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[硕士论文] 韩宝章
物理学 中北大学 2017(学位年度)
摘要:微角度测量在日常生活以及工业制造测试领域一直占据着重要的位置,以往机械式的测试方法已不足以满足当代工业发展的需求,测试过程自动化、数字化是目前微角度测试方法的主要研究方向。在众多微角测试方法中,光学测角法以其准确度高、非接触测量的优势而被运用最多。
  针对火炮出厂前的校瞄工作,存在自动化程度不高,测试结果分辨率、精度低的缺点,设计了一种新颖的激光微角检测校瞄系统。该系统由位置灵敏探测器(PSD)、准直平行激光管与二维精密旋转控制器构成,采用光电转换和信号处理技术,可实时获取火炮炮膛的微角偏移量,完成了高精度的测试,有效地改善了传统校瞄方法的不足。结合课题研究的基本目标,深入研究了激光作为光学测角法光源的优良特性;设计了检测系统的硬件组成,并对系统各部分硬件进行了分析和选型;对系统进行了现场测试,通过对测试数据、测试条件及误差的各项分析,进一步说明了本系统相比于传统校瞄方法在精度、分辨率以及效率等方面都有很大提高。
  实验测试结果表明,该系统可在炮膛仰角0°~70°范围内对炮膛的微角偏移量进行全程测试,其分辨率可达到0.001°,可广泛应用于不同口径火炮炮膛的校瞄工作中。
[硕士论文] 田园
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:供输弹系统承担着火炮等武器系统的核心工作任务,其动作卡滞故障严重制约战机的把握,所以对其进行状态监测并对潜在故障进行预示意义重大。
  本文对中口径转管火炮供输弹系统的工作原理、常见故障进行了分析,并以此为基础进行测点布置与多场信号采集。针对其多场信号存在高噪声的问题,采用了基于双正交样条小波的自适应分块阈值降噪法,该方法核心为将Stein无偏风险估计作为约束条件,对阈值和邻域分块长度进行自适应优选。该方法相比分块阈值和相邻系数小波降噪,对微弱冲击保留情况最好,且与仿真冲击信号的相关系数最大、均方根误差最小,且可突出实测信号中1~10倍工频频谱能量。之后针对供输弹系统信号中成分复杂的问题,运用主成分分析(PCA)与轮廓似然率相结合的方法对其进行数据降维,在抑制冗余成分的同时保证故障识别的敏感度,并通过简单均匀分布模拟数据对该方法的有效性进行了验证。接着阐述了潜在故障预示的思路:通过参照工况构建PCA模型,找出未知工况与参照工况在主成分轴上潜分数分布的概率密度函数间的差异,并通过Kullback-Leibler散度(KLD)进行表征。之后对KLD的潜在故障识别能力进行了验证:发现在数据概率分布未知的情况下,KLD比威克森等级和检验表现出更好的潜在故障识别能力。之后在双正交样条小波框架内设置了小波的选取准则,并对供输弹系统实测信号构建小波时频图作为PCA-KLD法的输入数据。由于信号频谱能量主要集中于倍工频序列频率点,故将倍工频序列转化为尺度序列,代入到小波时频图的计算中。之后通过三种正常工况数据分别构建PCA模型,对比分析各次试验的KLD值发展趋势,找出了故障征兆。最后通过引入了脱离率的深度置信网络(DBN)对正常、故障、恶化中这三类工况进行智能分类,结果证明该方法相比BP神经网络与普通DBN表现出了较好的分类效果。
[硕士论文] 王泽坤
航天工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:反冲模拟试验系统最初应用在火炮缓冲器研究上,相较实弹发射,模拟试验系统只需要很小装药量,就可以实现与实弹发射近似的动态效果,在自动武器的研制中有着广泛的应用。模拟试验技术不仅可以模拟火炮射击时的动态力,还可以模拟出类似的强冲击力,例如冲压设备工作时的强振动、飞机着陆时起落架所承受的强冲击等。随着试验系统的技术要求日渐提高,以往的模拟试验系统无法满足现实应用,结构急需改进。本文在前人研究的基础上,分析试验系统工作原理及运动过程,引入新的方案,设计一套新型模拟试验系统,以满足现实应用中的新要求。
  根据技术要求中的各项指标,在以往的结构基础上进行改进,设计出一套新的方案。试验系统在运行时能够实现一系列复杂动作来保证各项技术指标。依照结构方案完成模拟试验系统的三维建模,分别阐述各部件的结构特点,并从模拟试验中的动力加载过程、部件运动过程两部分详细说明系统如何实现工作要求,然后对系统的整体运行过程进行数学建模,再将数学模型编制成计算机程序导入数值分析软件MATLAB中,利用其强大的计算能力进行数值仿真。将仿真试验计算分为理想工况、单周期试验、多周期试验三组进行,得到的三组仿真结果数据相互对比研究用以评估试验系统的结构设计是否合理有效。
