某火炮复杂反后坐装置工作特性仿真分析

某型火炮的反后坐装置包括驻退复进机和驻退机,结构十分复杂。为深入了解该装置的工作过程和主要影响因素,在分析该火炮后坐装置反面问题理论基础上,基于MATLAB语言编写了其反面问题仿真程序,通过仿真获得了该炮工作过程中的运动学和动力学参量,并分析了火炮实际工作过程中射角、温度、漏液、漏气等对火炮工作特性的影响。研究表明,后坐制动时,驻退机和驻退复进机都起了较大的作用,复进制动时,主要是驻退机起作用;驻退液温度、反后坐装置中的节制环内径磨损对火炮后坐长度和后坐阻力有较大影响。     

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。     

弹性胶泥冲击加载缓冲器设计

在进行火炮后坐运动动态模拟实验时,为了使被试火炮产生与实弹射击相同的后坐动态响应,需要对冲击加载载荷进行控制。通常可在冲量发生器和后坐部分之间加装缓冲器,利用缓冲器的刚度特性,控制传递到后坐部分的载荷,以实现与火药燃气形成的炮膛合力相同的变化规律。根据火炮后坐动态模拟实验的需求,应用新型弹性胶泥材料,设计了用于冲击载荷控制的加载缓冲器。利用被试火炮后坐运动的数学模型,在MATLAB/Simulink中建立了后坐动态模拟试验的仿真模型,对后坐运动及缓冲器参数进行了仿真计算。仿真结果表明,弹性胶泥缓冲器可以较好地实现火炮发射的炮膛合力,满足火炮后坐动态模拟实验的要求。     

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%。     

基于仿真的某型火炮极限射击条件研究

火炮极限射击条件用于考核火炮在最严酷射击条件下的工作情况,传统火炮极限射击条件是在对影响参量定性分析基础上,依据经验大致确定的。为准确确定某火炮的极限射击条件,将内弹道模型和火炮反后坐装置模型结合起来,建立了系统的火炮射击数值仿真模型,在仿真的基础上,首先分析了相关参量对射击条件的影响;而后用人工神经网络拟合仿真计算以减少仿真时间、用模拟退火和基因算法等优化算法对射击条件进行优化,得到了极限射击条件;最后,计算了极限射击条件位置各影响参量的灵敏度。     

Numerical analysis of interior ballistics through eulerian-lagrangian approach

A numerical code for interior ballistics using the Eulerian-Lagrangian approach was developed to analyze polydisperse systems. The internal flows in a gun barrel and the compressibility effects were calculated using the semi-implicit method for pressure-linked equations algorithm. Ghost cell extrapolation was used for the moving boundary with projectile movement. The numerical scheme and moving boundary method were verified through the free piston motion problem. The developed code, including the combustion of the propellant, was compared with simulations of 40 mm gun firings. The results of numerical analysis agree with the simulation results, confirming the reliability of the developed code. Comparative studies were conducted with the results of the interior Ballistics of high-velocity guns code (version 2) according to porosity and propellant size. The numerical analysis of the combustion and movement of individual propellants provides deeper insight into the mechanism of gun firing and the significant factors that influence muzzle velocity.     

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。     

冲击载荷作用下磁流变阻尼器的建模与分析

以某12．7 mm机枪的磁流变(MR)后坐阻尼器为研究对象,基于Herschel-Bulkley本构模型,建立了该MR后坐阻尼器的轴对称一维层流模型。运用ANSYS软件,对该阻尼器的MR阀进行了磁场有限元分析,求得了环状间隙间MR流体的磁通密度。将MR流体流动模型和MR阀有限元结果相结合,建立了不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律,利用这些规律对该阻尼器的落锤撞击试验和实弹射击试验进行了数值仿真。理论与试验结果的对比指出,在低磁场作用的情况下,理论与试验结果具有较好的一致性。     

基于虚拟样机技术的火炮故障仿真及应用研究

通过分析火炮后坐过程,提出了表征火炮工作性能的三个指标。将虚拟样机技术引入武器装备故障仿真研究领域。结合Fortran语言编程,基于ADAMS建立了火炮虚拟样机。在建立典型故障模型的基础上,利用虚拟样机对各故障模式下的火炮性能进行了仿真。通过引入半相对灵敏度分析方法,得出节制环磨损是影响火炮性能重要因素的结论。最后,根据火炮极限射击条件,仿真获得了火炮安全工作时节制环磨损阈值,为火炮预防性维修提供了科学参考依据。     

