基于超声检测的火炮制退机内部空化研究

运用液体空化理论分析了火炮后坐时制退机内制退液的空化机理,用非工作腔超声空化试验与压力试验对制退液空化及其对制退机工作性能的影响进行了研究.研究表明,制退液在火炮后坐过程中发生了剧烈空化,后坐结束时非工作腔内充满制退液泡沫,并不存在真空段.制退液空化泡在复进过程中逐渐溃灭,制退机非工作腔并不提供液压阻力.该结论为制退机的合理设计与故障诊断提供了理论依据.     

考虑空化效应的某软后坐火炮制退机液压阻力系数研究

针对某新型软后坐火炮制退机的恒定液压阻力系数无法准确描述制退机性能的问题,基于计算流体力学方法计算了火炮后坐复进不同阶段的液压阻力系数,其中重点考虑了空化效应对液体流动的影响。分别对前冲、后坐及复进阶段,建立了带有中心斜孔的筒内壁沟槽主流等效模型、不带中心斜孔的筒内壁沟槽主流等效模型及筒外壁沟槽主流等效模型。采用Mixture多相流模型与标准k-ε湍流模型,得到了不同沟槽深度及运动速度下液压阻力系数K的值。结果表明,液压阻力系数在前冲阶段为4.2～6.0、在后坐阶段为1.8～2.8、在复进阶段为1.6～2.4;且液压阻力系数随沟槽深度的增大而减小,随速度的增大先减小,达到发生空化的速度后增大。该研究可为某软后坐火炮的反后坐装置设计及试验测试提供支撑。     

新型电磁制退机对火炮复进运动的影响分析

新型电磁制退机在火炮复进过程中也会产生电磁阻力,这对火炮复进运动产生了一定的影响。根据电磁感应定律,结合火炮复进运动规律,对火炮电磁制退机在复进过程中产生的电磁复进节制力进行分析,建立火炮电磁制退机复进运动的动力学模型,研究分析了火炮电磁制退机对火炮复进运动规律的影响。根据拟定的理想复进速度变化规律,提出了利用负载阻值调控对电磁复进节制力进行调节的方法并进行分析。结果表明:火炮电磁制退机对火炮复进运动的影响较大,基于负载调控的阻力调控方法能够有效减小其对复进运动的影响,使火炮电磁制退机满足复进要求,同时将复进能量转化为电能。     

基于CFD与协同仿真的火炮后坐分析计算

为了解决传统后坐计算模型将液压阻力系数取为经验性常数的局限,提出一种基于多软件协同仿真技术的火炮后坐运动仿真新方法,利用MATLAB求解器计算火炮后坐运动,采用FLUENT求解器计算制退机内液体压力,提高了计算精度.将仿真计算结果与火炮实弹射击试验测试结果、传统工程模型计算结果比对,结果表明该方法计算精度高于传统模型,与实测结果符合较好,为准确计算制退机液压阻力提供了一种有效途径.     

某超长后坐反后坐装置理论计算的修正

某模拟发射装置的反后坐装置采用双驻退机和单复进机的结构形式。驻退机采用带复进节制器的节制杆式，复进机采用液体气压式。对某身管长度是常规大口径火炮身管长度的5～6倍的模拟发射装置测试后发现，驻退机工作腔压力理论计算结果与测试数据之间存在较大偏差。其两个主要原因是：理论计算中采用的后效期公式产生的后坐能量过大；发射装置的特殊结构使实际摩擦因数增大到0．23～0．27。对这两个因素进行了修正，重新计算了理论曲线，经比较与测试数据符合较好。     

火炮后坐复进运动动态检测与模糊评估

射击后火炮后坐、复进运动检测与评估是火炮发射安全性、动作可靠性与射击精度的保证。通过检测火炮射击时后坐、复进位移与复进机压力信号，并应用小波变换算法对测试信号进行滤波，分析得到火炮后坐位移与复进到位速度值；应用模糊理论建立了火炮后坐、复进运动动态模糊评估模型，并评估该火炮的实际射击状态。用实例验证了动态模糊评估模型及结果的正确性及有效性，结果表明该方法简单实用，符合实际射击情况，为火炮后续故障诊断奠定了基础。     

