基于数值仿真的某型火炮身管设计压力曲线系统分析

火炮身管设计压力曲线给出火炮发射过程中身管各截面承受的最大压力,是设计身管壁厚的依据。高低温压力法只考虑了装药温度变化对膛压的影响,从系统的角度考虑,装药质量、药室增长量、弹丸质量变化也会对膛压造成影响。通过对某型火炮内弹道模型进行数值仿真,分析上述因素变化对膛压和身管设计压力曲线的影响,并给出了各因素综合作用下的身管设计压力曲线。研究表明,装药质量、装药温度和药室增长量变化均对膛压有较大影响;装药质量和装药温度直接影响身管设计压力曲线的组成。     

计及布尔登效应的身管振动特性研究

弹丸发射过程中身管的振动对射击精度有很大影响,为了掌握身管振动的规律,将身管简化为悬臂梁模型,在此基础上建立了身管横向振动方程,运用模态分析法求解系统动力响应。针对某火炮不同装药量身管振动进行了数值仿真,对不考虑膛内气体对身管作用和考虑膛内气体对身管作用两种情况进行了比较。求解过程中弹丸的位移、速度和加速度均为实际数据。结果表明,静扰度对身管的振动特性有很大影响,静扰度为0时,弹丸初速越高,弹丸出炮口阶段炮口振动幅度越小,膛内气体对身管的作用力能有效减小发射期间身管的振动幅度。     

弹丸膛内运动研究

弹丸膛内运动是火炮发射过程的重要组成部分,其显著特点是过程极短,受力复杂。身管与弹丸的相互作用,严重影响火炮射击精度,直接制约着武器效能的发挥。对近年来国内外膛内运动情况进行了深入分析,最后指出关键性的待解决问题与发展方向,可为身管与弹丸设计提供一定理论参考。     

火炮炮膛合力简化数值仿真

为简化计算,目前火炮炮膛合力计算时假定药室和坡膛内压强与膛底压强相同,这种简化必然存在误差。以某型火炮为对象,考虑药室和坡膛内膛压的曲线分布特性,用数值仿真方法研究了简化炮膛合力的误差以及由此引出的火炮后坐参数的计算误差。研究表明,采用简化计算方法,某型火炮的炮膛合力最大值减小5.2%,后坐长度减小7.9%,后坐最大速度减小5.4%,后坐阻力最大值减小10.9%;通过系数修正,上述参数的变化可控制在0.5%以内。研究为火炮精细化设计和保障提供了参考。     

火炮身管-反后坐装置集成优化设计方法研究

为减小火炮发射时的后坐阻力,同时减小火炮身管质量,以节制杆结构参数、身管结构参数和内弹道装药参数为设计变量,以身管刚度、强度、寿命、弹丸初速等为约束,建立火炮身管-反后坐装置集成优化设计模型,并采用两种优化方法进行优化,再比较其结果。首先,采用加权组合法将两个目标函数归一为单个目标,应用模拟退火算法进行优化设计,优化后,后坐阻力减小53%,身管质量减小28%。其次,基于Pareto最优理论,采用遗传算法进行优化设计,获得了Pareto最优解集,给设计者提供了更多优化方案;根据工程经验,选取一组优化解,结果发现,对比原设计,后坐阻力减小504%,身管质量减小98%。研究表明,基于Pareto最优理论和遗传算法可以获得更好的优化方案。该研究提供的集成优化模型和算法为火炮身管-反后坐装置一体化设计提供了新方法。
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某新型多身管火炮的膛口流场形成分析

现代高技术条件下的局部战争要求自动炮具有高射速,这为速射火炮发射弹幕带来了新的问题：膛口流场叠加后对后继发射弹丸的扰动效应将严重影响弹丸的运动状态,改变预定的弹幕分布形式,甚至造成火炮射击精度不足,降低作战效能。以某新型火炮为研究对象,应用计算流体力学方法,通过数值仿真,分析其在不同射击条件下的膛口流场特点以及对弹丸运动状态的影响;分别讨论了射速、身管间距、发射时序对膛口流场的形成与发展过程以及对弹丸的受力和运动状态的影响。得出可以通过控制射速和改变身管间距来降低膛口流场对弹丸运动状态的影响。     

