An Operational Modal Analysis Experimental Technique for Self-propelled Gun

The experimental modal analysis of the selected self-propelled gun was completed to obtain its modal frequency distribution and modes by using an operational modal analysis experimental technique.The result obtained by the method was compared with that obtained by the traditional method.It indicates that the two results are in good agreement.

自行高炮稳定跟踪系统建模与谐振抑制方法

未来战场的高机动作战环境对自行高炮稳定跟踪系统提出了更高的性能要求,根据自行高炮稳定跟踪系统的机械结构特点,应用动量矩定理及矢量求导,基于牛顿-欧拉方法建立描述伺服电机配以减速机驱动方位炮塔和俯仰身管的多刚体动力学模型。通过对动力学模型的进一步分解,得到方位俯仰姿态角与输入力矩的关系式。综合考虑传动机构的刚度和控制对象的变惯量特性,建立载体运动姿态耦合条件下具有复杂动载荷力矩干扰的双轴稳定跟踪系统控制模型。针对结构谐振设计一种基于极点配置法和变增益加速度反馈的自整定PI控制方法与基于观测等效惯量的自整定陷波器,采用大地坐标系下的等效闭环干扰速率补偿式稳定控制策略,对该控制方法进行仿真验证。仿真结果表明:在传动机构存在连接弹性的条件下,所给出的控制方法实现了稳定误差不大于2.2×10^(-2) mrad、正弦稳定跟踪误差不大于3.5×10^(-2) mrad,具有良好的控制精度和抗扰动性能;在保证系统拥有较快响应速度的同时,有效抑制了伺服电机变速和稳态过程中的机械谐振,显著降低了负载力矩振荡和负载有效转矩值。

自行加榴炮系统反应时间优化研究

武器系统反应时间是反映武器装备自动化水平和火力反应能力的重要战技指标。针对某大口径自行加榴炮系统反应时间过长、作战效率较低、无法适应现代战场需求的问题,推导了操瞄解算模型,按照操瞄解算模型自动调炮,研究了操瞄调炮与弹药装填机构动作的特点和时长,设计分步并行的方法,优化了调炮动作与装填动作的联动过程,并进行试验对比分析。试验结果表明,相较于传统方法,优化后的方法使得该型自行加榴炮的平均系统反应时间减少了7.02 s,系统反应速度提高了32.3%,使之可以快速、高效地完成规定的战术动作,明显提升其战场生存能力和作战效率。

高动态条件下的自行高炮稳定跟踪力矩分析

研究了高动态条件下炮塔及身管质量偏心所产生动载荷对自行高炮稳定跟踪系统伺服电机等效输出力矩的影响,基于刚体转动的欧拉动力学方程,建立了质量偏心状态下的炮塔、自行高炮身管与车体之间的动力学模型。分别在车体摇摆、平动,以及摇摆与平动复合运动时,对自行高炮稳定指向和目标跟踪状态下的炮塔方位轴和俯仰轴动力学特性进行了仿真,系统分析了动载荷干扰力矩的特点。仿真结果表明:在自行高炮稳定指向的条件下,车体仅平动时,方位轴、俯仰轴的动载荷及输出力矩与车体加速度呈正比;车体复合运动时,方位轴、俯仰轴的动载荷及输出力矩随车体平动速度的增大而增大。行进间跟踪相比车体无平动下的跟踪,方位轴、俯仰轴的动载荷及输出力矩有了显著的增加,且双轴动载荷对输出力矩的作用更为突出。研究结果为行进间射击的自行高炮炮控系统设计提供了理论依据。

基于改进小波阈值的自行火炮信号降噪方法研究

为有效滤除自行火炮柴油发动机振动信号中的噪声,提出基于改进小波阈值的振动信号降噪方法。运用改进的自适应噪声完备集成经验模态分解处理原始振动信号得到各个本征模态函数分量,通过多尺度排列熵检测分量的随机性,筛选出需要降噪的分量,使用改进的小波阈值降噪方法对筛选出的分量降噪,重构降噪后的分量与无需降噪的分量,获得所需的振动信号。同时,针对人工选取多尺度排列熵中各参数对计算结果影响较大的问题,提出一种改进麻雀搜索算法对多尺度排列熵中各参数进行寻优。分别通过仿真信号和实验室实测数据验证所提方法的可行性和有效性,结果表明:与小波阈值降噪、多小波相邻系数降噪和ICEEMDAN-MPE-小波阈值降噪方法相比,所提方法应用于仿真信号时信噪比分别提升5.989 4 dB、6.078 7 dB和1.565 3 dB;应用于实验室实测数据时,降噪误差比分别降低22.143 3、6.834 9和0.722 7,为自行火炮振动信号降噪提供一种新的思路。

Investigation and Research on Auto-Aiming of Self-Propelled Gun

This paper analyses the automatic adjusting of the aim angle because of self-propelledgun’s platform sloping with ground plane caused by self-propelled gun movement, sets up adjustingmethod and model, and presents the corresponding algorithm.