火炮制退机流场分析及节制环磨损机理研究

火炮制退机是火炮的重要组成部分,为了减少经典火炮后坐液压阻力计算模型和制退机内部流场仿真模型简化对制退机内部流场分析精度带来的影响,通过建立基于Fluent的最大限度接近于实际情况的制退机内部流场模型,运用动态网格层变法和局部网格重构法并结合Profile文件设置动网格,通过仿真得出制退机内部流场的压力、速度等的瞬时分布;在对制退机关键部件节制环周围流场分析的基础上,对节制环磨损机理进行了研究,为今后的火炮制退机优化设计和延长制退机使用寿命提供了理论基础。     

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。     

基于虚拟样机的自行火炮发射动态性能研究

利用ADAMS/ATV和Pro/E建立某型自行火炮射击时的多体系统动力学模型,采用第一类拉格朗日方程建立系统的动力学方程.该模型由249个刚体组成,共有1275个运动自由度.将发射时的外载荷施加于相应位置进行仿真,计算得到火炮后座复进的运动规律,结果表明虚拟样机模型后座复进位移和速度的变化符合火炮实际后坐复进规律.     

火炮修后水弹试验后坐复进运动分析计算

目前火炮大修后虽广泛采用水弹试验来检验火炮修理品质,但对火炮水弹试验理论研究很少;针对这一现状,对考核修后火炮品质的火炮后坐复进运动规律进行了分析研究;基于水弹试验原理与工程实践,建立了火炮水弹试验后坐复进运动计算模型,并以某炮为例进行了仿真计算,计算结果与测试结果基本相符,表明所建立模型的正确性和计算结果的可行性。     

水弹射击条件下火炮复进机的工作特性分析

为研究水弹射击条件下火炮复进机的实际工作特性,采用分段处理气体多变指数的方法,将火炮后坐瞬变过程分为2个压缩子过程和2个膨胀子过程;运用热力学理论分析了实弹和水弹射击条件下各子过程中气体的实际特性与火炮内弹道特性之间的内在关系;利用压力传感器反复测试了2种射击条件下复进机内气体的状态变化.理论分析与实验结果均表明,水弹射击过程中,其内弹道特性通过影响复进机气体系统的内摩擦作用与传热过程,会间接对气体多变指数及复进机工作特性产生影响,使火炮复进速度低于实弹射击.     

水下高速射弹空泡形态与阻力特性研究

试验研究射弹在水下带空泡高速运动存在诸多限制,为了获得水下高速射弹的空泡形态和阻力系数的变化规律,分别采用CFD仿真软件和应用基于空泡截面独立扩张原理建立的公式来研究水下高速射弹的空泡形态及阻力特性。研究结果表明,仿真计算结果与公式计算结果吻合良好;随着空化数的减小,空泡的相对长度、相对直径和长细比都在增大;在小空化数下,空泡前部形态基本不变,阻力系数主要为压差阻力系数,其值基本不变。提出了水下高速射弹外形设计步骤：公式计算初步建立模型一仿真计算修改模型一试验确立模型,旨在为射弹的外形设计提供参考。     

圆筒型直线电磁复进机性能与控制特性研究

针对传统液气式复进机易破损漏气、易污染变质、可控性差等问题,提出了一种圆筒型直线电磁复进机。通过对火炮复进过程进行分析,确定了电磁复进机技术要求与关键尺寸参数。设计了圆筒型直线电磁复进机结构,并利用Maxwell软件建立电磁复进机有限元模型,分析了电磁复进机充磁方式和关键尺寸参数对推力特性的影响。建立了电磁复进机数学模型,设计了一种改进型自抗扰控制算法,对火炮复进过程进行控制。仿真结果表明,所设计的圆筒型直线电磁复进机能够满足火炮复进过程需求,改进型自抗扰控制算法实现了火炮复进过程快速准确控制。研究成果为可控式磁阻尼反后坐装置的设计提供了重要理论支撑。     

