］提出的摩擦模型进行对比验证,研究弹丸挤进过程中的弹丸速度和弹带表层温度变化规律。结果表明：新的摩擦模型能够准确描述弹丸挤进过程中弹带与身管之间的摩擦特性。     

速射身管武器外弹道弹丸同时穿过光幕概率分析

在速射身管武器射击密集度试验中,一个身管先后射出的多发弹丸可能会同时穿过一个光幕面。 在此情况下,某些光电靶测试系统无法测量到弹丸的外弹道参数。为了能获得这些测量值,必须对此现象做出定性分析,为选择出一种合理的光电靶测试系统来提供参考。对弹丸同时穿过光幕的现象做出简化数学描述;基于弹丸速度确定及不确定两种条件,分别构建弹丸同时穿过光幕概率的两种数学模型;根据最优化数学模型获得弹丸同时过幕的概率与其飞行距离的变化规律,确定了弹丸过幕的概率临界距离、直射距离上最大过幕的概率以及任意距离段上弹丸同时过幕的概率3项重要参数。经试验验证,经过合理选择的光电靶测试系统,可避免弹丸同时过幕而对试验数据造成的影响。     

火炮身管阳线损伤机理分析

某大口径火炮实弹射击中,身管阳线起始段出现双侧棱边断裂损伤,为揭示阳线损伤故障原因,进而采取措施避免损伤复发,基于动态非线性有限元方法,建立了弹丸身管耦合系统非线性有限元分析模型,综合考虑了弹丸装填不到位、初始装填角、非均匀摩擦、弹炮间隙多因素对弹丸身管耦合系统动力响应的影响。在此基础上,研究了弹丸装填不到位造成的冲击加载对身管材料动态性能的效应。结果表明,弹丸挤进过程在阳线起始段引起的等效应力已接近身管材料动态屈服极限,同时,弹丸装填不到位使弹带与身管撞击力提高约3.7倍、身管材料动态断裂韧性降低35.6%,最终导致阳线起始段局部双侧棱边的断裂损伤。验证试验复现了阳线损伤现象,确认了阳线损伤机理理论分析的正确性。     

迫击炮弹丸与身管配合间隙优化设计

针对迫击炮弹丸出炮口时的尾翼颈部折断问题,考虑弹丸前定心部与膛壁的摩擦,建立了迫击炮弹丸与身管耦合系统的有限元模型,对弹丸膛内运动过程进行了仿真计算,得到弹丸起始扰动,以出炮口时刻弹丸起始扰动的位移、角位移和角速度构建优化目标函数,以弹丸与身管配合间隙为设计变量,基于Isight软件提供的多目标优化方法对弹丸起始扰动进行优化设计,得出了相对最优配合间隙值。结果表明,迫击炮弹丸与身管配合间隙对弹丸起始扰动影响显著,优化后出炮口时刻弹丸质心位移、角位移和角速度均明显减小,该结果对迫击炮弹丸与身管的匹配设计具有一定参考价值。     

信息窗

身管兵器，又称身管武器，是以火药（也称发射药）为能源，利用在半封闭的管形容器（称为身管）内燃烧的火药所产生的高温高压燃气压力加速弹丸等战斗部，使之在膛口获得要求的初始速度和射向，实现将弹丸准确地发射到预定的目标上的目的。科学技术的发展和战争的需求，不断拓宽身管兵器的内涵和外延。身管兵器已经从一种管状兵器，发展成为集机械、电气、信息、控制等技术于一身的武器系统。身管兵器目前广泛装备于陆、海、空各军兵种。     

某自行高炮动力学分析

结合某自行高炮的工程实践，对自行高炮的射击过程进行了动力学分析与研究。把自动机与全炮动态耦合为一体，尝试建立了新的力学模型；同时考虑身管弹性变形，建立了火炮发射时的多刚体动力学模型。运用Kane-Huston方法推导了高炮射击时的运动微分方程组，对高炮模型进行了动力学仿真计算与分析，获得了全炮的动态响应。     

火炮高平机参数辨识与灵敏度

为准确模拟高平机在火炮发射状态下的动态响应, 基于含气油液压缩模型和油缸膨胀刚度,结合高平机结构构型,建立火炮发射状态下的某高平机动力学模型。采用多体动力学仿真软件ADAMS完成高平机参数化模型建模,确立高平机模型中的待辨识参数。根据某车载炮射击试验数据和火炮发射动力学模型,引入粒子群优化算法对高平机参数进行辨识,获得高平机模型参数值。辨识后模型输出结果与试验数据吻合良好,验证了模型精度及参数辨识结果的有效性。对影响火炮俯仰运动的高平机参数进行灵敏度分析,分析结果表明,高平机油液含气量、油缸初压等若干参数对火炮起落部分俯仰运动的影响较大。     