某轻型自行火炮间瞄控制方法研究

间瞄射击是自行火炮的主要作战方式。为解决某轻型自行火炮与同系列自行火炮的结构差异带来的间瞄控制问题,研究了该轻型自行火炮的间瞄控制方法。该方法以3D弹道模型为基础进行诸元解算求解出射击装定诸元;然后根据坐标系之间的旋转关系进行操瞄解算,结合车体航向角、俯仰角、横滚角和火炮方位角求解出炮塔的航向角,进而结合射击装定诸元和炮塔航向角、俯仰角、横滚角求解出调炮诸元。试验结果表明,此间瞄控制方法适用于该轻型自行火炮,解算精度、调炮精度、系统反应时间与同系列自行火炮相当,该方法有效解决了该轻型自行火炮的结构特点带来的间瞄控制问题。

基于射表数据的火炮射击诸元解算方法研究

依据现有射表数据,采用插值方法建立出多组数据对应关系,通过火炮坐标和目标坐标计算出炮目距离和炮目方向,获得表尺改变量和方向改变量计算表尺和方向。选用某自行火炮的某型弹射表为实验数据,对基于射表数据的火炮射击诸元解算方法进行仿真验证。结果表明,基于射表数据的火炮射击诸元解算方法的解算精度和解算速度满足技术指标要求。

自行火炮工作模态分析试验技术

利用工作模态分析试验技术完成了自行火炮全炮试验模态分析,得到了所选择自行火炮全炮模态频率分布及其模态振型,并和传统试验模态分析方法进行对比。结果表明:对相同试验对象,工作模态分析试验结果与传统试验模态分析结果一致。

考虑耳轴-轴承间隙的自行高炮行进间射击炮口响应研究

为研究耳轴-轴承间接触碰撞及间隙对自行高炮行进间射击时炮口响应影响,采用基于Lankarani-Nikravesh接触碰撞理论改进的含间隙旋转铰接触碰撞力数值方法,描述不同间隙的自行高炮耳轴-轴承约束关系。利用谐波叠加法重构符合路面分级标准的不平度,考虑身管柔性建立含耳轴-轴承间隙的刚柔耦合自行高炮发射动力学模型。数值计算获得不同间隙下自行高炮行进间射击炮口动态响应,并与耳轴-轴承理想旋转铰模型对比分析。结果表明,耳轴-轴承间接触碰撞对炮口高低、方向射角影响程度不同,对方向角速度影响最明显;耳轴-轴承间隙与炮口响应并非对应的线性变化关系。

行进间射击时的动力学研究

本文研究了自行火炮在行进间发射时的动力学问题。用拉格朗日方法建立了自行火炮行进间发射时的动力学方程 ,并编制了计算机软件 ,对某自行火炮在随机路面上作行进间射击进行了仿真 ,预测了该武器系统的动力学特性和动态响应 。

行进间发射平顺性研究

该文研究了自行火炮在行进间发射时的行驶平顺性问题。用Kane方法建立了自行火炮行进间发射时的动力学方程 ,并编制了计算机软件 ,对某自行火炮在随机路面上作行进间射击进行了仿真 ,预测了该武器系统的动态特性 ,分析了武器系统行进间发射时的行驶平顺性 ,并提出了改善其平顺性的措施 ,对该系统的结构设计和实际使用均有参考价值。

自行火炮行进间射击动力学研究

本文根据自行火炮系统的结构及运动特点 ,用多体动力学理论的Kane Huston方法建立了自行火炮的全炮多体系统动力学模型 ,分析了射击时的作用力 ,考虑了行进时地面对车轮及系统的约束作用以及履带对车体振动的影响 ;对该模型在射击力及地面激励作用下的响应进行了计算 。

