强冲击载荷作用下Halbach阵列电涡流阻尼器动力学特性仿真分析

针对传统液压式火炮制退机存在制退液失效和泄漏的问题,通过仿真分析直线型Halbach阵列的磁场分布特性,提出了一种基于Halbach永磁阵列的电涡流阻尼器结构.通过引入火炮后坐运动方程,建立了电涡流阻尼器涡流阻尼力数学分析模型.利用Comsol软件建立了电涡流阻尼器动力学有限元仿真模型,计算出火炮后坐运动过程中的后坐速...     

混合励磁式电涡流制退机电磁场与阻力特性分析

电涡流制退机具有无液体泄漏、无需密封、阻力稳定的优势。与目前应用较多的永磁式电涡流制退机相比,混合励磁式电涡流制退机采用线圈替代了一部分永磁体,对阻力特性的调节效果更好。对比了混合励磁式电涡流制退机2种可能的结构形式,然后根据磁路分析与初步计算选择出具有更好阻力性能的结构。针对该结构,利用等效磁路法计算气隙磁场,采用子域模型考虑感生涡流影响,建立了求解混合励磁式电涡流制退机阻力值的等效子域模型。根据某口径火炮反后坐要求,确定了制退机的主要尺寸参数,完成了混合励磁式电涡流制退机结构参数的前期设计,并通过数值计算对解析计算结果进行了验证。接着,针对某口径火炮发射时的工况建立仿真模型,以炮膛合力曲线和复进机力的后坐行程函数曲线作为条件输入,分析强冲击载荷下混合励磁式电涡流制退机的电磁阻尼力、后坐位移和后坐速度规律。最后,分析了不同气隙宽度与内筒的电导率对电磁阻尼力的影响,结果表明气隙宽度越小电磁阻尼力越大,同时过大的内筒电导率会导致电磁阻尼力呈现“马鞍”型。本文研究可为混合励磁式电涡流制退机的工程化应用提供理论基础。     

冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性试验分析

应用于火炮反后坐装置中的磁流变阻尼器工作在高冲击、高速环境下,因此对所设计长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验,测试其在冲击载荷下的动态特性及性能指标。通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合,基于Herschel-Burkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型,提出了冲击载荷下磁流变阻尼器的动态特性模型。并利用该数学模型对磁流变阻尼器在反后坐装置应用中的可控性进行了深入讨论。理论分析表明：在火炮反后坐装置应用中,利用磁流变阻尼器阻尼力可调特性,可以实现理想的后坐动态特性。     

冲击载荷下磁流变减振器的动态特性研究

磁流变液作为一种新型的智能材料,其优异的特性已经引起国内外专家学者的重视,并对其工程应用作了深入地研究,磁流变减振器已成为减振工程中最有前途的装置之一.本文以火炮反后坐装置为应用背景.探讨了冲击载荷下磁流变减振器的动态特性并进行了实验研究,对磁流变减振器在冲击载荷下的可控性作了研究.     

冲击载荷下磁流变阻尼器的设计与分析

自动武器的后坐阻力直接影响着武器的射击精度.为了改善武器反后坐装置的缓冲减振性能,通过分析自动武器的后坐运动,建立了冲击载荷下磁流变阻尼器的设计模型,确定了阻尼器的结构参数、控制策略,数值分析了在不同磁场强度、后坐速度下阻尼器的特性曲线,并在减振器示功试验台上进行了测试,试验数据表明,磁流变阻尼器具有很好的阻尼平台效应,可有效抑制冲击载荷的作用.研究结果对自动武器的后坐阻力控制提供了有价值的参考.     

高冲击载荷作用下筒型电磁阻尼器动力学特性研究

为探究筒型电磁阻尼器在高冲击环境下的制动效果,开展了高冲击载荷作用下筒型电磁阻尼器的动力学特性研究。基于ANSYS Maxwell电磁学有限元软件建立筒型电磁阻尼器二维数值仿真模型;通过对数值模型进行计算,获得筒型电磁阻尼器在冲击载荷作用下的阻尼输出特性和动力学特性,研究分析了内筒和外筒电磁阻尼力的分布特点;重点探究了导磁筒厚度、导电筒厚度、气隙宽度以及磁靴厚度等参数对动力学特性的影响。研究结果表明:双筒型电磁阻尼器的阻尼力主要由内外导电筒提供,外导电筒占据主导部分;内外导磁筒厚度在一定范围内不会对阻尼力产生影响。     