火炮全炮受力分析及仿真

针对目前火炮设计理论教材中对后坐时全炮受力分析不完整以及割裂后坐复进过程的问题,对后坐减速时期全炮受力以及后坐复进过程连续受力情况进行了深入分析,分析表明,依据驱动力的方向将射击时全炮受力情况分为向后运动趋势和向前运动趋势阶段能更好地理解火炮的静止性和稳定性,向后运动趋势阶段包括后坐阶段和复进加速阶段,向前运动趋势阶段指复进减速阶段。最后给出的某地面火炮射击全过程的驱动力数值仿真实例表明:复进阶段、驱动力和水平约束反力会出现反复换向的情况。     

基于虚拟样机技术和灵敏度分析的地面火炮射击稳定性优化研究

传统的火炮设计和分析均基于“平面、对称和静平衡”三个基本假设，实际上是一种静态的分析方法，尽管在工程实践中引入了多种经验符合系数，但是火炮分析结果和试验的一致程度不能令人满意。这是因为火炮的射击过程是一个动力学过程，需要采用动力学分析方法。虚拟样机技术的出现为火炮射击稳定性研究提供了新的方法，文中在建立火炮动力学模型的基础上，通过选取火炮结构参数对火炮射击稳定性进行研究，利用虚拟样机分析高低机刚度和阻尼、大架刚度和阻尼、土壤介质刚度和阻尼、后坐质量偏心和耳轴位置偏心对火炮射击稳定性的影响。通过引入改进的相对灵敏度分析公式，解决具有不同量纲的影响因素的比较问题，进而确定影响火炮射击稳定性的重要结构参数。针对目前优化技术存在的局限性，以火炮射击稳定性为目标，采用优化子空间的逐层优化方法对火炮射击稳定性进行研究，找到一组使火炮稳定性最优的结构参数，证明虚拟样机技术对火炮系统动态特性仿真的可行性和优越性。最后，展望了虚拟样机技术在武器装备领域应用的前景。     

Characterizations of gun barrel vibrations of during firing based on shock response analysis and short-time Fourier transform

The behavior of shock vibration for a medium caliber gun barrel was experimentally investigated and then, numerical modal analysis, a signal processing technique as well shock response analysis were carried out en route to the detailed analyses. This approach was initiated by identifying mode frequencies from the numerical model and thus the frequencies were clarified using the periodogram together with the spectrogram based on the time frequency analysis. A shock response analysis was employed to draw more physical interpretations regarding the barrel behaviors due to firing shock. In this paper, therefore, the overall process of shock vibration analysis was demonstrated for analyzing the shock behavior of the gun barrel.     

基于Simulik的火炮反后坐装置反面问题计算

火炮反后坐装置反面问题计算是火炮设计的重要环节,Simulink是基于Matlab软件的图形化建模仿真工具,为尝试Simulink用于火炮反后坐装置反面问题的可行性,在分析该问题计算模型基础上,搭建了某型火炮相应的Simulink模型框图,通过仿真得到了理想的计算结果,说明了Simulink用于火炮反后坐装置反面问题计算的有效性。同时,比较了Simulink建模和m文件建模的优缺点,指出Simulink在模型直观性、仿真参数选择和变量观测上具有很大的便利性。最后给出了Simulink建模的若干建议。     

基于系统模型的某大口径自行火炮抽气装置效能问题研究

针对大口径自行火炮普遍存在的抽气效果不佳的问题,建立了包括内弹道模型、反后坐装置模型和抽气装置抽气效能模型的某大口径自行火炮抽气装置系统模型。基于该模型全面地分析了影响自行火炮抽气装置效能的因素,这些因素既包括使用条件方面的装药号、温度和射角,也包括火炮自身技术状况方面的复进机气压、驻退机液量和驻退机节制环磨损量,结果表明,抽气装置很难在这些因素综合作用下可靠抽气。从抽气效能最差的使用条件出发,在分析各结构参数变化对抽气装置效能影响的基础上,给出了一种抽气装置结构改进方案,使该火炮的抽气效能得以大幅度提高。     

