运动激励下身管动力学特性研究

身管振动是影响火炮射击精度的重要因素,针对弹丸膛内高速运动冲击下的身管振动问题,建立了移动弹丸作用下身管的横向振动模型,导出了无质偏弹丸激励下的动力学方程,并采用分离变量法求解了身管振动的动力学响应;对不同弹速激励下的身管振动响应进行了数值仿真,讨论了弹丸运动速度与炮口振动幅度的变化规律;研究结果表明:欲抑制火炮发射时的炮口振动,弹丸膛内的运动速度应尽量取得大些;建立的模型与采用的分析方法,亦可用于电磁轨道炮的动力学研究。     

某自动装填机械手设计与仿真研究

针对弹药自动装填系统智能化、无人化的发展趋势,以某大口径火炮装填系统研究为背景,设计出一种由机械臂与二指抱爪构成的新型自动装填机械手,可实现在三维空间中进行作业,以此实现对弹丸的抓取以及弹丸位置的改变。根据弹丸的形状尺寸设计二指抱爪,所设计的二指抱爪可稳定地抓取弹丸,在抓取弹丸之后可实现二指抱爪的锁定,对电磁铁上电可实现二指抱爪的解锁,解锁之后可保证二指抱爪与弹丸顺利脱离;由弹丸位置的改变及装填的具体动作设计机械臂,保证所设计的机械臂与二指抱爪连接可靠,利用D-H参数法建立了机械臂运动学模型,并求得机械臂的运动学方程,通过控制机械臂的运动可实现装填动作的完成。利用三维建模软件建立装填机械手模型,且在模型建立后,利用动力学仿真软件RecurDyn对装填机械手进行运动学仿真,由此验证装填机械手设计的合理性,为加工与研制该自动装填机械手提供重要依据。     

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。     

弹丸回转库的结构设计与仿真

为满足火力武器弹药补给的需求,设计一款适用于弹药输送车的弹丸回转库.根据弹丸回转库的组成结构和工作方式,建立3维结构模型,采用动力学方法,分析弹丸回转库典型工况的受力状态,通过专用计算软件,获得弹药的传输时间和传输精度,并通过虚拟样机仿真得出满足弹丸回转库的设计要求.仿真结果表明:该方案能够在规定时间内完成弹丸的传送,传送位置精度高,具有一定的参考价值.     

基于虚拟体的身管多体动力学模型研究

为了建立相对准确高效且充分考虑弹丸接触力等外加载荷影响的柔性身管模型,通过将虚拟体引入身管系统,提出了一种柔性身管的建模方法,推导了虚拟体在系统中的约束方程和身管的多体动力学方程.以某型履带式自行火炮为例,引入身管的多体模型,获得了在相同射击条件下试验测试数据与仿真计算结果的对比曲线.分析表明,应用该方法构建的柔性身管模型能够描述弹丸接触力等外加载荷的作用,并可以较精确地计算火炮的炮口扰动和身管的弹性振动.     

臂式输弹机的结构设计和仿真分析

介绍了臂式输弹机构的结构和动作原理,并以122 mm口径弹丸的输送为例,根据输弹机构的结构及动作原理,建立了输弹机构的虚拟样机.通过分析计算和动力学仿真及对仿真结果的分析,得出臂式输弹机构动作稳定、在强制输弹行程相同及强制输弹行程结束时弹丸获得相同速度的前提下,与推弹力为定值时相比,具有完成推弹动作的时间短和更有利于弹丸加速的结论.     

考虑惯性效应的移动弹丸作用下身管振动特性

为研究火炮发射过程中弹丸激励下的身管振动特性,建立了弹丸膛内运动冲击作用下考虑其惯性效应的身管横向振动方程,采用小参数解法,给出了方程级数形式的解析解.针对弹丸有、无质偏2种工况,对不同运动参数下身管的振动特性进行了数值仿真.讨论了不同运动参数对炮口处的振动影响规律,并给出了定量分析结果,探究了弹丸连发激励下的炮口振动...     

