Dynamic Simulation of the Tank Gun Recoil Response

By using the ATV module of MSC. ADAMS, the dynamic simulation of recoil response of tank gun is analyzed.How the recoil force affects the bodywork and the suspension during gun firing, as well as the changing status of the gun muzzle's velocity are gained. All results and analyzing methods are offered for the designing basis of optimizing tank vehicle-gun match. The constructive exploration is beneficial to improving the general capability of tank.

航炮缓冲装置的优化设计

为了减小高射频航炮的后坐力,提高射击精度和稳定性,设计了一种适配高射频的变阻尼孔缓冲装置。通过分析缓冲装置的工作原理,对关键参数进行设计,建立了具有摩擦力stribeck效应的自动机缓冲装置动力学模型。为降低航炮后坐力,通过非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)得到最优的变阻尼孔直径、弹簧刚度以及弹簧预紧力,将优化前后的参数进行动力学响应对比分析。结果表明:优化后的航炮连发稳定射击时的最大后坐力降低约19.3%,最大后坐位移降低了3.7%,提高航炮在射击过程中的稳定性,为航炮缓冲装置的参数设计提供参考。

基于烟花算法的反后坐装置布置结构优化研究

为研究反后坐装置布置结构对射击精度的影响,针对某轮式大口径火炮的结构特点和发射原理进行受力分析与炮口振动影响因素分析,建立了轮式大口径火炮整车发射刚柔耦合多体系统动力学模型,通过数值计算获得了反后坐装置不同布置的后坐运动规律,在此基础上采用烟花算法分别对3种反后坐装置布置结构进行优化分析,确定了3种结构下对射击精度的影响最小的布置方案,优化后比优化前的炮口扰动分别减小了39.6%、42.4%、28.2%。研究结果表明所提出的数值仿真与烟花算法相结合的优化方法具有可行性,且双制退机双复进机斜向中心对称布置的射击精度要优于其他结构。

激光测振仪在火炮后坐位移测试中的应用

后坐位移是火炮设计中的一个重要参数。本文介绍了一种激光测振仪测量火炮后坐位移的测量方法,以某火炮为试验对象,得到水平射击条件下后坐位移的运动曲线,三组试验数据的最大位移分别为-29.9mm、-30.23mm、-29.47mm。结果表明:该方法对于火炮后座位移的测量具较高实用性。

火炮反后坐技术发展现状与趋势

从火炮后坐缓冲技术和射击冲量降低技术两条线索出发,梳理火炮反后坐技术的发展思路,介绍不同反后坐技术的特点和应用效果。

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。

基于高斯模型和RMSD-DS的火炮反后坐装置故障诊断方法

针对变工况作战环境下火炮反后坐装置状态信号的模糊性和高冲突性等特点所导致的故障诊断可信性不高的问题,提出一种基于高斯模型和均方根偏移(RMSD)-Dempster-Shafer(DS)故障诊断方法,实现信号的模糊化定量表征以及高度冲突证据融合的高可信性诊断。采用高斯模型求解火炮反后坐装置的多个故障特性信号所对应证据的基本概率分配,实现对信号模糊性的定量表征处理;通过构造RMSD-DS冲突系数求解证据间相似度,依据相似度定义各证据重要度,实现每个证据在融合过程中重要程度的定量描述;提出依靠证据重要度的权重求解及证据融合方法,实现高度冲突证据的可靠融合。仿真试验数据应用表明,所提方法相较于其他代表性方法具有更高的准确性和鲁棒性。

大学物理中军事案例教学的设计与探索——以枪炮后坐力为例

将军事案例融入课堂教学是军事院校实现“为战育人”人才培养目标的重要方法和手段。本文围绕枪炮后坐力这一具体问题,从题目设计、背景介绍和实际问题解决等多个角度进行分析讨论,探索将普通物理问题转化为贴近军事应用的实际案例的一般方法和途径。从军事元素、实际条件、军事问题、军事需求等方面设计引入军事案例,既可以提高学生学习兴趣,培养专业素养和创新能力,同时,也为大学物理教学中军事案例库建设提供可操作性指导。

火炮反后坐装置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,最大后坐阻力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,建立了后坐阻力优化模型。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。

磁流变阻尼器动力学模型及其应用

介绍了磁流变体的特点和磁流变器件在国外研究和发展状况 ,并讨论了磁流变阻尼器在火炮反后坐装置上的应用 .从材料流变特性和动力学、机械学、电磁学的角度出发 ,建立了磁流阻尼器的动力学模型 。

基于Matlab/Fluent的协同仿真技术

基于一维理论的火炮后坐运动仿真将液压阻力系数取为常数,导致液压阻力计算值与实际相差较大。针对该问题,提出基于Matlab/Fluent的协同仿真技术进行后坐运动计算,弥补一维理论的不足。在建立符合实际结构的制退机二维模型基础上,利用Matlab计算火炮运动参数,用Fluent计算流体压力参数,通过外部文件接口实现数据交换,达到准确模拟火炮后坐动态过程的目的。以某型火炮为例进行后坐仿真计算和射击试验验证,结果证明该方法是可行和有效的。