  仿真数据对比研究表明,各项结果数据误差均在合理范围内,建立的试验系统动力学模型可靠,试验系统结构设计方案可行,对其他缓冲器的模拟试验具有一定的借鉴意义。
[硕士论文] 王鹏翔
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:从未来作战需求来看,减轻重量、提高机动性和快速反应能力已成为追击炮的发展趋势。根据迫击炮承担的任务,要求追击炮在保证威力的条件下,尽可能尺寸小、重量轻,而迫击炮座钣是主要的部件,座钣轻量化是新型迫击炮关键技术之一。本文重点从座钣结构、材料两个方面,采用有限元法进行了优化设计。主要研究内容如下:
  本文首先对迫击炮发射过程及座钣受力进行了分析,迫击炮发射时大多以密实中硬土介质为支撑,座钣承受很大的炮膛合力,因此设计时必须充分考虑结构不能发生塑性变形,在此基础上,初步进行了座钣的结构设计。
  为了对结构进行详细的刚强度分析,建立了座钣与土壤耦合力学有限元模型,土壤采用半无限空间体,座钣-土壤采用非线性接触关系。使用ANSYS Workbench对不同射角下座钣在最大炮膛合力作用下的应力应变进行了仿真与分析。并设计了炮射试验测试方案,验证了仿真的合理性。
  在仿真与试验结果分析基础上,对材料和结构进行了进一步优化,质量比现有同口径迫击炮的座钣减轻50%,结构满足发射刚强度要求。
  本文在座钣优化设计、仿真及试验验证技术方面的研究成果可为迫击炮轻量化提供参考。
[硕士论文] 莫微
兵器工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:减小武器射击时的后坐力,提高武器的射击精度是武器装备核心中一项重要而又长期的研究课题。本文为减小某链式炮后坐力,根据缓冲器的设计要求,对比分析了不同的缓冲器,拟采用弹簧液压式缓冲器。针对所论证的缓冲器方案,建立了内弹道模型、液压阻力模型以及在缓冲条件下的全炮动力学模型,列出了缓冲器动力学方程。在Simulink建模环境中使用SimHydraulics液压模块建立了缓冲器动力学模型。针对不同的结构参数,通过它们对最大后坐力的灵敏度分析,根据相对灵敏度的大小来判断该参数对最大后坐力的影响程度。把对最大后坐力影响较大的一组结构参数作为优化设计变量,并根据整体布置要求以及最大后坐位移要求,并将其作为优化约束条件,通过使用MATLAB优化工具箱中的globalsearch函数调用fmincon函数来进行全局优化,得到一组使最大后坐力最小的结构参数。对优化后的结果进行仿真分析,仿真结果表明,优化后的结构参数能够满足整体布置要求以及最大后坐位移要求,能够有效的降低最大后坐力。论文的研究工作对某链式炮缓冲器的低后坐技术研究有一定的指导意义。
[硕士论文] 赵佳楠
信息与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:火炮射击时,发射火药瞬时燃烧产生的巨大的气流膨胀力,以及高速运动中的弹丸与炮膛之间的摩擦力,都会导致炮口发生振动。而这种振动也会反过来影响弹丸产生起始扰动,进而影响到火炮的射击精度,以及对打击目标的杀伤力和破坏力。因此,业内常选择炮口的振动位移作为炮口振动影响火炮射击精度的指标之一。
  由于火炮发射后,炮管附近会产生烟雾、炮口焰等复杂的环境因素,其对测量仪器的安全性和可靠性有很高的要求,因此对于炮口振动位移的测量通常采用的是非接触式的测量方法。该类方法测量精度较高,但是由于测量仪器安装不便限制了测试点个数,导致无法进行炮口振动的全面测量。近些年随着MEMS加速度计的发展,其体积以及重量变得越来越小,使得通过接触式方法测量炮口振动成为一种选择。
  本论文设计了一套应用MEMS加速度计测量炮口振动位移的加速度采集存储系统。该系统通过对NAND FLASH编程时间的有效利用,使其存储容量扩展到16GB。并且充分利用了FPGA内部软核的32位数据总线,使该系统能够同时采集32通道振动数据,达到了全面测量炮口振动的目的。
  本论文首先介绍了采集存储系统的硬件搭建以及多通道、数据同步采集的实现方式。然后介绍了加速度信号处理中直流分量以及多项式趋势项的处理方法,重点介绍了本文提出的应用于位移转换的半周期积分算法及其优化算法。最后通过设计的光放大法实验以及图像采集法实验,验证了该套系统以及相关理论算法的可行性。
  本论文主要工作成果:(1)搭建了32通道的加速度传感器数据采集存储系统;(2)对振动加速度信号进行了频域分析,研究了处理干扰信号以及传感器零漂的相关算法;(3)模拟炮口振动设计了两个实验,并通过与加速度数据进行对比,验证了半周期积分算法及其优化算法的可行性。
[硕士论文] 杨咪