基于虚拟样机的摩擦缓冲器工作性能的模拟

摩擦缓冲器广泛应用于自动武器大口径机枪中,用来吸收自动机后坐到位时的多余能量。在对某机枪系统进行虚拟样机建模及仿真过程中,需要模拟摩擦缓冲器的作用,以真实反映整个自动机的运动特性。通过对摩擦缓冲器的工作特性进行分析,提出了一种对其进行模拟的方法,给出了仿真过程中摩擦缓冲器的工作特性曲线。结果表明：在一个自动机工作循环中,摩擦缓冲器作用力在自动机后坐和复进两个阶段的方向、峰值和变化趋势是不同的;仿真所得的武器自动机的运动特性数据与靶场试验数据吻合的较好,证明了该虚拟样机模型建立的准确性。     

某种转管武器的缓冲器设计

通过缓冲器的结构和参数设计,以减小转管机枪的后坐阻力。利用Matlab工具进行优化设计,获得了缓冲装置优化后的结构参数和其全枪动力学曲线。结果表明文中所述弹簧-气体缓冲器是降低转管机枪后座阻力的可行途径。     

结构设计参数对火炮炮口振动影响的仿真及基于SQP方法的优化

基于ADAMS建立反映火炮射击动态特性的虚拟样机,定义归一化炮口振动的目标函数,采用灵敏度分析方法研究结构参数对炮口振动的影响,解决具有不同量纲的结构参数影响显著性对比难题,并获得对火炮射击精度有重要影响的结构参数。利用序列二次规划算法与虚拟样机融合,实现对结构参数的动态优化。研究结果表明该型火炮具有较大的设计改进空间。最后,展望虚拟样机技术的应用前景及下一步工作的研究方向。     

脉冲激振枪

Impulse exciting gun is a new type of impulse exciter developed by authors. When it works, the shock head in the gun impacts the object to be measured at a certain speed, so that an impulse. Force is exerted on the object in fraction of a second. At the same time, the force transaucer with the shock head converts the impulse force into electrical signal for output. Thus the impulse excition for the objects to be measured as well as dynamic measurement have been completed just once. Impulss exciting gun involves three main parts called adjusting mechanism, localizing mechanism and returning mechanism. Adjusting mechanism can easily change rigidity of impulse head and the initial velocity of impact, in order to control contact continuance (force impulse breadth) and maximal presure Fm.. (force impulse peak value) between the 'shock head and the object. The function of localizing mechanism is to control exerted force point and its direction more accuratly. And setting up a returning mechanism is to avoid touching again between the shock head and the object after they collide with each other. Outward appearance of the gun is in figure 1. As for main technique indexes of impulse exciting gun see table 1 and figue 4-3.Impulse exciting gun is not only of simple structure, but also reliable and convenient to use. Furthermore, force impulse breadth and its peak value and exerted force point and its direction may be accuratly controlled when used. Those special advantages of the gun over impulse exciters now available make it come into vise in some scientific research departments and colleges.     

Development of three-dimensional numerical model for combustion-flow in interior ballistics

Interior ballistics analysis is required for the development of the gun system. Interior ballistics is a complex phenomenon containing the propellant combustion and gas flow and is completed in tens of milliseconds during gun firing. Thus, some data cannot be directly measured by experiment. Numerical analysis is therefore traditionally used to understand the complex gun firing phenomena. In previous studies, the two-dimensional axisymmetric numerical method for interior ballistics using the Eulerian-Lagrangian approach has been developed. There are some limits in depicting the actual phenomena with two-dimensional models. Therefore, a three-dimensional numerical model has been built in the present study. Unlike the conventional method, the calculation has been conducted by separating the physical phenomena into the combustion part and the flow part for simplicity and efficiency. The internal flow in the gun barrel has been calculated by using the STAR-CCM+ and the source terms produced by the propellant combustion has been computed by utilizing the existing code. The developed numerical model has been compared with the AGARD gun results and the simulation of 40 mm gun firings. The reliability of the developed model has been confirmed because the results of the numerical analysis greatly agree with the simulation results. The basis of the three-dimensional analysis of the interior ballistics has been formed through this study.     

磁流体行为指数对磁流变冲击阻尼器性能的影响

根据应用于火炮的冲击型磁流变(MR)阻尼器的特点,基于Herschel-Bu lkley本构模型,建立了某25 mm火炮磁流变后坐阻尼器的平行板一维层流模型,获得了不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。根据某单管25 mm火炮的后坐运动方程,计算了不同MR流体行为指数下,火炮的后坐位移和后坐速度,评价了MR流体行为指数对后坐阻尼器行为的影响。