高炮发射动力学仿真技术研究

本文以概要方式介绍了高炮发射全过程的动力学仿真技术,论述了以计算机数学仿真技术为手段,通过建立以振动理论为基础的高炮的空间动力学模型,用内弹道理论和自动机理论分析得到高炮射击时的载荷,计算火炮模型在射击载荷下的动态响应,然后以炮口振动确定弹丸的初始扰动,再以外弹道理论预测射击精度,通过计算机仿真高炮从点燃底火,经弹丸在膛内运动,自动机运动,火炮振动到弹丸飞离泡口,到撞击预定目标的发射全过程,分析影响高炮射击精度的主要因素,为高炮设计研究人员在计算机上分析高炮的主要性能,确定或修改设计方案,以及为高炮总体方案设计,结构优化设计提供技术基础和工具。     

基于小波变换的火炮动力学分析

为了获得弹丸膛内运动的时频综合特性,利用小波变换的方法对弹炮耦合动力学响应进行时频分析研究.建立了弹丸和膛线碰撞的火炮多体系统动力学模型,通过动力学计算,得到了弹丸横向加速度随时间变化的曲线.由于小波变换在时域和频域上均具有良好的局部性,且无需对信号进行时域同步平均,采用连续小波变换对弹丸加速度响应进行了分析,生成了时频相平面图,可以直观地描述弹丸碰撞发生的时刻和能量,为深入分析弹丸的运动状态提供依据.     

后坐体结构参量对弹丸起始扰动的影响

建立轻型火炮弹炮耦合有限元动力学模型,采用控制单一变量变化的方法,研究后坐体质量、质心位置、动力偶臂变化对弹丸起始扰动的影响.通过动力学计算,减小炮口制退器质量和动力偶臂以及保证后坐体质心位于前后支点之间对降低弹丸起始扰动是有利的,为轻型火炮后坐体结构参量合理匹配提供参考.     

具有参数区间不确定的协调器保性能优化

为了解决协调器优化设计中的不足,提出了基于参数区间不确定分析的保性能优化方法。该方法考虑工程设计中关键尺寸或材料参数变化的区间性,通过将参数区间变化从参数变差空间映射到目标和约束空间,得到的目标和约束性能退化估计作为原优化问题的附加约束,形成外层、内层的优化结构。某火炮协调器的优化结果证明了该方法在解决具有参数区间不确定的复杂工程优化问题上的有效性。     

基于FPCA与DEELM的弹药协调机械臂性能故障诊断

为了实现弹药协调机械臂定位精度超差的性能故障诊断,提出了一种基于函数型主成分分析(FPCA)与差分进化极限学习机(DEELM)结合的故障诊断方法.建立了协调机械臂的动力学解析模型,进行了标准状态下协调过程的仿真分析,同时对协调机械臂实验台架进行了相同状态的协调过程测试,二者输出的支臂角位移曲线吻合较好;利用协调机械臂的...     

火炮弹药协调器区间不确定参数辨识

火炮弹药协调器是一个复杂的多参数机电液一体化系统,在建立其动力学模型时,某些对系统性能有重要影响的不可测或难以测量的参数,只能通过辨识的方法获得。为了实现弹药协调器的参数辨识,在Simulink中建立弹药协调器的动力学模型与控制模型,并利用区间数描述系统动作过程中的不确定参数;利用区间序关系转换模型,将存在区间不确定参数的辨识问题转换成确定性优化问题进行求解;以协调器支臂角速度曲线的相似度作为优化目标,利用差分进化算法实现了弹药协调器的参数辨识;利用仿真数据确定了此方法的辨识精度满足要求,并利用测试数据对真实系统的参数进行了辨识,验证了此方法的可行性和有效性。     

Optimal Guaranteed Cost Control Algorithm for Automatic Chain Shell Magazine

The automatic chain shell magazine is the primary subassembly of the automatic ammunition loading system of a big-caliber howitzer. Due to the change of the shell amount in the magazine during firing, its positioning control is a kind of control problem of systems with uncertain parameters. In order to realize accurate control of shell position, an optimal guaranteed cost control algorithm based on linear matrix inequality (LMI) theory was put forward. The motion equations of the magazine were built, and the motion equations for four special load situations were linearized; according to the basic theory of the guaranteed cost control, the motion equations were written as the standard forms for linear uncertain systems; the optimal guaranteed cost control law for the position control of the magazine was obtained by use of LMI toolbox in MATLAB package. Using this control law, the controlled dynamic simulation of the shell magazine was carried out. The simulation results indicate that the control algorithm has high control precision.     