冲击载荷下磁流变阻尼器单神经元PSD算法研究

利用磁流变阻尼器阻尼力连续动态可调的特点,将其应用在自动武器后坐缓冲系统中,以解决其不可控的问题。根据磁流变阻尼器动力学模型,对武器后坐过程进行分析,得出其动力学方程;利用单神经元PSD算法鲁棒性强,易于达到全局最优的特点,设计了控制器;通过仿真和试验验证,数据显示本算法对磁流变阻尼器可以实现很好的控制效果,有效地抑制了冲击载荷对后坐系统的影响,实现了后坐力"平台"效应,为自动武器的可控后坐缓冲系统研究提供了有价值的参考。     

强冲击载荷下电磁缓冲器有限元仿真模型

为获得强冲击载荷下电磁缓冲器的电磁与阻尼特性,针对其速度高、加速度大的运动特点,提出了一种改进的指数去磁模型来模拟钕铁硼永磁材料的去磁过程,同时采用一种改进的矢量磁滞模型来考虑软磁材料的磁滞效应.在此基础上,建立考虑去磁效应与磁滞效应的初级-次级涡流耦合时步有限元模型.采用冲击载荷模拟实验,验证了有限元模型的准确性;结...     

不同载荷形式下石灰岩冲击特性的比较和讨论

利用一级轻气炮对石灰岩和围压作用石灰岩靶板进行冲击压缩试验,测得不同冲击速度下的应力-时间信号曲线。通过Lagrange分析方法对应力-时间曲线进行处理,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,进而得到了材料的应力-应变试验曲线。在试验研究和Lagrange分析的基础上,分析了石灰岩和围压作用石灰岩的动态冲击特性。结果表明:强冲击载荷作用下,围压载荷的加入提高了石灰岩的刚度和延展性,使得材料的抗冲击能力得以提高。     

火炮制退机关键结构尺寸及公差优化研究

为探索名义尺寸和公差不能同步优化导致的火炮制退机设计周期长的问题,进行了制退机关键结构尺寸及公差的优化研究,改进了计及公差的区间优化方法。假设公差服从正态分布,构建了基于离散化的区间可能度模型,改进了公差指标,建立了火炮制退机关键结构尺寸及公差的区间优化模型。与传统火炮制退机结构参数优化结果进行了对比,优化得到了制退机关键尺寸的公差,缩短了制退机的设计周期。结果表明,采用基于离散化的区间可能度模型能得到目标性能更优的Pareto最优解,改进的公差指标能更好地反映平均公差和加工精度的关系。     

基于RecurDyn的弹簧－液压式缓冲装置动力学仿真研究

缓冲装置对自动机后坐力、射击稳定性、系统的射击精度的影响至关重要,是现代自动机研究的重要部分。某中口径自动机采用弹簧－液压式缓冲装置,以该自动机为研究对象,基于多刚体动力学理论,运用 RecurDyn软件建立了其动态仿真模型,通过仿真计算,得到自动机8连发后坐部分位移与后坐力曲线,与该样机实测8连发后坐部分位移曲线和后坐力曲线比较,相对误差在5％以内,表明用该方法计算的结果比较符合实际情况。     

考虑边界滑移和惯性效应的磁流变液缓冲器特性分析

为满足某埋头弹火炮反后坐装置对不同弹种发射时的可调节适配性,并在满足最大后坐力的同时减小最大后坐位移,提出了一种基于多级环形通道的磁流变液缓冲器。利用有限元方法分析了缓冲器磁路,得出了阻尼通道平均磁感应强度与励磁电流的关系;利用安东帕流变仪测试数据,辨识了磁流变液在零磁场和磁场下的模型参数;建立阻尼通道中磁流变液的流动微分方程,在考虑惯性项和边界滑移条件下,得出了阻尼通道内磁流变液的流速分布特征,推导了缓冲器的阻尼力与活塞速度之间关系;根据理论研究结果,制作磁流变液缓冲器,构建了落锤冲击实验台,并进行不同冲击速度的冲击实验。研究表明：不同惯性效应和边界滑移条件下磁流变液流动速度分布规律相似,但流动速度峰值不同;边界滑移系数为0.000 1时磁流变液缓冲器的理论缓冲力与实验值接近;在冲击速度为1.55 m/s、电流从0 A变化到3 A时,缓冲力峰值增大了15 000 N;在冲击速度为1.90 m/s、电流从0 A变化到4 A时,缓冲力峰值增大了25 000 N.     

