某迫榴炮击针疲劳寿命仿真与提升研究

击针大多采用细长及变截面结构,在循环撞击力作用下,易引起结构应力集中及交变应力,经常出现疲劳断裂故障,严重影响自动武器的可靠性,甚至威胁到作战人员安全。某迫榴炮击针在试验中偶发断裂现象,疲劳寿命约200发左右,为了提升该击针疲劳寿命,基于载荷传递过程,建立了击针在火药气体反冲力下高速运动与限位块的瞬态撞击模型,获取击针撞击过程交变应力,通过循环载荷作用下击针疲劳寿命评估,计算击针疲劳寿命与试验现象基本一致,验证了计算模型的准确性。在此基础上,开展了不同材料击针疲劳寿命提升研究,研究表明,将击针材料由PCrNi3Mo更换为30CrNi2MoVE后,击针疲劳寿命由215发提升到1670发,提升效果显著,改进后的击针经实弹射击试验验证在规定寿命周期内未发生断裂现象。

基于不同海况的某两栖火炮横摇仿真研究

对于两栖火炮来说,作战时能够实现水上快速浮渡,基于不同的海况条件可实现安全可靠的水上射击,是登陆作战能否成功的一项关键因素。为了掌握不同海况条件下两栖火炮发射安全性与稳定性,建立了两栖火炮水上发射动力学模型,获取了两栖火炮水上射击横摇角位移,结合两栖火炮水上射击横摇角测试,验证了动力学模型的计算精度。基于皮尔逊和莫斯克维奇海浪谱海面模型,建立了1~4级海况条件下两栖火炮横摇仿真模型,获取了两栖火炮不同海况条件下的横摇最大幅值及横摇周期,结合耐波性分析,为两栖火炮不同海况条件下的发射安全性进行了评估。

基于COMSOL的电磁发射一体化弹丸动力学分析

为了实现高效、精确的电磁发射一体化弹丸效果,深入理解一体化弹丸在电磁场中的动态响应和运动特性,通过采用基于COMSOL的电磁场仿真模拟方法,结合理论推导和数值计算,对电磁发射一体化弹丸的动力学行为进行了系统的研究。建立了有限元模型,对弹丸在电磁场中的受力情况进行了描述和分析;利用COMSOL软件进行仿真,得到了弹丸在电磁发射过程中的速度和位置等关键参数;并得到相关的磁场特性。通过对仿真结果进行分析,深入了解弹丸在电磁场中的运动轨迹和磁场特性,进一步揭示其运动特性和响应机制,为电磁发射技术的进一步发展提供重要的参考和指导。

考虑动态载荷不确定性的弹协调到位精度

为分析弹协调动态随机过程中不确定性输入参数对协调到位精度的影响,基于直接概率积分法(Direct Probability Integer Method,DPIM)研究弹协调过程的动态不确定性传播。建立弹协调机构的刚柔耦合动力学模型,推导弹协调过程的概率密度积分方程,并采用Karhunen-Loeve(K-L)展开方法实现动态随机驱动载荷的降维,进而基于DPIM量化动态不确定性条件下弹协调臂到位角度的不确定性。与试验对比的结果表明:弹协调到位仿真输出与试验测试结果基本吻合,验证了模型的准确性;与Monte Carlo(MC)结果对比,基于DPIM方法得到的概率密度函数与MC相比误差较小,验证了新方法的有效性;动态随机载荷和不确定性参数影响下的协调到位结果表明:K-L方法有效实现了协调过程动态随机载荷的降维,协调到位误差随协调角度变大而变大。计算结果可为弹药自动装填系统可靠性设计提供有力支撑。

