火炮磁流变阻尼器试验分析与动态模型

火炮磁流变阻尼器工作在高速高冲击条件下,其动力特性及其力学模型与常用的磁流变阻尼器存在较大不同。针对某型号火炮设计了反后坐用磁流变阻尼器,并进行了5种不同电流下的动态测试,验证了该阻尼器对反后坐控制的可行性。由试验分析得,火炮磁流变阻尼器的输出力不仅与控制电流和后坐速度有关,还与高冲击条件下的磁流变效应的复杂性、惯性力、腔体内气体压力等因素有关。提出了用改进的多项式模型描述火炮磁流变阻尼器,该模型具有形式简洁,易于求解逆模型,便于实时控制等优点。通过参数辨识后的模型能较好的描述火炮反后坐过程中阻尼器的输出力。     

基于Rh曲线的大口径火炮测试后坐阻力的分析研究

该文总结了在大口径火炮后坐阻力测试中存在的主要问题及解决方法,分析了火炮后坐阻力测试的研究现状,提出构建测试系统、标定试验、现场试验、数据采集、Rh曲线生成及分析的一系列测试方案.测试结果生成的曲线规律完全符合后坐阻力的特征,为大口径火炮后坐阻力测试的进一步研究提供了详尽的试验数据和有力的方法指导.     

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。     

基于Herschel-Bulkley模型的火炮磁流变后坐阻尼器设计与分析

针对枪炮冲击型MR阻尼器的特点，以某单管25mm火炮为研究对象，基于Herschel-Bulkley本构模型，建立了该25mm火炮磁流变后坐阻尼器的轴对称一维层流模型。同时运用ANSYS软件，建立了该阻尼器MR阀的电磁有限元模型，求得了环状流口间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，求得了不同MR流体行为指数和不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。建立了火炮后坐运动方程，评价了MR流体行为指数对后坐阻尼器性能的影响。     

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.     

火炮反后坐装置模糊相似性分析

在相似系统理论的基础上，识别了火炮后坐装置要素，确定了相似元数值的大小，计算了反后坐装置系统相似度，结果表明：相似系统理论在火炮中应用是一个值得注意的新领域。     

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。     

自动机两栖工作环境下的运动参数测试分析

两栖轻武器在水下工作时受到水介质的影响,会直接影响自动机运动,因此,研究两栖环境下的自动机运动规律具有重要意义.针对其自动机工作环境的特殊性,利用自制永磁式感应测速传感器组建了一套参数研究系统,利用Labview编写了数据采集和分析软件,对陆上和水下分别进行了自动机参数分析,获得了相应数据.根据自动机运动参数测试结果对其陆上和水下两种工作状态进行了分析,指出陆上复进阶段最大速度为水中的2倍左右,后坐和复进总时间与在水中的相差不大,单纯提高自动机后坐初始速度不能解决自动机后坐全行程的能量问题,对指导两栖武器设计具有参考价值.     

冲击作用下火炮复进机的实际性能分析

采用分段处理多变指数的方法研究了火炮后坐冲击作用下,复进机内密闭高压气体在火炮后坐瞬变过程中的热力学特性及复进机的实际工作性能.指出由于受后坐冲击作用,火炮复进机内气体的实际特性不同于普通气动设备,其气体多变指数的取值在不同子过程中并非始终局限于等温过程与绝热过程之间,而存在大于绝热指数的情况,这一特性会对复进机实际工作性能产生较大影响,实验结果证明了理论分析结论的合理性.与以往处理方法相比,综合考虑了内摩擦与传热作用对复进机气体系统的影响.该结论为复进机的合理设计与分析提供了理论依据.     

