自动炮击针表面性能提升技术研究

火炮在射击过程中击针受严重冲击振动及高温火药气体的冲刷,其在交变应力下产生表面疲劳裂纹,击针失效导致的火炮关键件寿命降低对火炮系统的整体性能影响重要。由于击针失效一般从表面开始,为改善其表面性能,研究了超声复合强化处理提高其表面综合性能。通过表面粗糙度、表面硬度和防腐性比较了传统加工和超声复合强化工艺。结果表明：超声复合强化处理的样件表面粗糙度为0.31μm,表面硬度相比传统加工工艺提高20%,击针寿命比传统车削工艺提高了约62%。材料表面的硬度和耐磨性能通过超声复合强化改善,性能大幅改善,使用寿命提高。     

冲击载荷下身管延伸体改进设计及疲劳寿命研究

某小口径火炮身管延伸体在射击过程中多次出现开裂故障,导致其使用寿命无法满足指标要求。针对这一问题,基于大量的材料试验,考虑火药燃气压力的真实载荷传递路径,对系统冲击动态响应及疲劳寿命进行仿真,得到裂纹萌生寿命及位置与试验破坏现象基本一致。经结构局部改进,预测裂纹萌生寿命由500发左右提高到4 000发以上。研制了模拟冲击试验系统,对改进后结构进行了模拟冲击加载试验及实弹射击寿命试验。模拟冲击试验中,4 300次循环后萌生裂纹;实弹射击中,3 000发考核仍未出现裂纹。一次改进达到指标要求,验证了理论分析的准确性及改进措施的有效性。     

基于裂纹形成及扩展的火炮闩体寿命研究

某自动武器定型试验实弹射击累计523 发时,静检发现闩体出现约1 mm 深裂纹,为了 判定损伤闩体剩余寿命是否满足使用要求,应用解析与数值模拟方法,对闩体裂纹形成阶段的寿命 和扩展阶段的寿命进行了分析计算。结果表明,在常温正装药条件下,考虑闩体实际加工表面粗糙 度对疲劳寿命的影响,计算总体寿命不小于1 650 发,可满足闩体的设计要求。同时,对闩体疲劳 裂纹形成的影响因素进行了分析,根据分析计算结果,采取了减小闩体局部表面粗糙度措施,使该 火炮闩体寿命提高到1 800 发以上。     

基于铬层与基体结合部疲劳损伤的转管机枪身管寿命预测研究

为预测身管寿命,采用热-固耦合场理论、冲击疲劳理论和疲劳累积损伤理论,提出基于身管铬层与基体结合部疲劳损伤的身管寿命预测方法。以3管转管机枪的身管寿命为例,建立有限元模型,计算铬层与基体结合面的耦合应力,预测身管寿命,理论计算与试验结果进行了对比,数据基本吻合;分析身管镀铬层厚度对身管寿命的影响。研究结果表明：铬层与基体结合部的疲劳损伤寿命基本决定了身管的寿命,证明所提寿命预测方法是可行的;适当增加镀铬层厚度,可以提高身管寿命。     

某车载转管机枪刚柔耦合发射动力学分析

为了研究某车载转管机枪的射击精度,了解武器系统工作的稳定性,基于多体动力学理论,结合车载转管机枪的结构特点,运用ADAMS软件建立了刚柔耦合的车载转管机枪发射动力学模型,利用该模型对车载转管机枪进行了动力学分析,得出其动力学特性,提出了提高机枪射击精度的改进方案,即改变托架结构及与座圈的连接方式,降低机枪射击时的火线高度.分析结果显示,改进方案系统的射击稳定性与动力学特性比原方案有所提高,为武器的研制提供了改进方向.     

基于ADAMS的某转管武器缓冲装置的参数化设计

针对速转管武器射速的增加引起后坐力增大的问题,设计一种基于 ADAMS 的某转管武器缓冲装置。以某小口径自动武器缓冲装置为研究对象,在Solidworks中建立三维模型,以ADAMS为分析平台,对缓冲装置的关键设计参数进行优化分析,得到最优的参数组合。仿真结果表明：采用参数化分析结果匹配设计的缓冲装置,能够满足后坐阻力和后坐位移的要求,对武器其他结构参数的优化设计有一定的参考价值。     

典型大口径转管机枪热-固耦合效应研究

为研究交变动态热载荷对转管机枪可靠性的影响,建立了某大口径三管转管机枪身管的3种有限元模型。基于一定边界条件和射击规范,对温度和应力数值结果进行了比较。研究了身管温度场及在高频热流脉冲和动态膛压脉冲载荷作用下身管动态耦合应力场的分布规律。结果表明:对于转管机枪,身管温度场可以采用2D轴对称模型以减少数值计算量; 从传热的角度,对由于身管高速转动引起的强迫对流散热,薄身管壁有利于散热,提高寿命; 在发射过程中,热应力对身管强度和寿命的影响起主导作用。     

基于遗传模拟退火算法的转管武器自动机优化设计

针对内能源转管武器自动机影响因素多、约束关系复杂、目标函数值必须是全局性最优值的特点,结合遗传退火模拟算法,建立了以后坐力、系统阻力矩和射速波动最小为目标函数,凸轮曲线槽参数、导气装置、机心结构等主要自动机参数为优化变量的内能源转管武器自动机多目标多参数优化模型.经过优化计算使内能源转管武器的系统阻力矩、射击波动和后坐力都有了较大的改善,为转管武器自动机系统优化设计提供了新思路.     