基于国产SOPC的多通道控制模块设计

针对某火炮对击发控制的高可靠性和准确性需求,设计了一种基于国产SOPC的多路信号采集和控制模块,应用于其击发控制。设计了以SOPC为核心控制器的信号采集和控制电路,其中SOPC微内核与内部FPGA之间为双向实时通信机制,硬件采用Verilog HDL对SOPC进行了逻辑设计和外设电路构架,实现了多信号采集和控制,利用内部微处理器完成与外部设备的通信和数据交互,依托仿真测试平台完成了SOPC的通信时序和功能验证,并利用示波器和上位机进行了测试。测试结果表明,从输入信号满足条件到输出相关信号的时延低至250μs,多次测试的时延误差不超过±10μs,而采用PLC控制器进行击发控制则需要3~8 ms,较好地满足了击发控制的准确性和可靠性要求。

面向惯性装填的输弹运动研究

为实现不同装填角度下弹丸的卡膛速度一致性和降低输弹运动的峰值功率,以提高输弹一致性和减轻动力系统负荷,根据惯性装填工作原理,运用非对称式S型速度规划方法调整输弹运动状态,并基于虚拟样机仿真建立了参数化的输弹运动模型。以弹丸的卡膛参数为约束,面向惯性装填建立输弹运动优化模型,以实现不同装填角度下弹丸的卡膛速度一致性及降低输弹峰值功率。采用多岛遗传算法和修正可行方向法组合优化策略求解优化模型,优化结果表明:优化后的输弹运动可实现不同装填角度下弹丸的卡膛速度一致性,且输弹运动峰值功率降低了14.9%,验证了该方法的有效性。

基于高电负荷直线电机的电磁输弹技术研究

为实现大口径火炮输弹机构的轻量化和小型化,根据惯性输弹工作原理,采用以直线电机为核心的电磁输弹方式进行弹丸装填。针对短时间歇式的输弹工作特点,开展适用于输弹的高电负荷直线电机设计,以降低输弹机构的质量和体积。基于虚拟样机仿真建立电磁输弹机构动力学模型,并结合电机参数进行输弹动力学仿真,结果表明,在最大射角下以直线电机为核心的电磁输弹机构可使弹丸具备可靠的卡膛速度,且相比于常规电负荷输弹机构,高电负荷输弹机构的质量降低了58.9%,体积降低了53.6%。基于高电负荷直线电机的电磁输弹方式可为输弹机构轻量化和小型化设计提供参考。

侵彻弹体过载信号特性与处理技术研究进展

侵彻弹体过载信号是反映侵彻物理过程的关键信号,可分为刚体减速度、弹体结构响应、连接结构响应和传感器噪声4种成分。介绍了4种成分的来源和各自特点,讨论了弹体结构响应和传感器相关信号各自的建模和评估方法。整理了针对过载信号进行分析处理的若干方法,比较了各种方法的精确性、自适应性、实时性和适用范围。对于过载信号处理实时性需求、重构手段、刚体减速度在复杂侵彻环境下的形式以及高速侵彻对过载信号分析处理带来的挑战展开了讨论。针对侵彻弹体过载信号研究现状,总结了存在的问题以及未来可能的研究方向。

基于多传感器信息融合的光伏微电网设备故障预警研究

当前对于光伏微电网设备故障预警多采用相似性建模方法,但这种方法缺少对设备运行数据的流处理,导致故障预警精度较低。因此,提出基于多传感器信息融合的光伏微电网设备故障预警研究。首先,采集设备的状态参数,并利用多变量非线性函数对设备运行的历史数据与实时数据进行流处理与故障引擎分析,由此建立设备状态模型。其次,结合多传感器信息融合技术融合设备状态数据,并将其转化为后验概率输出,求取故障预警指标。最后,构建设备故障预警模型,计算故障预警区间阈值,实现设备故障预警。结果表明:所提方法得到的预警值与真实值之间的拟合优度较高,具有较高的预警精度。