基于虚拟样机技术的火炮反后坐装置设计评价研究

反后坐装置是火炮系统的核心部件,其工作性能的优劣直接影响着整个火炮的性能。首先介绍了火炮反后坐装置设计评价的必要性,建立了反映反后坐装置工作状况的火炮虚拟样机。提出了表征反后坐装置工作性能的三个指标,基于虚拟样机仿真研究设计参数对反后坐装置性能指标的影响规律,从而将对反后坐装置设计的评价转化为对其性能的评估,实现了火炮反后坐装置设计评价的定量化,评价实例说明了利用虚拟样机评价反后坐装置设计的优越性。最后,展望了虚拟样机在武器装备工程研究领域应用的前景和下一步工作的重点。

火炮磁流变后坐阻尼器的设计与可控性分析

以高冲击、高速环境下的某口径火炮反后坐装置为研究对象,讨论了后坐阻力对火炮静止性和射击稳定性的影响,研究了磁流变阻尼器对火炮后坐运动的控制作用。设计了火炮磁流变后坐阻尼器及冲击试验平台;考虑冲击载荷激励下惯性力的影响,建立了火炮反后坐装置动力学模型并进行了计算仿真,对所设计长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验,测试其在冲击载荷下的动态特性,并进行了后坐过程半实物仿真控制。试验结果表明设计的长行程火炮用磁流变阻尼器可有效抑制冲击载荷激励作用,为进一步实现火炮后坐力与行程控制的一体化设计和工程应用奠定了基础。

坦克火炮反后坐装置在线检测方法研究

针对坦克执行实弹射击任务前需要检验评估武器系统健康状态的要求,提出了一种基于人工后坐和虚拟仪器技术对火炮反后坐装置技术状况进行在线检测的方法。通过分析影响火炮反后坐装置性能的主要因素,确定反映反后坐装置功能状况的技术参数,并通过PXI组成的采集系统,对坦克火炮检测数据结果进行处理和分析,确定反后坐装置的技术状态。试验结果验证了该方法的可行性和有效性。

火炮磁流变后坐阻尼器的设计与磁路分析

研究了高冲击载荷作用下的火炮磁流变后坐阻尼器,设计了一多阶带槽且经过光滑处理的长行程磁流变阻尼器,运用电磁场有限元分析软件对阻尼器结构与磁路耦合问题进行了求解,分析了线圈绕向、活塞和钢筒部件材料、饱和电流、阻尼通道等各种工况下阻尼器磁场分布情况,给出了冲击载荷下的磁流变后坐阻尼器磁路设计一般准则.数值计算结果表明设计的长行程火炮磁流变后坐阻尼器满足结构与磁路设计要求.

考虑边界滑移和惯性效应的磁流变液缓冲器特性分析

为满足某埋头弹火炮反后坐装置对不同弹种发射时的可调节适配性,并在满足最大后坐力的同时减小最大后坐位移,提出了一种基于多级环形通道的磁流变液缓冲器。利用有限元方法分析了缓冲器磁路,得出了阻尼通道平均磁感应强度与励磁电流的关系;利用安东帕流变仪测试数据,辨识了磁流变液在零磁场和磁场下的模型参数;建立阻尼通道中磁流变液的流动微分方程,在考虑惯性项和边界滑移条件下,得出了阻尼通道内磁流变液的流速分布特征,推导了缓冲器的阻尼力与活塞速度之间关系;根据理论研究结果,制作磁流变液缓冲器,构建了落锤冲击实验台,并进行不同冲击速度的冲击实验。研究表明:不同惯性效应和边界滑移条件下磁流变液流动速度分布规律相似,但流动速度峰值不同;边界滑移系数为0.000 1时磁流变液缓冲器的理论缓冲力与实验值接近;在冲击速度为1.55 m/s、电流从0 A变化到3 A时,缓冲力峰值增大了15 000 N;在冲击速度为1.90 m/s、电流从0 A变化到4 A时,缓冲力峰值增大了25 000 N.

小口径自动炮低后坐力射击模式研究

为了降低和有效控制火炮发射时产生的后坐力,提出了采用增大后坐长度,弹箱与自动炮共同浮动射击的方法,形成一种低后坐力的射击模式,达到以大后坐行程后位浮动的射击方式来降低后坐力的目的.以小口径自动炮为例,建立了该自动炮后坐运动的数学模型,经过动态仿真分析,在两种射速下与常规射击模式的最大后坐力进行了对比,同时考虑到射击过程中弹箱中炮弹数量不断减少而引起后坐质量变化的因素,得出此低后坐力射击模式能够有效降低自动炮射击过程中产生的后坐力,相比于常规射击模式,后坐力降低了50%以上,为小口径自动炮的减小后坐力技术提供了参考.

降低火炮后坐力技术概述

低后坐力技术是协调火炮威力、机动性和精度三者之间矛盾的关键技术。降低火炮后坐力技术主要有前冲技术、超长和串联超长后坐技术、二维后坐技术、炮口制退器技术、膨胀波减小后坐力技术和电(磁)流变技术。前冲后坐技术需要适应多种装药的变化,要有专门的卡锁装置,迟发火或瞎火时需采取相应的安全措施,尤其要解决首发射击精度问题。膨胀波火炮红外目标特征太明显,要求能精确控制火炮相关机构,需系统、全面地研究探索内弹道技术、火炮自动机技术等相关技术。在火炮设计过程中,应对各种降低后坐力的技术进行综合分析与对比,提出相容性好的低后坐力技术应用方案。