基于动力学仿真的车载火炮射击稳定性优化

为了提高车载火炮系统射击稳定性，基于动力学仿真和优化方法进行后坐稳定性和复进稳定性优化研究。采用多体系统动力学建模理论和方法建立全炮系统动力学模型，结合优化设计理论和方法，建立车载火炮射击稳定性优化模型。采用遗传算法，对火炮系统的射击稳定性进行结构参数和动力学参数的优化。优化结果表明，优化后车载火炮系统的射击稳定性得到很大提高，同时也验证了优化模型的正确性和优化算法的可靠性。     

7.62mm机枪枪身在模拟弹性枪架上的动力学分析

对带弹性枪架的机枪系统动力学问题进行了分析研究，构造了机枪系统（射手、机枪、土壤系统）的二自由度动力学模型。作为实例，计算了67－2式7.62mm机枪枪身及其自动机的运动规律，并进行了实验，最后将结果作了对比分析，并对提高机枪研制水平提出了建议。     

高射频内能源转管炮动态响应优化

为改善内能源转管炮动态响应性能,以某高射频小口径舰炮为对象,对其动态响应进行优化设计.建立转管炮虚拟样机模型,对身管进行柔性化处理,对全炮进行动力学仿真,计算得到转管炮动力响应特性曲线,基于Isight软件平台,对仿真模型进行了多目标优化,对基于优化后的火炮的动态响应结果进行了射击密集度仿真.研究结果表明:优化后炮口最大纵向振动位移减小1.43%,最大后坐阻力减小7.23%,后坐最大位移减小5.63%,射击密集度得到了改善.该研究为提高内能源转管炮射击精度和自动机的结构优化提供了参考.     

火炮发射动力学的三维实体仿真

分析了三维实体可视化仿真在自行火炮研制设计过程中的重要意义 ,建立了基于 I-DEAS的某自行火炮的三维实体模型 ,提出了通过 I-DEAS的 OpenArchitecture编程 ,将设计计算过程与动画制作过程同步的方法 ,完整、准确地实现了某自行火炮发射动力学的三维实体动态仿真 .     

有任意个集中质量的转管炮的固有振动

建立了带有任意个集中质量的分布质量炮管的转管炮系统横向自由振动运动学模型；求得了该系统固有振动频率和振型函数的精确解析式；阐明了转管炮的动频和相应振型与对应静频和相应振型及转动角速度之间的精确关系。最后给出了电算结果，讨论了集中质量的大小和位置对系统频率的影响，指出了转动角速度对系统动频有很大的影响，指出了转动角速度对系统动频有很大影响，提出了减小转管炮系统射弹散布的技术途径。本研究结果为提高转管     

火炮后坐复进运动动态检测与模糊评估

射击后火炮后坐、复进运动检测与评估是火炮发射安全性、动作可靠性与射击精度的保证。通过检测火炮射击时后坐、复进位移与复进机压力信号，并应用小波变换算法对测试信号进行滤波，分析得到火炮后坐位移与复进到位速度值；应用模糊理论建立了火炮后坐、复进运动动态模糊评估模型，并评估该火炮的实际射击状态。用实例验证了动态模糊评估模型及结果的正确性及有效性，结果表明该方法简单实用，符合实际射击情况，为火炮后续故障诊断奠定了基础。     

基于自适应鲁棒控制的坦克俯仰系统建模与仿真

为准确描述坦克行进间的火炮俯仰系统,利用动力学软件RecurDyn建立了坦克行进间多体系统动力学模型,并通过仿真与试验初步验证了模型的可信性。对以永磁同步电机(PMSM)为执行机构的火炮俯仰系统进行了动力学建模分析,并建立了火炮俯仰系统的数学模型。在此基础上,针对传统三环结构控制效果不佳的问题,设计了火炮俯仰位置伺服系统自适应鲁棒控制器,以及对系统扰动进行反馈补偿的干扰观测器,完成了控制器的稳定性分析,并建立了火炮俯仰系统控制模型。最后,通过接口模块实现了坦克俯仰系统的联合仿真。仿真结果表明:本文建立的坦克行进间多体系统动力学模型具有一定的合理性,设计的火炮俯仰位置伺服系统控制策略具有较好的阶跃响应和瞄准稳定性能以及较强的鲁棒性和抗干扰能力。     

膛口制退器效率对某新型全枪浮动原理大口径机枪的影响研究

为研究膛口制退器制退效率对采用全枪浮动原理的某新型大口径机枪浮动性能的影响,建立了基于浮动原理且考虑土壤和人体影响的某新型大口径机枪的刚柔耦合模型,对含膛口制退器的机枪系统进行动力学仿真并与试验结果进行对比分析,验证了该模型的正确性;获得了某新型大口径机枪实现全枪浮动的膛口装置制退效率的允许取值范围。结果表明,所建立含膛口制退器的实际某新型大口径机枪刚柔耦合模型精确可靠,所设计的膛口制退器实际制退效率为35.9%,其实现全枪浮动的膛口制退器制退效率的理论取值范围为22.5%~50.0%.