自行火炮行进间发射动力学研究

对自行火炮行进间射击发射动力学进行了深入研究,建立了弹炮耦合的自行火炮系统发射动力学模型。应用多体系统传递矩阵法和总传递方程自动推导定理,推导了自行火炮行进间射击动力学方程;推导了弹丸发射动力学方程,编制了自行火炮发射动力学仿真程序,仿真获得了自行火炮行进间射击弹丸膛内运动规律、弹丸起始扰动、自行火炮系统动力学和密集度等,部分仿真结果得到试验验证,研究结果为提高自行火炮行进间射击精度提供了理论基础与仿真手段。     

虚拟体在弹炮耦合系统动力学模型中的应用

为了更好地研究火炮发射过程中柔性身管和弹丸间的耦合作用,通过引入虚拟体,提出了一种经由虚拟体组成的模拟身管来间接传递弹炮间力元的方法,推导了含虚拟体项的弹炮刚柔耦合动力学方程。以某型火炮为例,引入弹炮系统模型,获得了在相同射击条件下试验测试数据和仿真计算结果的对比曲线,分析表明采用该方法建立的模型实现了弹炮间相互作用力的传递,并且能较真实反映弹丸在膛内的运动规律,为火炮发射动力学研究提供了一定的参考。     

基于ADAMS与CPSO算法的火炮结构参数优化设计研究

针对火炮动力学模型是多部件、强非线性的系统,直接在ADAMS环境下对火炮结构参数进行优化,可能存在实现难度大、迭代次数过多、优化效果不明显等问题,提出了基于ADAMS与CPSO算法相结合的火炮结构参数优化设计方法．在利用Pro/E与ADAMS建立火炮虚拟样机并进行仿真试验的基础上,采用混沌粒子群算法对火炮结构参数进行优化,从而获得火炮结构参数和炮口扰动优化结果．根据优化值与初始值的对比分析,证明了文中所提优化设计方法合理可行．     

小口径火炮弹炮耦合动态响应有限元时程分析

基于移动荷载思想应用有限单元法和悬臂梁理论研究了小口径火炮弹丸膛内运动过程中的身管振动情况。应用圆柱坐标系将身管结构离散为标准的扇形单元,依据弹带凹槽部和凸起部沿膛线运动过程对各单元进行编号,将弹带视为弹塑性体,凹槽部应用线性简化模型,凸起部应用Dubowsky模型,身管简化为柔性变截面悬臂梁,考虑弹带挤进过程和刚体前定心部对内膛的瞬态碰撞规律,将弹丸膛内运动过程分为三个阶段,根据工程梁理论建立了移动弹丸作用下身管径向振动的时变动力学方程。将计算结果与炮口振动实验数据相比较,可知在忽略火炮后坐、摇架、炮塔等结构影响下,弹炮耦合模型比较准确。     

SPH-FEM耦合方法在弹丸膛内运动中的应用

大口径火炮弹丸膛内运动是个高度非线性冲击动力学过程,采用有限元(FEM)与光滑粒子(SPH)耦合方法,结合SPH方法处理大变形能力和FEM计算效率高的互补优势,对大变形的弹带采用光滑粒子离散,发射系统的其它结构采用有限元模拟,综合考虑弹带材料的动态力学性能及损伤行为,弹带与身管内膛摩擦界面特性及火药燃气的波尔登效应,建立了较为全面的火炮发射动力学模型,成功模拟出弹丸挤进过程和随后直膛运动。通过与任意的拉格朗日-欧拉自适应网格(ALE)仿真结果相比验证了该方法的优越性,通过对比仿真结果与试验数据验证了其有效性,获得了弹丸膛内运动过程中弹带温度、炮口振动和弹丸运动姿态的变化规律,为火炮弹炮匹配设计及精度设计提供了参考。     

高频发射武器内弹道的数值模拟

为研究超高射频武器的内弹道发射过程,建立了弹丸膛内运动数学模型和内弹道基本方程,采用Matlab软件对40mm口径金属风暴武器弹药内弹道进行数值模拟,分析了弹丸超高射频时不同发射频率的膛内运动规律,获得了不同发射频率时弹丸的膛内运动速度和膛压变化规律.研究结果表明:非耦合发射时,各发弹丸的行程不一致导致弹丸最大膛压和出炮口速度不同;耦合发射时,主要是各发弹丸的弹前阻力不同而导致弹丸最大膛压和出炮口速度变化较大.     

