基于区间不确定性参数辨识的某软后坐火炮发射过程建模

火炮软后坐发射技术是降低火炮发射后坐力的重要途径。为研究影响软后坐火炮的工作特性,以某软后坐火炮为研究对象,提出一种新型中心流口与变深度筒壁沟槽结合的多流口制退机结构,并通过CFD流体仿真,建立结合流量分配特性的制退机的伯努利方程,提高了制退机的模型精度。以此为基础,又根据区间不确定性理论与遗传算法,以一发实测数据对该软后坐火炮的典型参数进行不确定性参数辨识,建立软后坐火炮发射过程的不确定性参数辨识模型。采用辨识结果的仿真结果与试验数据的相似度可达92.78%。另外,通过第2、第3发试验的对比验证,对应的仿真结果与发射试验结果相似。综合辨识与验证结果来看,结果较好地反映了两种试验工况下的发射过程,表明了建模准确,辨识结果有效,为软后坐火炮系统的设计提供理论指导。

一种流口可控软后坐火炮反后坐装置设计与仿真

火炮的软后坐发射是减小火炮发射后坐力的重要技术途径。现有软后坐技术多采用的前冲定位击发方式,由于不同弹种的膛压不同,在发射过程中反后坐装置产生的液压阻力相差较大,造成改变弹种后不能正常超卡。为提高软后坐火炮的射击性能,应对软后坐火炮弹种适应性差的问题,提出一种带有伺服控制机构的可调流口软后坐反后坐装置,通过发射前馈控制实现对液压阻力的有效调节。并基于常规反后坐装置的软后坐发射试验数据,采用粒子群算法对其结构参数进行区间参数辨识,结合辨识与流体仿真结果对提出的反后坐装置的发射过程进行仿真分析。仿真结果显示:该反后坐装置在不同弹种条件下,使软后坐火炮发射时均能正常超卡且发射过程平稳,并将后坐阻力控制在400 kN以内,能够满足软后坐设计要求。可以看出该新型反后坐装置对各类不同弹种下的软后坐发射工况的良好适应性,具有很大的实用价值,对软后坐火炮的设计应用提供一定的参考。

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。

改进型免疫克隆布谷鸟算法求解软后坐火炮多参数辨识

软后坐火炮利用前冲动能抵消部分后坐能量,从而减小火炮发射过程中的冲击与振动。为进一步研究软后坐火炮发射过程中的动力学特性以及解决软后坐火炮发射过程动力学模型多参数辨识困难的问题,首先依据伯努利方程建立软后坐火炮发射过程的动力学模型,其次提出了一种改进型免疫克隆布谷鸟算法(improved immune clone cuckoo algorithm,IICCA)。该算法在更新过程中引入随机交叉与高频变异提高了算法的局部搜索能力,引入自适应算子来克服算法不易取得最佳概率值的问题,引入精英抗体提取算子来提高算法的计算效率。为进一步提高算法的收敛速度,引入动态疫苗接种策略,对疫苗接种后的抗体种群采用莱维飞行和巢寄生行为进行二次搜索。通过5个多峰测试函数对改进算法进行验证,计算结果表明该改进算法相比免疫克隆选择算法、免疫遗传算法、自适应粒子群算法和改进型布谷鸟算法均具有更高的计算精度和更快的收敛速度。最终,辨识结果与试验结果的曲线相似度高达97.02%,表明IICCA在解决软后坐火炮发射过程多参数辨识问题上的有效性和准确性。

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.

软后坐火炮反后坐装置建模研究

为了对某软后坐试验炮的前冲-后坐运动、制退机力进行计算及优化,建立了其反后坐装置动力学模型,通过流场计算完善解析模型中的参数,通过流场仿真检验该模型与流场仿真模型的相似度,最终得到可以近似代替流场仿真模型的解析模型。基于牛顿运动定律、伯努利方程建立动力学模型,针对中心流口筒壁沟槽式制退机进行了匀速后坐仿真,得到沟槽与流口在匀速后坐时的体积流量分配规律;通过多速度、多开口面积仿真得到液压阻力系数与中心流口大小、流速的关系;通过多前冲速度、多前冲位移仿真得到前冲机压强损失的规律。通过Matlab计算参数完善后该模型的火炮发射过程,并将得到的后坐速度以预定义文件Profile的方式赋给Fluent瞬态仿真中的活塞,进行仿真验证。两者的结果对比说明,该数学模型能较好地与传统制退机流体Fluent仿真模型相吻合,多通道组合流液孔制退机的液压阻力可根据伯努利公式与通道间的流速比计算。

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。

基于前冲发射的调压式击发控制运动特性分析

为了提高前冲发射对于火炮射角的适应性,降低瞎火现象对前冲火炮的影响,通过对前冲发射常规的定点击发、定速击发方式进行分析对比,提出了一种适用于前冲发射的新的调压式定速击发控制方式,分析计算出该击发方式下复进机压力与射角的对应关系,得到了该击发方式下的前冲运动特性,并将常规定速击发控制方式下瞎火后的前缓冲运动特性与变压定速击发控制方式下的前缓冲特性进行了对比。结果表明:采用变压定速击发控制方式在不同射角下的前冲特性基本相同,极大降低了前冲火炮由于射角变化导致的状态变化,同时,在发生瞎火时,前冲有效力较常规击发方式更加稳定,且在低射角时能够有效降低前冲有效力。