基于FLUENT的燃烧轻气炮内置喷管增速效能研究

为研究燃烧轻气炮气室前端的内置喷管对弹丸速度和气体流动情况的影响,采用计算流体力学(CFD)方法,建立35mm汽油燃料轻气炮的流动基本控制方程和喷管流动一维数值模型,设弹重为20g、身管内壁面光滑且长度为1.5m,并在Fluent中编译UDF函数以计算弹丸运动参数,分析内置喷管对气流速度的影响以及弹丸运动速度的变化,以有无内置喷管为区别设置对照计算对比内置喷管的增速效能。结果表明:内置喷管构型利于提升弹后气流流速,减少气体回流,流速马赫数可提升至1.76,增幅约为9.3%;在燃烧温度、压力较高(>12MPa)时可大幅提升弹丸速度,最大速度约为670m/s,增幅约为6%~10%,反之则弹丸速度增效微弱(增幅2%~7%)。研究结果表明燃烧轻气炮配合内置喷管具有提升发射性能的效果,可为气体炮发射性能优化研究提供一定的理论参考。

基于虚拟样机的火炮系统建模与仿真分析

根据地火炮的主要部件的连接关系 ,在分析了火炮拓扑结构的基础上 ,讨论了火炮各体的自由度。介绍了机械系统动力学仿真分析系统ADAMS ,首次将其应用引入到武器装备研究领域 ,简述了Kane方法建模的步骤。结合Fortran语言编程 ,在ADAMS环境下建立了火炮虚拟样机 ,虚拟样机仿真和Kane方法对比结果说明了虚拟样机建立的可信性。最后 ,研究了驻锄刚度对火炮振动性能的影响 。

筒壁沟槽式火炮制退机的流场数值仿真

为了研究某火炮筒壁沟槽式制退机在火炮后坐运动过程中内部流体的流动状态,研究不同后坐速度下制退力的特性,应用Fluent软件建立了制退机的等效流场模型,由工作腔压力和流量,推导出液压阻力系数K并分析流速、沟槽面积和液压阻力系数K的关系。对比分析仿真和实验数据表明:无论活塞杆匀速还是变速运动,同截面上两不同流道的流液速度几乎相等,且同截面不同流道的流量比近似等于各流道的面积比。

反后坐装置结构布置对炮口振动影响的研究

大口径火炮炮口振动响应是影响火炮射击密集度的关键因素之一。为了研究减小炮口振动的技术途径,基于非线性有限元理论,考虑机构之间的接触碰撞关系,建立了某大口径火炮样机的发射动力学模型。通过数值计算研究了复进机和驻退机的不同固定方式和不同布置位置对炮口振动的影响规律,分析了不同结构布置下载荷的传递规律。通过对炮口振动响应量进行分析对比,确定了较优的结构布置方案。研究结果对该类火炮的总体结构设计具有一定的参考价值。

基于遗传算法的火炮反后坐装置结构多目标优化研究

大口径火炮后坐阻力和炮口扰动是影响火炮射击精度的关键因素,为了减小后坐阻力峰值和炮口扰动,基于刚柔耦合动力学理论,建立了某型火炮刚柔耦合系统动力学模型。从反后坐装置结构和总体结构的角度出发,利用ADAMS底层开发模块,结合小生境遗传算法程序建立多目标优化函数,进行火炮反后坐装置结构多目标优化设计。优化后的后坐阻力峰值及炮口扰动明显降低,表明所提出的优化方法合理可行,为火炮总体结构和反后坐装置结构的优化设计提供一定的技术参考。

基于扰动观测器的弹药提升装置模糊滑模控制

针对某新型弹药提升装置位置控制过程中负载变化和外界扰动等带来的不确定性问题,提出一种基于扰动观测器的模糊滑模控制策略。引入扰动观测器对复合干扰进行在线估计和前馈补偿;由于系统参数的不确定性,很难对系统进行精确建模,利用模糊逻辑逼近数学模型,从而建立等效控制律,大大减轻了控制器的设计难度。仿真结果表明:所设计的控制策略在外界干扰存在的情况下,能够对弹药提升装置位置进行精确控制,具有良好的鲁棒性。

