基于软后坐技术的某自动迫击炮动力学分析

结合某自动迫击炮采用软后坐技术的特点,建立了炮闩浮动式自动机动力学仿真模型,通过连发射击数值模拟,对内弹道时期炮闩前冲击发过程、自动机运动规律及后坐阻力、迟发火造成的影响等进行了综合分析.结果表明,采用了与软后坐技术相匹配的技术措施后,该炮在正常射击时的后坐阻力可以控制在15 kN以下,迟发火时的最大后坐阻力被控制在25 kN以下,提高了软后坐技术在自动迫击炮上的应用效果.     

尾推式固体电枢的应力评估方法研究

电枢作为电磁轨道炮用弹丸核心部件之一,对其进行设计与改进一直在电磁轨道炮工程化研制中占据重要位置,其中应力评估是其设计的关键环节。基于电枢的负载要求和膛内不同时刻的工作状态,形成了电枢载荷及约束的加载方法,对所加载的载荷进行了参数化处理;依据轨道炮发射原理及发射试验结果对关键参数进行分析,根据分析结果对膛内工况进行了进一步假设及细化,建立了基于有限元方法的尾推式固体电枢应力评估方法;并以某型尾推式电枢为例进行了电枢应力的示范性计算。     

电磁轨道炮瞬态磁场测量与数值模拟

为研究电磁轨道炮的磁场特性,建立三维瞬态电磁场计算模型,采用时域有限元/边界元耦合方法进行求解,获得了电枢的膛内运动过程,以及电流密度和磁通密度的时空分布,讨论电枢与轨道间的滑动电接触在电流扩散过程中产生的速度趋肤效应。在发射实验中,用B探针测量电枢运动及磁场,分析了发射过程中的瞬态磁场变化特点,与数值模拟结果进行对比,验证了电磁轨道炮三维瞬态电磁场计算模型的有效性。     

螺栓紧固式轨道炮后坐规律研究

轨道炮两条平行导轨在发射过程中受到向外侧的扩张力,为了约束导轨扩张,采用螺栓紧固形式的外层封装结构。为研究螺栓紧固式轨道炮的后坐规律,建立发射系统模型,对发射过程中后坐部分的受力进行分析,并建立后坐复进运动微分方程。结合两种反后坐装置方案,对螺栓紧固式轨道炮的后坐规律进行了仿真计算和试验测试。仿真计算结果与试验结果表明：与常规火炮相比,螺栓紧固式轨道炮具有后坐行程短、后坐速度低的特点;在螺栓紧固式轨道炮上使用的节制杆式驻退机需要具有更小的流液孔面积,以提高驻退机力。     

动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分析

针对动态条件下电磁轨道炮膛内磁场和电场分布特性研究缺乏的问题,提出一种数值计算方法。基于磁扩散方程和安培定律,利用测得的动态实验数据和炮尾处磁通密度值,通过有限元计算,确定电枢区域和导轨区域的电流密度值;进一步计算得到电枢前端及后端中轴线各考察点磁场和电场分布特性。结果表明：随着与电枢距离的增加,各考察点峰值磁通密度逐渐减小,电枢前端各点衰减速度远大于后端各点;炮口时刻各考察点峰值电场值为膛内发射过程的数倍。提出的方法能够有效计算轨道炮智能炮弹部位感应电场和磁场,计算结果有助于智能炮弹电磁屏蔽设计。     

考虑电枢与导轨实际接触状态的电磁轨道炮膛内磁场分析

针对电枢与导轨(简称枢轨)实际接触条件下电磁轨道炮膛内磁场研究缺乏的问题,从小口径C型电枢轨道炮出发,根据静止状态下枢轨实际接触产生的电枢电流密度分布,利用数值计算和有限元仿真对电枢前端中轴线上各考察点磁通密度进行分析,结果与试验值基本吻合。在此基础上,利用模化方法,对电枢运动条件下轨道炮膛内磁场分布特性进行了分析,结果表明：在满足一定相似关系的基础上,可以实现不同口径轨道炮电枢速度和膛内磁场的近似模化;各考察点峰值磁通密度随着与电枢距离的增加而迅速衰减,距离电枢曲率圆心2倍口径考察点的磁通密度仅为1倍口径点的27.4%左右;研究结果有助于智能弹药的电磁屏蔽设计。     

双行程后坐-准流体延期保险机构

针对电磁轨道炮引信长时高过载的后坐环境特征以及后坐保险机构为保证膛内安全性所引起的结构尺寸偏大的问题,提出应用于电磁轨道炮引信的双行程后坐-准流体延期保险机构。该机构采用惯性筒式结构,通过卡环的塑性变形抗力识别发射和勤务处理环境,与典型双行程后坐保险机构相比极大地减小了结构尺寸。后坐保险完全解除后才打开准流体的泄流通道,延期保险机构启动,泄流方向与爬行力一致,有利于泄流流畅。仿真计算和实验表明,双行程后坐-准流体保险机构满足解除保险可靠性前提下既能够保证平时的安全性和膛内安全性,又具有延期功能保证炮口安全。     

电磁轨道炮电枢的运动特性研究

为了快速有效地实现电磁轨道炮的反导,对其固体电枢电磁阻力与空气阻力角度等运动进行研究。在基于麦克斯韦理论的基础上,分析了电枢在炮管内的力学特性。通过理论仿真计算分别对电枢的电磁阻力及空气阻力进行了分析,比较了截面及摩擦因素对出口动能的影响,得到了最优方案,并提出了改进电枢发射的措施。研究结果表明：低速段摩擦力大于空气阻力,而高速段空气阻力对发射影响较大。     