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。     

基于二维模型的火炮冲击运动计算

当前火炮后坐与复进冲击运动计算基于一维准定常理论,导致制退机液压阻力求解偏离实际较大,并且无法反映制退机内流场分布与流体流动特性。在实际结构下的制退机二维模型基础上,通过MATLAB与FLUENT协同仿真技术,实现了火炮后坐、复进冲击完整过程的数值模拟。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了该方法的可行性和有效性,为改进火炮后坐与复进运动计算提供了一种新思路。     

基于虚拟样机技术和广义简约梯度算法优化火炮射击稳定性

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，虚拟样机技术的出现为基于动力学的火炮动态分析提供了新的途径。在建立火炮动力学模型的基础上，利用虚拟样机技术系统地研究了高低机刚度和阻尼、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。通过引入相对灵敏度分析公式，解决了具有不同量纲的影响因素的比较难题，进而获得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非线性优化问题的局限性，以火炮射击稳定性为目标，采用广义简约梯度算法对火炮射击稳定性进行了优化，得到一组使火炮稳定性最优的匹配结构参数，仿真及优化算例证明了利用虚拟样机技术对火炮系统动态特性仿真的可行性和灵活性。最后，展望了虚拟样机技术在武器装备领域应用的前景。     

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。     

复进机压力测试中的异常现象分析

运用热力学理论研究了火炮复进机压力测试中的几种异常现象,指出由于整个后坐瞬变过程较为复杂,复进机内密闭高压气体的热力学特性并非始终局限于等温过程与绝热过程之间,采用分段处理的研究方法,将整个瞬变过程分为压缩子过程和膨胀子过程,分析各子过程中气体的实际特性,并结合热力学理论解释了复进机对火炮后坐能量的耗散作用．理论分析与实验结果均表明,整个工作过程符合逆向循环过程特征,不同子过程中气体的多变指数是不同的,其理论取值可能超过绝热指数1．4．与以往处理方法相比,综合考虑了内摩擦与传热对系统的影响,使结果更加接近实际系统．     

基于轴角转换的火炮伺服测试技术

针对现代火炮伺服电机通常都采用自整角机的特点,提出基于轴角转换的火炮伺服测试技术。由微处理器和数字-自整角机转换器组成伺服测试系统,通过微处理器装定数字量角度信息,由数字-自整角机转换器转换为粗精双速模拟量角度信息,然后传送给火炮伺服。由伺服带动炮身做相应的角度旋转,然后比较实际值和理论值,统计分析火炮伺服的精度、灵敏度和响应速度。该系统可以做包括阶跃、方波、步进、等速、正弦等多种测试运动,并且具有结构简单、操作灵活、可靠性高等优点,对采用自整角机做伺服电机的角度控制系统具有很好的示范作用。     

火炮后坐冲击振动对测控设备的影响分析

武器试验过程中,炮弹发射产生的巨大后坐冲击振动,会通过地基传递给测控设备,直接影响测控设备的精度,严重者甚至会毁坏测控设备。 因此,讨论火炮后坐冲击振动对测控设备的影响在实际工作中具有很 重要的意义。给出了火炮与测控设备组成系统的冲击振动模型,分析了火炮后坐冲击振动时对测控设备的影响,并提出了防振的一些措施。     

基于数值及形状相似度的火炮动力后坐模拟准确度评估

火炮动力后坐试验装置通过高速冲击头撞击炮口推动火炮后坐,为新型后坐模拟试验方法。为分析该试验方法模拟后坐的准确度,通过实弹射击试验及基于试验装置的模拟射击试验,获取两种射击条件下后坐位移及速度时间序列;用时间序列相对误差的加权均值表征数值相似度,据时间序列曲率误差值求取形状相似度,据时间序列的曲率距离法求取形状相似度,并基于多属性指标评价理论计算综合相似度,进而对试验装置的后坐模拟准确度进行评估。该研究可为试验装置用于靶场试验提供理论依据。     

基于虚拟体的弹炮刚柔耦合动力学优化设计研究

为了研究火炮系统结构参数对弹丸膛内运动和炮口扰动的影响,通过引入虚拟体,提出了一种充分反映弹炮间相互作用的火炮动力学建模方法,推导了含虚拟体项的自行火炮刚柔耦合动力学方程;同时,以某型履带式自行火炮为例,引入多目标优化算法,建立了以弹丸和炮口初始扰动为目标函数的火炮系统多目标优化设计模型,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,以及结构参数的优化结果。分析表明,采用该方法建立的模型能较真实地反映火炮系统的动态响应特性和弹丸的膛内运动规律,且在考虑弹丸与柔性身管接触碰撞的前提下实现了弹丸和火炮运动的多目标优化设计,可以为自行火炮的发射动力学研究提供一定参考。     

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。     

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。