基于虚拟样机技术和灵敏度分析的地面火炮射击稳定性优化研究

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 ,尽管在工程实践中引入了多种经验符合系数 ,但是火炮分析结果和试验的一致程度不能令人满意。这是因为火炮的射击过程是一个动力学过程 ,需要采用动力学分析方法。虚拟样机技术的出现为火炮射击稳定性研究提供了新的方法 ,文中在建立火炮动力学模型的基础上 ,通过选取火炮结构参数对火炮射击稳定性进行研究 ,利用虚拟样机分析高低机刚度和阻尼、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。通过引入改进的相对灵敏度分析公式 ,解决具有不同量纲的影响因素的比较问题 ,进而确定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的局限性 ,以火炮射击稳定性为目标 ,采用优化子空间的逐层优化方法对火炮射击稳定性进行研究 ,找到一组使火炮稳定性最优的结构参数 ,证明虚拟样机技术对火炮系统动态特性仿真的可行性和优越性。最后 ,展望了虚拟样机技术在武器装备领域应用的前景。

基于神经网络和遗传算法的火炮结构动力学优化

为研究炮口扰动优化问题,提出采用非线性有限元、试验设计、神经网络和遗传算法相结合的方法进行火炮结构动力学优化。建立了某大口径火炮上装部分非线性有限元动力学模型,结合试验设计进行了火炮结构动力学分析。以试验数据为训练样本,建立了基于贝叶斯正则化算法的反向传播(BP)神经网络来模拟火炮总体结构参数与炮口扰动之间的非线性映射关系。构造了炮口扰动优化目标函数,利用遗传算法对目标函数进行求解,实现了火炮总体结构参数的动力学优化。研究表明所建立的火炮总体结构参数与炮口扰动之间的非线性映射关系具有很高的可信度,运用该方法进行火炮结构动力学优化行之有效。

火炮虚拟样机的总体框架及初步应用

探讨了虚拟样机技术在火炮中的初步应用.在阐述火炮虚拟样机技术基本内涵的基础上,结合火炮武器装备研制的特点,提出了一种火炮虚拟样机的总体框架,建立了火炮武器系统设计、研制、试验和评估的集成化虚拟样机环境.以某车载火炮的总体方案为例,介绍了虚拟样机的建模、仿真,并分析了虚拟样机的性能,结果表明虚拟样机技术可有效地支持火炮武器系统的数字化设计研制.

大口径火炮身管主动冷却温度场分析

利用有限元软件分析了某大口径火炮身管的温度场分布 ,并对自然散热条件下的单筒身管和主动冷却条件下的复合身管温度场进行了比较 ,其结果为 (1)身管温度场分布存在初始和正规工况阶段 ,后者的单筒身管热状态可以通过测定任意两发身管外表面温度来评估 ;(2 )持续射击过程中 ,单筒身管始终处于非稳态导热过程 ,主动冷却身管则包括非稳态和准稳态两个过程 ,实现了身管热状态由不可控向可控转变 ;(3)对流传热系数h和身管壁厚δ的组合对降低内膛温度具有很大影响。临界对流传热系数hc 的存在表明 ,对自然散热条件下单筒身管来说 (h <hc) ,在重量、刚度允许条件下 ,增加壁厚可以达到降低内膛温度的目的 ;就主动冷却身管而言 (h >hc) ,选择大h。

高速机动条件下坦克行进间火炮非线性振动动力学研究

为研究高速机动条件下坦克行进间非线性振动情况,基于动态协同仿真方法,建立了坦克行进间机械、电气与液压联合仿真模型。分别在机电一体化仿真软件Amesim中建立液压子系统模型,在仿真软件MATLAB/Simulink中建立控制子系统模型,在多体系统动力学软件RecurDyn中建立考虑身管柔性等多个非线性因素的坦克机械系统模型。运用谐波叠加法分别编写了考虑左右履带不平度相干性的D级、F级三维路面不平度计算程序。动力学计算结果表明:身管柔性会造成炮口振动的振幅大于摇架处;当路面不平度较小且行驶速度较低时,炮口相对于摇架整体向下弯曲;随着路面不平度的增大和行驶速度的提高,车体及摇架稳定性急剧恶化,稳定器无法保证稳定精度,此时,身管柔性造成的炮口与摇架处高低角位移差异显著减小;身管柔性因素对于射击精度的影响难以通过简单的静态修正得以解决,还需综合考虑坦克的行驶工况。