某自行火炮总体结构参数灵敏度分析与优化

为了有效地降低某轮式自行火炮高低炮口扰动,对武器系统的总体结构参数优化进行了初步研究。建立了考虑炮身弹性变形、自动机主要构件的运动和碰撞等复杂因素的全炮动力学模型。根据某火炮的结构组成和发射原理,把武器系统简化成由身管、供弹臂、弹丸、摇架、炮塔、底盘等24个物体组成的多体系统。在对影响炮口垂直扰动的主要参数进行灵敏度分析的基础上,利用随机方向优化算法对武器系统的总体结构参数进行了优化。优化效果明显,为武器系统的总体设计和结构设计提供了理论依据。

基于虚拟样机的自行火炮行驶平顺性仿真研究

对某型自行火炮结构组成进行分析,利用ATV模块在ADAMS软件平台上建立该火炮的虚拟样机;利用谐波叠加法构建了随机不平路面,实现了自行火炮的仿真行驶。选择总的加速度加权均方根值评价法作为自行火炮行驶平顺性的评价标准,并对不同路面上的行驶平顺性进行仿真计算,得到了评价平顺性的参考值。结果表明,通过建立虚拟样机对自行火炮进行平顺性分析是可行的,为自行火炮的行军试验仿真提供了参考。

自行火炮半自动装填机构输弹问题研究

针对身管类自行火炮半自动装填机构设计原理存在的问题,在实验验证的基础上,对半自动装填机构“恒力”输弹对初速的影响进行了分析和量化研究,提出了解决“恒力”送弹问题的方法和途径。

自行火炮总体结构参数的优化设计研究

针对提高自行火炮的射击精度 ,本文提出了以减少炮口起始扰动为目标函数的自行火炮总体结构参数的优化设计问题 ,建立了自行火炮发射动力学模型及参数优化模型 ,并采用伴随变量法和拓广的状态空间梯度投影法对优化问题进行了求解 。

自行火炮多体发射动力学仿真研究

研究了柔性多体系统动力学参数化建模理论、数值求解方法及其在火炮发射动力学仿真中的应用。利用模态展开法描述了构件的弹性变形 ,以某履带式自行火炮为例实施了动力学仿真计算 ,并对结果进行了分析。

履带式自行火炮发射动力学建模仿真研究

针对目前履带式自行火炮发射动力学仿真耗费时间长,以ADAMS软件为平台,基于多体动力学和接触理论,重点对履带系统的建模方法进行了研究,并建立了全炮的仿真模型。基于该模型,分别在硬质地面和柔性地面进行了仿真试验,通过硬质地面的仿真,认为所建立模型的参数设置合理;通过柔性地面的仿真,其受力和运动的变化规律符合理论分析结果;与专业软件建立的模型相比(如ADAMS/ATV),该模型消耗的CPU时间较短。该模型可以进一步用于履带式自行火炮发射动力学特性的研究。

干扰速率补偿式火炮线自稳定跟踪控制建模与仿真

为适应动基座、高射角条件下火炮高精度的稳定跟踪控制的需求,提出一种基于大地坐标系下干扰速率补偿式火炮线自稳定控制方法,以有效抑制自行火炮车体姿态扰动对火炮线指向的影响。根据指向稳定的火炮线在动基座上的运动规律,设计新的干扰速率测量陀螺安装方式,推导在大地坐标系下的方位向和高低向干扰速率解耦补偿值,并在传统的高炮随动基础上应用干扰速率前馈补偿,实现火炮线自稳定和控制解耦。由于火炮稳定只涉及炮塔回转、火炮俯仰两个自由度且都存在偏心矩等因素,采用牛顿-欧拉法建立运动车体与火炮、炮塔之间的动力学模型,并考虑传动机构的刚度和齿隙的非线性,结合执行电机模型和经典闭环控制,以车体航向、俯仰、横滚各幅值为7°,周期为2 s的三轴复合摇摆条件,分别对该控制策略在忽略弹性、考虑动弹性的两种情况下对该控制策略进行仿真研究。仿真结果表明,所提稳定控制方法实现了稳定射角不低于60°,在传动弹性条件下的稳定误差不大于0.5 mrad,正弦稳定跟踪误差不大于2.8 mrad,同时实现了高低向和方位向的的控制解耦,为火炮线高响应、高精度稳定控制提供了新的研究思路和方法。