弹性身管的弹炮耦合问题研究

建立精确的线膛炮身管与弹丸模型,基于Adams中的柔性体接触理论,在考虑身管弹性的基础上,建立弹带和弹丸前定心部与身管内膛的接触模型,在该软件平台上分别对弹丸与刚性体线膛炮身管、弹丸与弹性化处理的线膛炮身管的弹炮耦合过程进行动力学仿真,得到两组弹炮耦合时的炮口振动及对应的弹丸运动响应数据。将所得数据进行对比,结合以往事实,说明在研究弹炮耦合时考虑身管弹性的重要性。结果表明该动力学模型在一定程度上表征弹丸与身管之间的作用机理,可以为通过减小身管振动的方法来提高射击精度提供理论参考。     

基于ANSYS的身管固有频率分析

视身管为均匀弹性梁,采用ANSYS工程软件,对其进行模态分析,得到了有摇架约束和没有摇架约束时身管的固有频率,并进行了对比。结果表明在研究身管振动时有必要考虑摇架的约束作用,为身管的动力学分析打下了基础。     

火炮反后坐装置密封件工作压强数值仿真

导致火炮反后坐装置密封件失效的关键参数是密封件的工作压强.在反后坐装置和内弹道模型基础上,通过数值仿真方法,获得了某型火炮工作过程中驻退机和复进机各腔室压强变化曲线。分析了火炮使用过程中装药号、药温、射角、弹重、药室增长量、节制环内径磨损量、液体温度等参数对压强峰值的影响,最后给出了各因素综合作用下压强的最大峰值。     

基于后坐加速度最大值的火炮装药号辨识仿真

为了用火炮后坐加速度最大值来辨识火炮装药号,在火炮内弹道和反后坐装置模型基础上建立了后坐加速度计算模型,通过仿真,分析了实际使用中火炮结构参数和射击参数变化对后坐加速度最大值的影响,发现药室增长量、装药温度对后坐加速度最大值影响较大,只用后坐加速度最大值不能对装药号有效辨识。采用了后坐加速度最大值和装药温度并结合四个药室增长量变化阶段来辨识装药号的方案,用人工神经网络建立了辨识模型。仿真试验表明：该模型对火炮装药号的辨识正确率达到100%。     

考虑身管初始挠度的弹炮耦合振动特性分析

为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性,以某型火炮为例,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程,利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams建立相应考虑初始挠度的刚柔耦合动力学模型,并对数值计算的结果进行验证。在模型的基础上,对弹丸速度和弹丸质量影响炮口振动特性的规律进行分析。结果表明对于在运动弹丸激励下身管振动问题,身管初始挠度对振动分析结果的影响很大,不可忽略。在考虑身管初始挠度的情况下,弹丸速度越大,对弯曲身管的校直作用越明显,炮口振动幅值越大;弹丸速度一定时,弹丸质量越大,炮口振动幅值越大。     

考虑身管壁压的迫击炮炮身强度分析

考虑迫击炮在发射过程中膛底和身管内壁压力不断变化的特点,对迫击炮身管和炮尾进行有限元分析。由于身管和炮尾是轴对称结构,故将其简化成二维轴对称平面模型;并根据迫击炮弹在膛内运动的不同时刻,在膛底施加变化的膛压,同时把身管内表面分成22段,分别施加膛压。由此来分析身管和炮尾的强度并给出相应的解决办法。     

气压式后坐模拟实验系统设计研究

为了研究反后坐装置的设计可靠性，通过分析反后坐装置工作原理以及火炮后坐过程，设计了一种气压式后坐模拟实验系统。该装置通过气缸活塞两侧压强差来推动活塞杆，进而推动反后坐装置模拟后坐运动。通过分析模拟后坐过程中的气缸两侧压力变化过程，推导出气缸充气压力计算公式，并以某反后坐装置为原型进行了模拟试验。试验结果表明，后坐模拟实验系统基本能满足要求。该系统可以应用于反后坐装置、缓冲器、悬架等缓冲装置的试验与辅助设计。     

