火炮磁流变后坐阻尼器的设计与可控性分析

以高冲击、高速环境下的某口径火炮反后坐装置为研究对象,讨论了后坐阻力对火炮静止性和射击稳定性的影响,研究了磁流变阻尼器对火炮后坐运动的控制作用。设计了火炮磁流变后坐阻尼器及冲击试验平台;考虑冲击载荷激励下惯性力的影响,建立了火炮反后坐装置动力学模型并进行了计算仿真,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,并进行了后坐过程半实物仿真控制。试验结果表明设计的长行程火炮用磁流变阻尼器可有效抑制冲击载荷激励作用,为进一步实现火炮后坐力与行程控制的一体化设计和工程应用奠定了基础。     

磁流变冲击后坐控制系统试验研究

针对磁流变阻尼器用于火炮后坐缓冲时对响应时间的严苛要求,对磁流变冲击后坐控制系统进行冲击试验研究。对设计的磁流变阻尼器进行固定电流下冲击特性试验,获得输出阻力模型。对阻尼器线圈电流及输出阻力响应时间分别进行试验测试,提出磁流变冲击后坐轨迹跟踪控制系统方案,期望可控阻力能准确跟踪理想阻力曲线。通过用固定曲线无反馈控制及双闭环反馈控制对磁流变后坐控制系统进行3 g、4 g药量冲击试验结果比较知,采用反馈控制能显著减小磁流变后坐阻力响应时间,获得快速跟踪性能,后坐阻力充满度更好。后坐位移相同时可减小后坐阻力峰值;后坐阻力峰值相同时可显著减小后坐位移。由4g药量中后坐阻力曲线下滑结果分析知,阻尼力可调系数作为重要特性参数在进行磁流变阻尼器结构设计时必须足够大。     

关于在火炮后坐动态模拟试验中的后坐阻力失真分析

在火炮后坐动态模拟试验中,发现试验与实射的后坐阻力曲线有较大的失真,本文通过分析曲线失真的原因和失真带来的影响,总结出现有火炮后坐动态模拟试验标准的不足,提出完善试验标准和改进试验效果的数学模型,即冲量发生器的内弹道模型.将后效期反后坐部分所承受的能量增加进来.从而增加试验的精度,提高试验数据的可信度.     

永磁式电涡流制退机磁路仿真及优化研究EI北大核心CSCD

基于永磁式电涡流阻尼技术对火炮反后坐装置的制退机结构进行了全新的设计,通过原理试验验证了同极相对永磁阵列方案具有良好的缓冲制动性能。建立永磁式电涡流制退机仿真模型,针对强冲击载荷下的火炮后坐过程分析制退机在不同磁轭、气隙、导体筒以及导磁筒厚度参数影响下的后坐阻力特性。建立多目标后坐阻力优化模型,并基于BP(back propagation)神经网络和遗传算法下的现代优化计算方法,在Pareto解集中寻找改善去磁效应影响下后坐阻力曲线马鞍形特征的最优解。研究结果表明:电涡流阻尼器冲击响应试验验证了磁路方案的可行性和仿真结果的正确性;磁轭与导体筒厚度这两项电涡流制退机参数对后坐阻力和去磁程度影响较大;优化后的后坐阻力曲线马鞍形特征减弱,曲线充满度从79.51%提高到88.05%,验证优化策略可行。     

考虑液体空化的火炮制退机性能分析

结合液体空化理论和制退机非工作腔的空化超声检测与压力测试,研究了制退液的空化效应及其对制退机工作性能的影响。结果表明,在火炮后坐冲击作用下,制退液发生了剧烈的空化效应,后坐结束时非工作腔内充满制退液泡沫,并不存在真空段。制退液泡沫在复进过程中逐渐溃灭,因此在复进“真空消失点”处制退机非工作腔并不提供液压阻力。复进过程中非工作腔提供的液压阻力峰值仅为复进节制腔液压阻力平均值的8.91%。考虑制退液空化效应时,火炮复进液压阻力功比传统理论值小4.5%,火炮最大复进速度比传统理论值大10.5%。试验结果证实了计算结果的正确性。该结论为制退机的合理设计与故障诊断提供了理论依据。     

火炮最优射击稳定性设计研究

为获取最优的后坐阻力规律FR(t)以提高射击稳定性,基于多体系统动力学建模理论,建立了全炮动力学模型;以火炮射击时跳动量最小为目标,节制杆各圆锥段直径为设计变量,基于优化设计方法对优化问题进行了求解。优化结果表明:最大后坐阻力和火炮跳高都小于优化前,后坐阻力曲线更加平缓,火炮射击稳定性得到明显改善。     

火炮发射冲击载荷对制退机性能的影响研究

为了研究火炮发射冲击载荷对制退机性能的影响,采用超声检测和压力测试相结合的方法分别对人工后坐和实弹射击条件下的制退机性能进行了对比研究。结果表明,火炮后坐结束时非工作腔内不存在传统意义上的真空段,复进时非工作腔提供的液压阻力远小于传统理论计算值,复进节制腔提供的复进液压阻力大于传统理论计算值。当制退机"主流"复进液压阻力系数取拟合值0.036,"支流"复进液压阻力系数取"主流"后坐液压阻力系数的约4.5倍时,复进速度计算结果与火炮实弹射击时的实测复进速度较为吻合;传统方法复进速度计算结果与人工后坐时的实测速度较为一致,传统的非工作腔真空段假设并不适用于有冲击载荷作用的火炮发射过程,据此改进的复进制动图可以更好地指导制退机设计。     

基于PVDF压电薄膜的大口径火炮弹底发射装药挤压应力测试方法

发射环境下弹底发射装药承受的挤压应力和挤压破碎过程是发射装药发射安全性的依据。基于发射装药膛内燃烧与力学环境试验装置和PVDF压电薄膜,本文建立了大口径火炮弹底发射装药挤压应力PVDF传感器测试方法,并首次用该方法试验获得了自然温度和低温条件下的某大口径火炮弹底发射装药挤压应力时间历程,试验结果表明,本文方法满足大口径火炮大面积弹底压力测试要求,为发射装药发射安全性研究提供了新的测试手段。     

重力对火炮动力偶臂测量与计算影响研究

动力偶臂是影响火炮射击稳定性和射击精度的关键参数.采用结构有限元方法建立了重力载荷作用下的火炮后坐部分变形计算模型,得到了不同射角条件下火炮后坐部分重力载荷作用变形结果,给出了重力对火炮后坐部分动力偶臂的影响规律,分析了火炮后坐部分方向质量偏心不影响其动力偶臂测量结果的原因,指出了专用夹具实验测试方法没有反映重力效应引起的身管弯曲使后坐部分质心变化的不足,提出了重力对火炮动力偶臂影响的修正方法,传统的专用夹具实验测试结果必须经过修正才能得到精确值.     

火炮动力后坐试验台建模及射击模拟准确度评估

针对火炮动力后坐试验台模拟实弹射击准确度问题,基于ADAMS/ATV软件,以某型自行火炮为对象,建立火炮动力后坐试验台虚拟样机模型;在此基础上获得炮口强冲击条件下火炮后坐位移、速度及加速度仿真曲线;分别求解曲线间距相对误差,结合界标分界法提出基于曲线形状相似度及数值相似度两指标的射击模拟准确度评估方法。通过计算获得试验台模拟准确度为0.8654。评估结果表明,该试验台能较准确模拟火炮实弹射击的后坐动态特性。