连续射击过程中加速运动弹丸激励下身管横向振动特性研究

为研究火炮连续射击过程中炮口振动特性,建立了弹丸膛内加速运动作用下身管横向振动方程;采用小参数法,导出了单发弹丸激励下身管振动方程的近似解;通过迭代求解得到了连续射击过程中身管振动方程的近似解。针对弹丸有、无质偏两种情形,结合试验测得的弹丸加速度,研究了身管阻尼系数、发射间隔对炮口振动特性的影响。研究表明:身管阻尼系数影响炮口弹丸冲击响应的衰减速度;无间隔连续射击下炮口的振动幅度单调增长,射击精度呈下降趋势;针对特定口径身管,当发射间隔大于一定值后,连续射击下炮口振动与单发射击相同。研究结果可为确定火炮射击速度与提高火炮射击精度提供理论指导。     

弹丸-身管耦合系统动力学模型

基于多体接触理论建立了弹丸与身管耦合的动力学模型。模型中将身管离散为有限个刚性段，每两段质心间用一个无质量的梁连接，根据Timoshenko梁理论确定质心间的力和力矩，考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩，计及了膛线对弹带的扭转作用，对弹丸住胖内的运动过程进行了访真计算，结果表明该动力学模型能够反映弹丸膛内运动的规律，利用该模型可进一步研究弹丸与全炮发射过程的耦合问题。     

考虑身管柔性的坦克行进间发射动力学研究

针对弹丸起始扰动会影响坦克行进间射击密集度问题,建立身管柔性的坦克行进间发射动力学模型;考虑弹丸动不平衡及质量偏心、弹炮相互作用、弹炮间隙,建立坦克行进间射击弹丸膛内运动方程;编制行进间射击的坦克发射动力学仿真程序,获得某坦克行进间射击弹丸膛内运动规律及千米立靶密集度,并试验验证仿真结果。该结果可为提高坦克行进间射击精度提供理论基础与仿真手段。     

基于火药燃气压力空间变化的火炮发射动力学研究

针对身管振动对弹丸内弹道时期运动形态的激励作用,建立以振动理论为基础的弹丸与身管相互耦合问题的有限元动力学模型。通过用户自定义子程序实现了模块装药下弹丸膛内运动与火药燃烧规律相互关联的动力学过程,并实现了火药燃气压力作用于身管内壁并随弹丸运动而变化的荷载条件,解决了以往燃气压力径向效应加载不准甚至无法加载的问题,得到了在相同射击条件下试验测试数据和仿真计算结果的对比曲线,以及不同数值模拟环境下身管动力学时程曲线。结果表明该非线性动力学模型更能反映火炮实际发射环境,可以较真实地再现身管结构动力学响应过程,为火炮设计以及故障分析提供了更接近实际的参考数据。     

基于自适应混合近似模型的顶置武器站多柔体系统动力学优化研究

针对顶置武器站结构优化设计存在计算量大、优化效率低等问题,提出一种基于自适应混合近似模型的优化策略,引入分层设计空间缩减思想,在优化迭代过程中依次在构造的全局空间、聚类空间和重点空间内选取样本点更新混合近似模型,以同时提高模型的全局和局部预测能力。使用典型测试函数算例和某顶置武器站结构动力优化实例,验证了所提优化策略的有效性。顶置武器站结构动力优化结果表明:使用该方法获得的武器站炮口扰动目标函数减小了58.3%,各炮口扰动参数得到有效改善;与静态近似模型方法相比,该方法所得的炮口扰动目标函数优化结果降低了14.5%,所需调用武器站分析计算模型次数减少了47.4%。     

弧形三脚架减振效果及射击精度改善研究

为研究一种新型弧形三脚架结构对机枪振动抑制以及射击精度改善情况,基于ADAMS以及相关实验数据建立了准确的机枪系统刚柔耦合动力学模型。在其余条件一致的情况下,对比了不同枪架在射击过程中的膛口动力学响应。根据外弹道理论,以及弹头出膛口扰动,对射击100m距离弹头散布进行了计算。结果表明：膛口的振动主要体现在高低方向上(y轴),在该方向上膛口位移、速度、射角峰值平均值分别降低了27.8%、25.8%、31.1%左右。弧形三脚架对应的弹头散布圆半径R100,R50分别改善了33.6%、23.2%。弧形三脚架结构可有效改善机枪系统射击精度。     

用微功率毫米波雷达测定高炮初速的方法

根据毫米波雷达在高炮测速中的实际应用,通过仿真的方法对初速测定的弹道外推问题进行了研究,提出了弹道模型的改进算法,建立了基于弹道质心微分方程的弹丸运动仿真模型,对炮口近距离弹丸运动规律进行仿真分析,给出了初速测定的弹道外推模型．本文的原理及方法也可推广到其他口径高炮．     