喷管高效膛口制退器对机枪射击性能的影响

在半开腔膛口制退器基础上进行改进,提出喷管高效膛口制退器的概念,在半开腔膛口制退器两侧引出可水平向后的拉瓦尔喷管,利用火药燃气通过喷管气流的反推作用达到减后坐效果,通过编程进行内弹道计算。运用刚柔耦合动力学理论,对安装喷管高效膛口制退器车载转管机枪系统建立动力学模型,进行动力学仿真计算。计算结果表明,安装喷管高效膛口制退器后,机枪后坐力、后坐位移、膛口角位移和弹丸出膛口时角位移均得到减小,提高了机枪的射击性能。     

膛口制退器对后效期膛内压力的影响分析

基于某12.7mm机枪内弹道参数,通过MATLAB语言进行编程,对火药气体对后坐部分的后效期进行研究。对比在有、无膛口装置时膛内压力变化,得出膛口制退器对减小武器的后坐动能和射击载荷有一定影响。     

三腿式大架超轻型155mm火炮射击稳定性分析

为研究某三腿式大架超轻型155m m火炮的射击稳定性,在反后坐装置反面问题模型基础上建立了火炮射击虚拟样机并进行了仿真,研究标明:前后驻锄的跳起均要加以考虑;火炮重心位置对射击稳定性有较大影响;通过采用长后坐和将后坐部分后移射击能够满足周向射击稳定性。     

轴向超声振动辅助磨削的磨削力建模

以单颗磨粒为对象,分析轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上,将磨削力分为切屑变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切屑变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒运动方向与主切削方向间的夹角;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。基于此建立了轴向超声振动辅助磨削的磨削力模型。通过对21Ni Cr Mo5H进行了轴向超声振动辅助磨削的磨削力试验,确定了模型中的常数,并验证了所建模型的正确性。建立的磨削力模型是轴向超声振动辅助磨削的磨削力预测的一种有效方法,对轴向超声振动辅助磨削机理的认识具有较大意义。     

转管机枪外弹道特性分析与射表计算软件研究

对某转管武器外弹道特性以及身管旋转对弹道的影响进行了理论分析,并对影响因素加以修正.以弹丸外弹道微分方程为基础建立了转管武器修正的数学模型,对弹丸出膛时的运动速度进行了分析,考虑枪管坐标和地面坐标间的变换,提出了不同转速下身管旋转修正量计算的方法,为转管武器射表编制提供了技术依据.利用MATLAB软件对弹道修正的数学模型进行计算,并编译成为可执行文件,能够直接输出编制射袁所需数据.     

复式直齿行星排行星轮轴向力研究

在车辆的传动系统中,复式直齿行星排的行星轮与行星架之间存在轴向作用力,导致止推垫圈磨损严重。分析了复式直齿行星排长行星轮轴向力的产生机理,建立了行星轮滚针轴承负荷分布与轴向力计算模型。通过仿真分析与试验研究,指出了影响行星轮轴向力的主要因素及其对轴向力的影响规律。为复式直齿行星排行星轮轴向力的研究提供了分析方法,为复式行星排的设计改进提供了依据。     

基于ABAQUS弹丸挤进坡膛过程的有限元分析

以某速射武器弹丸挤进过程为研究对象,针对依靠理论和试验无法解决的弹丸挤进枪管坡膛过程中带有摩擦的非线性接触难题,运用显示动力学有限元分析软件ABAQUS模拟弹丸挤进过程,并采用ALE网格自适应技术解决网格畸变问题。展示了身管阳线在弹壳表面压痕的形成过程,分析了在不同时刻弹壳表面阳线压痕在所创建的3条路径上节点的塑性应变及等效应力的变化规律,从而为改善坡膛和膛线结构提供参考依据,对工程实践具有指导意义。