火炮反后坐装覃动力学耦合分析与优化

考虑火炮后坐过程中后坐部分与火炮其他部分的动力学耦合效应,推导出在反后坐装置作用下,火炮后坐运动基本方程组,建立了火炮反后坐装置动力学耦合模型。基于拉格朗日插值和四阶龙格-库塔法进行了数值求解。计算结果表明：由于火炮耦合运动的存在,后坐阻力规律与设计时后坐阻力规律相差较大,最大后坐阻カ小于设计时最大后坐阻力。基于动力学耦合模型和优化设计方法,以后坐过程中的最大后坐阻力最小为优化目标,节制杆各圆锥段直径为设计变量,火炮最大后坐长为约束条件,建立了后坐阻カ优化模型。优化算法采用遗传算法。优化结果表明：火炮后坐过程中后坐阻力曲线更加平缓,最大后坐阻力小于优化前的计算结果。     

基于局部损失的制退机液压阻力模型

利用液压流体力学理论,考虑制退机内复杂结构所造成的局部损失,建立起液压阻力数学模型。通过具体算例说明了该模型与经典理论吻合较好。     

基于遗传算法的火炮反后坐装置结构多目标优化研究

大口径火炮后坐阻力和炮口扰动是影响火炮射击精度的关键因素,为了减小后坐阻力峰值和炮口扰动,基于刚柔耦合动力学理论,建立了某型火炮刚柔耦合系统动力学模型。从反后坐装置结构和总体结构的角度出发,利用ADAMS底层开发模块,结合小生境遗传算法程序建立多目标优化函数,进行火炮反后坐装置结构多目标优化设计。优化后的后坐阻力峰值及炮口扰动明显降低,表明所提出的优化方法合理可行,为火炮总体结构和反后坐装置结构的优化设计提供一定的技术参考。     

火炮反后坐多级独立式磁流变缓冲器可控性分析

针对火炮反后坐缓冲应用场合,设计了多级可独立加载电流式磁流变缓冲器。依据45°射角下理想后坐阻力变化,分析该缓冲器在3种不同工作模式,即统一加载、组合控制及开环级联下的动态响应特性。冲击实验结果表明：在非可控区域内,单出杆式磁流变缓冲器动态过程存在气体压缩阶段,导致后坐阻力与速度存在明显的滞后现象;而在可控区域内,以2 A总电流输入为前提,组合线圈（线圈级数大于或等于2）工作模式下所产生的最大库伦阻尼力显著优于等值加载情况;开环级联控制模式能有效地降低后坐峰值阻力和延后其出现时刻,逼近理想缓冲效果,同时也对缓冲器最大有效行程提出了更高的要求。通过分析比较得出,基于时间和空间二维电流加载次序,该缓冲器可实现灵活多变阻尼特性输出,在较大射角的火炮反后坐缓冲系统中具有一定的可控性。     

大口径轻型牵引火炮关键技术

大口径轻型牵引火炮关键技术包括火炮总体技术、火炮射击稳定性控制技术、降低火炮后坐力技术、轻质材料应用技术等。轻型牵引火炮存在的主要问题是随着全炮质量的减小而直接影响到火炮的射击稳定性和安全性。155mm口径作为大口径轻型牵引火炮发展的主要方向,其减重目标和面临的问题尤为突出。因此,在满足全炮质量指标的前提下,通过合理的总体方案设计和对诸多关键技术的有机结合,不仅可以大幅度减小火炮质量,而且可有效解决火炮射击稳定性和安全性之间的矛盾,为大口径轻型牵引火炮提供设计依据。     

转管炮弹簧-金属橡胶缓冲器后坐特性研究

转管武器由于射速高、后坐特性复杂,所以减小后坐阻力、提高射击精度成为提高转管武器系统性能的重要研究课题。设计了一种采用新型材料金属橡胶作为主要阻尼材料,具有高效缓冲性能的环形弹簧作为主要弹性元件的转管炮缓冲器,建立了转管炮后坐运动微分方程,利用MATLAB对缓冲器金属橡胶在不同形状因子情况下对后坐的影响进行仿真分析,得到金属橡胶形状因子与其刚度系数成反比。仿真结果表明:加载金属橡胶的缓冲器能更好地减小转管炮后坐阻力,金属橡胶对于提高转管炮射击精度和稳定性具有一定意义。