弹药协调器动作可靠性估计

弹药协调器定位故障是火炮弹药自动装填系统的典型故障,其动作可靠性受多个不确定性因素影响,显式的极限状态方程难以获得。为计算协调器动作可靠性的定量数值,对协调器进行了不确定性建模,并根据标准状态的测试数据对模型进行了修正,构建了基于径向基神经网络的代理模型以提高计算效率,将网络输出与原始样本数据进行对比。结果表明,径向基神经网络能够很好地拟合原始模型。对代理模型进行了Monte-Carlo仿真分析,求解了定位误差的概率分布,弹药协调器的动作可靠性估计值为92.48%。     

拨弹轮齿数对供弹运动的影响分析

为保证炮弹在动态交接过程中炮弹速度的平稳性和交接的准确性,分析供弹交接单元中拨弹轮齿数对炮弹交接过程的影响。以某小口径自动机无链供弹系统为例,建立供弹交接单元的动力学模型,对拨弹轮在不同齿数情况下进行炮弹交接仿真分析,得到炮弹速度曲线图,并分析了炮弹与拨弹轮之间的碰撞力。结果表明,拨弹轮齿数的不同对炮弹在不同单元之间的交接有直接的影响,当前后交接单元齿数相同时,炮弹交接速度最平稳可靠。随着供弹速度的不断提高,炮弹与拨弹轮之间的接触力也不断增大。     

拨弹轮齿数对供弹运动的影响分析

为保证炮弹在动态交接过程中炮弹速度的平稳性和交接的准确性,分析供弹交接单元中拨弹轮齿数对炮弹交接过程的影响。以某小口径自动机无链供弹系统为例,建立供弹交接单元的动力学模型,对拨弹轮在不同齿数情况下进行炮弹交接仿真分析,得到炮弹速度曲线图,并分析了炮弹与拨弹轮之间的碰撞力。仿真结果表明：拨弹轮齿数的不同对炮弹在不同单元之间的交接有直接的影响,当前后交接单元齿数相同时,炮弹交接速度最平稳可靠。随着供弹速度的不断提高,炮弹与拨弹轮之间的接触力也不断增大。     

水下航行器壳体结构多目标优化设计研究

针对大深度水下航行器壳体结构多目标优化问题,提出一种基于自适应响应面的多目标优化方法。该方法利用实验设计得到初始点,利用响应面构造近似模型,初次优化得到Pareto解集。引入一种空间采点法,均匀得到Pareto解样点,使用高精度有限元分析技术校核后补充到初始样本集,通过一种渐近全局策略使近似模型最终满足精度。利用灰色关联分析法处理Pareto解集。结合水下航行器壳体结构实际情况,提出一种多级标度赋权法,在获得各目标权重后从Pareto解集中挑选出满意解,优化后与传统经验公式结果相比,在满足近似精度的前提下,总体性能有了一定提高。     

脉冲修正弹药动态稳定性分析

为保证脉冲修正弹药控制系统的鲁棒性,分析研究了基于脉冲发动机直接力控制的2维修正弹药的飞行动态稳定性,建立了弹体六自由度模型和传递函数模型,求出弹体在受脉冲力扰动时弹体攻角变化,以此分析弹体动态稳定性.分析了单台发动机总冲、发动机推力轴心与质心距离、弹体静稳定裕度以及发动机连续工作个数等影响弹体动态稳定性因素,仿真结果表明,发动机位置距离质心越近,发动机冲量越大,静稳定裕度越大,脉冲修正弹药动态稳定性越好.     

锥壳动态环境适应性试验研究

针对薄壁圆锥壳结构设计需要,开展一种锥壳在预紧状态下的动态环境适应性研究.采用线性稳定理论求解锥壳的轴压屈曲临界载荷,介绍试验设备、装置、条件与流程,经过试验获得其加速度-振动条件下的环境适应性结果.研究结果表明:在规定的动态环境下,锥壳具备一定的支撑刚度,不会出现结构强度不足引起的质量块偏心问题,锥壳的安全系数不小于1.8,具有较好的动态环境适应性.该成果可用于确定锥壳的最终状态和锥壳装配的预紧力控制.