计及减振器非线性阻尼的自行火炮车体振动试验及数值模拟

为了研究减振器的非线性阻尼特性对轮式自行火炮连发射击过程中车体振动的影响,基于流体力学和液压基本理论,通过建立减振器的非线性阻尼求解模型,得到减振器阻尼及刚度系数表达式。针对某轮式自行火炮的具体结构特点,推导由减振器引起的悬挂等效阻尼系数和等效刚度系数表达式。同时,对轮式自行火炮连发射击时车体振动进行试验测试。在理论研究和试验研究基础上,对减振器阻尼及刚度系数采用线性和非线性表达式两种状态进行了数值建模模拟。结果表明,考虑非线性阻尼及刚度系数仿真结果与试验结果吻合较好,而采用线性阻尼及刚度系数仿真结果与试验结果存在较大的误差。研究结果表明减振器非线性阻尼及刚度系数对轮式自行火炮车体振动具有较大影响。所述方法可以推广到其他火炮车体振动仿真研究中。     

基于多工况并行任务的摩托车悬架参数多目标优化

应用摩托车动力学软件BikeSim建立了人-车系统仿真模型,对加速/制动工况下的车身俯仰角和B级路面工况下等速行驶的整车平顺性分别进行了仿真;以加速/制动工况下的俯仰角最大值和等速B级路面工况下的车身垂向、俯仰振动加速度均方根值为优化目标,以悬架特性参数为设计变量,采用iSIGHT集成BikeSim和MATLAB建立两种工况的并行计算任务,对摩托车悬架系统进行了多目标优化,根据Pareto前沿提出了一种确定目标权重的方法,得到了最优解。优化前后结果对比表明：加速/制动俯仰角和平顺性均有改善。     

基于虚拟仪器的枪械综合测试方法研究

自动武器射击特征检测与分析是自动武器测试与分析技术（即枪、弹系统测试技术）的重要组成部分.本文利用虚拟仪器软件平台,对枪械参数综合测试方法进行了深入研究,检测的参数包括了自动机及弹丸速度检测,膛压检测,后坐力和后坐能量检测,声强检测等方面,并对采集的数据进行处理和分析,得到与实际相符的结果.     

某转管机枪机心部件动力学特性分析与改进研究

以某型转管机枪为研究对象,为了分析解决该型机枪在样机试验中出现的机心头断裂、机心卡死以及闭锁开锁时接触面强度不足等故障现象,首先对机心部件开闭锁过程进行了受力分析;其次利用多体动力学分析软件建立了机枪系统的动力学模型,重点对机心运动过程进行了动力学计算;然后利用有限元分析软件建立了机心部件运动过程中的动态应力与位移分析模型,在满足机枪射频要求的前提下,得出开闭锁过程中接触面关键位置的应力与位移的变化曲线;最后综合研究分析得到的动力学响应特性和应力、位移云图,分析找出引发故障的根本原因,对机心头进行了结构改进,有效提高了机枪的射击可靠性,为机心部件的优化改进提供了理论依据与试验指导。     

新型机枪枪架及其动态特性分析

以某型重机枪为研究对象,在不改动枪身的前提下设计了一种新型弹性三角枪架。通过建立机枪有限元模型,分析计算了其固有特性;建立基于刚柔耦合多体系统动力学的机枪虚拟样机模型,求解出其在连发状态下的动力响应。所得结果与原有三脚架进行了分析比较,证明了新型三脚架的优越性。     

某外能源转管机枪击发机构参数优化设计

运用多刚体动力学理论,利用动力学分析软件ADAMS对某转管机枪的击发机构进行参数化建模并进行优化,对多个重要的参数进行了敏感度分析,得到各参数最优设计值组合,为武器的改进设计起到指导作用。该方法对武器的其他机构的优化分析也具有一定参考价值。     

炮口振动与立靶散布特性试验研究

针对某高炮武器立靶散布中心明显发生侧偏现象,采用问题再现、原因分析、措施提出和效果验证等过程的试验研究方法,通过射击试验,测试炮箱浮动位移确定弹丸出炮口时间,用位移传感器得到炮口振动位移响应曲线,采用图像式立靶密集度测试系统得到立靶散布坐标,对炮口振动位移曲线进行频谱分析得到炮口振动固有频率,研究炮口位移响应影响立靶散布的规律。结果表明,由于火炮结构固有特性与射频不匹配,引起炮口共振,使得弹丸出炮口时刻出现在炮口振动位移最大位置,形成立靶散布中心侧偏现象。通过加强结构刚度,消除了炮口共振现象,立靶散布中心侧偏现象基本消失。