某自动步枪闭锁机构强度寿命分析

为寻求一种有效而准确的寿命计算方法,以某自动步枪为例,对其闭锁机构强度寿命进行分析。利用 ABAQUS 有限元软件对闭锁机构进行分析,运用雨流计数法对所得数据进行处理,并采用循环应力应变曲线方程和 修正的诺伯法计算出局部应力应变,根据疲劳损伤定律和Miner 线性疲劳累积损伤理论对枪械闭锁机构疲劳寿命进 行计算。研究结果表明：该方法能够节省枪械机构在研制过程中的经费和试验时间,与现有方法相比,能得到更为 准确的预测结果,对研究自动步枪闭锁机构强度寿命有一定的参考价值。     

超级电容器储能技术在外能源转管炮中的应用研究

新一代高射速反导舰炮武器系统,射控系统要求储能电源提供成倍的瞬时大电流输出,而传统的蓄电池储能器件存在无法提供瞬时大电流、内阻大、寿命短等缺陷,无法满足新型舰炮射控系统对电源的更高要求。提出利用超级电容器充放电速度快、充放电寿命长、等效串联电阻(ESR)小、能够提供瞬时大电流等优点,设计研制了一种以超级电容器为核心部件的储能装置,并通过测试试验得出,该装置可满足新型舰炮对射控驱动电源的要求。     

某型舰炮身管表面锈蚀机理

针对舰炮身管表面镀铬层出现剥落、散在无规则及深浅不均的锈坑现象,对舰炮身管表面锈蚀机理进行 研究。通过对样件锈蚀表面宏观形貌及微观腐蚀形貌观察,结合锈蚀坑分布规律统计分析,得出镀铬层的开裂剥落 是造成身管锈蚀的根本原因。实验结果表明：腐蚀介质抵达基体界面,形成锈蚀源,其中氯离子起到先锋作用;镀 铬层鼓泡以及蚀坑扩张时的铬层断裂,均为固支弯曲断裂模式。该研究可为舰炮身管表面防腐蚀及锈蚀修复方法提 供参考依据。     

基于isight的某转管武器弹簧缓冲器优化设计

针对转管武器试验过程中出现的后坐阻力和后坐位移过大的问题,以某型转管自动机为研究对象,提出了一种基于isight的缓冲器优化设计方法.基于动力学分析软件ADAMS建立转管武器虚拟样机模型并对其计算结果进行分析.然后基于isight多学科优化技术,以最大后坐阻力作为目标函数,在后坐位移不超过19 mm的约束条件下采用最优拉丁超立方设计方法对缓冲簧设计参数进行灵敏度分析.利用isight集成ADAMS运行程序,采用多目标遗传算法NSGA-II对缓冲簧设计参数进行并行优化设计.实验结果表明:优化后的设计参数与最初方案相比其后坐阻力显著减小,同时该设计方法为转管武器缓冲器优化设计提供了参考依据.     

转管炮主滚轮在机体上位置布局研究

为了研究主滚轮在机体上的布局与滚轮和曲线槽之间驱动接触力的关系,运用牛顿第二定律对主滚轮以及机心组列写了动力学方程,得出了接触力的表达式。对机体上滚轮布局位置进行参数化并编程求解,得出了低、中、高射速下,滚轮位置参数对接触压力的影响。计算结果表明,机体上存在倾斜方向上的滚轮压力棱形等值线,主滚轮宜布局在靠近机心组质心位置,同时布局的优劣在高射速时接触力差别可达1555N.     

某转管自动机停射故障分析

根据某自动机工作原理和试验情况,分析故障现象,建立了各故障现象间的关系框图,通过详细推理分析和验证,还原故障发生过程。经多方排查验证,最终确定故障原因为左供弹接口和进弹机交接处有负间隙现象,高速进弹时碰撞炮弹药筒口部使外形异常,推弹时受阻,引起后续相关零部件工作异常,进而造成连锁式损坏和最终停射故障。经分析和多次模拟试验,改进优化供、进弹交接处间隙,通过多门炮射击试验验证,再未出现类似停射故障。