国内外高炮浮动技术的现状与发展趋势

浮动技术的作用主要有：减小火炮后坐能量，减小自动机复进到位时对炮架的撞击，提高火炮射击的密集度。按照不同的分类标准浮动机可分为不同的种类，按组成浮动机的构件可分为炮身浮动式与炮箱浮动式；按复进到位时机可分为定速击发、定点击发与非定点击发；按弹性介质不同还可分为液压-弹簧式、弹簧式、弹簧-摩擦垫式、液压-气压式等。浮动技术的发展趋势主要为：提高浮动机基本构件的稳定性；减小供弹阻力，采用外能源供弹；协调第二冲量的作用时机；采用受控式浮动机等。     

基于动网格的某驻退机三维流场数值模拟与分析

在后坐运动过程中,火炮驻退机液体的流动状态非常复杂,精确地计算液压阻力非常困难。根据驻退机结构建立了三维非定常流动模型,求解三维瞬时Navier-Stokes方程。在实际建模时,以驻退机的内表面为流场的固壁边界,采用动网格技术模拟驻退杆和活塞的运动。通过流体动力学软件对驻退机内部三维流场进行了数值模拟,较为精确地计算出流场分布及后坐液压阻力。该三维非定常流场数值模拟方法可以较精确计算驻退机液压阻力,并为驻退机设计和优化提供参考。     

基于改进遗传算法的反后坐装置故障诊断方法

反后坐装置是火炮射击故障率最高的部件之一。驻退机故障主要体现在驻退机内液量不足及节制环、驻退杆活塞套等零件磨损,完整火炮难以直接测量内部零件磨损量,因而驻退机故障诊断困难。通过建立反后坐装置后坐、复进运动数学模型,对射击中出现的驻退机故障及其原因进行了仿真计算,应用改进的遗传算法诊断了其故障原因,并用诊断实例验证了该方法的正确性与有效性。实例证明,该方法在火炮反后坐装置故障诊断方面具有速度快、精度高等优点,为火炮结构优化设计及故障论断提供参考。     

水下高速射弹超空泡减阻特性研究

基于Rayleigh-Plesset单一介质可变密度混合多相流模型,利用Fluent6.2对带圆盘空化器射弹的阻力特性进行了数值研究.计算了圆盘空化器射弹的空泡形态,分析了空化器直径、空化数、射弹长径比、超空泡形态对射弹超空泡减阻特性的影响,计算了高速射弹的自然超空泡减阻率.结果表明,空化数变化对射弹的阻力特性影响不大;头部空化器直径对射弹阻力系数影响明显;在超空泡状态下,增大射弹长径比,射弹阻力系数减小;高速射弹的超空泡减阻率可达95%以上.     

基于关键参数的火炮动力后坐模拟相似度评估

针对以液压为动力源的火炮后坐模拟试验方法是否与实弹射击相似的问题,提出了基于关键参数的模拟相似度评估方法。根据火炮结构原理及运动特性,选取最大后坐位移、最大后坐速度等5个关键参数为相似元,采用对比最值的方式计算各关键参数的相似度值,采用区间层次分析法计算各关键参数的权重系数,最后开展模拟相似度评估。评估结果验证了该试验方法的有效性,为动力后坐模拟试验装置的进一步应用提供了可靠依据。     

水下高速射弹超空泡形态与阻力特性研究

基于Rayleigh-Plesset方程的单一介质可变密度混合模型,建立了自然空化流动的多相流模型,利用软件Fluent6.0对水下高速射弹空泡流动进行了数值模拟,计算了4种射弹模型在高速运动下的超空泡形态以及阻力系数,分析了射弹空化器直径、长细比和空化敷等对射弹超空泡几何形态以及阻力特性的影响.仿真结果表明,随着空化数的增加,超空泡直径与长度减小;空化器直径对射弹阻力特性的影响显著;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数.     

火炮复进机内气体特性的热力学分析

研究了火炮后坐瞬变过程中复进机内密闭高压气体系统的热力学特性。针对目前普遍采用的理想气体多变方程,提出分段处理多变指数的研究方法。根据气体实际特性,将整个瞬变过程分为四个子过程,且在每个子过程中用不变的近似多变指数来计算。理论分析表明,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.实验结果证实了理论分析结果的正确性。该结论为复进机的合理设计与故障分析提供了理论依据。