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。     

电磁轨道炮三维瞬态涡流场的有限元建模与仿真

本文分析了固体电枢电磁轨道炮的三维瞬态涡流问题,建立了运动坐标下的磁扩散公式,该公式基于准稳态麦克斯韦方程组,用矢量磁位和标量电位作为未知量。在运动坐标下计算含有运动导体的磁扩散问题,可以消除高速情况下的数值不稳定,减少计算量和内存需求。通过施加库仑规范,保证了方程解的唯一性。本文以方膛电磁轨道炮为例,用有限元法和后向差分格式对方程组进行了求解,得到了轨道炮中电流密度的分布,以及电流和电枢速度的变化过程。     

某迫榴式火炮反后坐装置的结构优化及分析

为了获得某新型迫榴式牵引火炮的理想后坐阻力曲线,对其反后坐装置进行结构优化。对反后坐装置进行受力分析并编写计算程序对后坐运动进行计算仿真。在一定后坐长度范围内,建立以节制杆尺寸为设计变量,后坐阻力峰值最小为目标函数的优化模型。利用ISIGHT软件集成仿真计算程序,选用修正可行方向法对优化模型进行求解。优化结果表明:后坐阻力峰值减小,曲线更加平缓,总能量基本不变。该优化方案对火炮稳定性提高和轻量化实现具有一定的参考价值。     

基于Simulink 的软后坐火炮反后坐装置的仿真分析

为研究软后坐火炮后坐装置运动的可行性,根据软后坐火炮受力情况,建立软后坐火炮后坐装置运动微 分方程,通过Simulink 仿真计算,研究软后坐火炮动力学特性。结果表明：该方法能得到整个运动循环后坐部分的 运动规律,结果符合软后坐火炮后坐装置运动规律。     

三种缓冲装置减小后坐力的分析和比较

阐述了高射频自动机全炮缓冲情况下,弹簧液压式浮动机、环簧高性能缓冲器和内源式FORC装置的结构原理.运用键合图理论建立了全炮缓冲运动的动力学模型.编制了计算机程序对运动过程进行模拟仿真,对其动态特性进行分析.得到了缓冲过程主要性能的曲线和数据.浮动机可以将后坐力减到20 kN,环簧缓冲装置可以将后坐力减到30 kN,内源式FORC缓冲器可以将后坐力减至14 kN左右,对3种缓冲的模拟结果进行比较,得到内源式FORC缓冲器为减小后坐力的最佳途径.     

永磁式电磁阻尼器磁性能解析计算及阻尼特性分析

Halbach永磁阵列作为一种新型的永磁体排列形式,以其优异的磁场利用率和自屏蔽性能逐渐受到广泛关注,以该永磁阵列为结构基础的电磁阻尼器相较于其他的结构形式表现出更好地磁场性能。以Halbach永磁阵列电磁阻尼器为研究对象,分析它的阻尼特性。首先根据阻尼器的结构形式建立了相应的数学分析模型,并利用分层理论对其进行了解析推导,同时建立有限元模型,并进行了互相印证。计算结果表明,初级与次级相对速度到达临界速度值时电磁阻尼力最大,若相对速度继续增大电磁阻尼力反而减小。通过引入火炮后坐运动方程,分析强冲击载荷下电磁阻尼器的电磁阻尼力、后坐速度和后坐位移规律,确保在后坐过程中后坐速度不超过临界速度。通过有限元法研究了不同气隙宽度和内筒厚度对电磁阻尼力的影响,结果表明电磁阻尼力随着气隙宽度的增大而减小,内筒厚度过大会导致电磁阻尼力曲线呈现出“马鞍”型。合理地选择结构参数能够避免退磁现象,确保所设计的电磁阻尼器能够满足使用要求,为电磁阻尼器的设计提供了参考。     

电磁轨道发射状态下的复合导轨动态响应研究

电磁炮导轨中通入电流后,电枢受到电磁力作用沿轨道移动,由于导轨受到安培力和电枢压力的作用,会引起轨道内表面的磨损、刨削现象,限制了电磁轨道炮的使用寿命。而铜基复合轨道可以同时具备有良好的导电性能、耐烧蚀能力以及较高的强度,在大功率多次发射的电磁轨道炮中具有较好的应用前景。将复合导轨简化为弹性地基梁,并对其受力特点进行力学分析,应用二维Fourier积分变换,得到复合导轨在移动荷载作用下动态挠度的一般解,进而得到电磁轨道发射状态下复合导轨的动态响应。分析了复合轨道的几何尺寸、通入电压等参量对复合导轨动态响应的影响。计算结果表明：电枢压力对轨道变形的影响远大于轨道间斥力的影响;合理的复合层厚度占比可以改善轨道的动态性能。     

单级线圈发射器中电枢的受力分析

为提高发射效率,对单级线圈发射器中大质量电枢的受力情况进行分析。基于大质量电枢在线圈中的运 动规律,利用仿真软件建立单级线圈发射模型,对不同质量电枢的运动特性和电枢以不同初速度进入线圈的受力情 况进行仿真并总结其规律,并将弹射线圈使用与否2 种情况下的效率进行对比。结果表明：在放电回路参数相同的 条件下,电枢质量增加,电磁力反向时间推迟;电枢进入线圈的初速度增加,电磁力反向时间提前。加设弹射线圈 的模型能提高发射效率。