信息与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:火炮身管是现代自动武器系统的重要组成部分,自动武器及自动机的寿命可以用身管寿命来衡量,也就是说身管寿命在很大一部分程度上决定了自动机的寿命。身管又是承担弹丸发射的主要部件,对自动武器的射击精度也有着重大影响,身管内膛检测对于保证自动武器的性能具有很大的意义。
  由于目前依然以人工方式对身管进行检测,检测效率低,不能定量检测等问题,本文以火炮身管为研究对象,对其内膛参数进行检测,提出了一种基于上位机与下位机交互的自动非接触检测系统。该系统具有检测效率高、自动化程度高、定量检测各个参数等优点。该系统基于激光位移传感器测量系统,通过机械结构带动激光位移传感器在身管内部进行直线运动,采用微调机构进行位置校准,在身管绕轴旋转运动时,进行内膛参数检测,上位机控制电机的启动与停止以及转速的调整。
  本文使用多圈绝对式编码器进行旋转零点的定位,经过AD采集模块将采集到的模拟信号转换为数字信号,在上位机中进行实时显示与处理,将采集到的单个截面数值在直角坐标系和极坐标系下进行显示,可以得到具体的参数尺寸值。在本文中,对于系统各个误差的构成都进行了具体的分析与计算,并对相应可调整的误差进行了校准,对构成系统的各个器件参数进行计算、匹配与选型。
  经过试验验证,系统可以实现对于身管内膛截面各个参数的检测,并在极坐标系下绘出身管截面的轮廓图,从图中也可以观测到突变的地方。
[硕士论文] 郭强舟
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:钛镭炮因其结构简单、操作方便、使用环保等优良特征而在无伤驱鸟领域逐渐普及。使用钛镭炮进行驱鸟作业时发现,在钛镭弹发射至高空这一过程中时常会发生钛镭弹卡壳的现象,导致钛镭弹的二次爆轰意外发生在炮筒中。此类炸膛事故的发生会直接导致钛镭炮各部件受到不同程度的损坏,严重时会导致部件破裂产生飞溅物造成人员伤亡。
  本文以单个钛镭炮装配体为研究对象,从钛镭弹在炮筒中的发射过程开始研究,并对炸膛的原因进行分析,研究炸膛对结构的影响并从结构上进行优化以抵御炸膛带来的危害。
  首先结合Chapman-Jouguet爆轰理论对钛镭弹发射过程进行相关的理论分析与计算,同时通过对钛镭炮炮筒等相关部件进行实地测绘,建立钛镭炮装配体的有限元分析模型并对钛镭炮的发射过程进行数值模拟;其次,结合ALE流固耦合算法搭载有限元分析软件Ls-dyna对炸膛事故进行数值模拟,并从数值模拟分析结果中提取各关键部位所承受的爆轰压力及其它相关数据。
  在保证数值模拟分析结果与实际情况相接近的前提下,以数值模拟分析结果的数据为依据,面向单个钛镭炮装配体的薄弱环节进行优化处理,运用Optistruct求解器对钛镭炮结构中的薄弱部份进行优化求解。最终的优化目标为,强化钛镭炮筒,炮筒底座及其相关锁紧部件的装配关系,使钛镭炮整体抵御爆轰压力的性能得到加强,从而有效降低乃至抵消炮筒炸膛所带来的危害。
[硕士论文] 刘松
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:高机动性、轻量化迫击炮是现代迫击炮的发展趋势,采用轻型材料、优化座钣结构降低全炮重量,或通过模块化结构设计分散全炮重量分布是重要的技术手段。随着研究的深入,火炮发射载荷过大引起的结构强度和射击稳定性问题成为迫击炮进一步减重的瓶颈。针对这个问题,本文以某120mm迫击炮为研究对象,从降低后坐力角度出发,进行了迫击炮发射载荷的缓冲技术研究,完成了适用于迫击炮的小型弹性胶泥缓冲器的结构设计,可为迫击炮进一步轻量化设计提供前提条件。论文主要工作内容如下:
  (1)弹性胶泥缓冲器特性研究:在对比分析现有的降低火炮后坐力技术和工业缓冲器的优缺点后,选定了弹性胶泥缓冲器为结构方案,分析了弹性胶泥材料特性和胶泥缓冲器作用原理,建立了胶泥缓冲器的力学模型,分析了关键参数对缓冲器性能的影响。
  (2)迫击炮后坐复进运动分析与仿真建模:基于MATLAB/Simulink完成迫击炮内弹道计算并建立了迫击炮后坐复进运动仿真模型,为确定弹性胶泥缓冲器结构设计提供了载荷条件和分析工具。
  (3)弹性胶泥缓冲器结构设计:通过仿真分析确定了满足设计要求的缓冲器结构参数,完成了单出杆式胶泥缓冲器的结构设计,并根据设计过程中出现问题提出了弹簧-胶泥组合式缓冲器设计方案,对两种方案的优劣进行了对比分析。
  (4)刚柔耦合的迫击炮发射动力学分析:为了研究缓冲器对迫击炮的影响,分析了迫击炮的发射动力学特点,结合土力学基本理论、多体系统动力学和有限元理论,以ABAQUS为仿真工具,对加装缓冲器的迫击炮进行了刚柔耦合的全炮发射动力学分析。
  分析表明,本文设计的迫击炮缓冲器可有效降低发射载荷20%以上,明显改善座钣受力。本研究表明,利用缓冲技术对于迫击炮发射载荷进行缓冲,可为迫击炮座钣采用轻型材料、减轻重量提供一种有效的技术措施,为轻量化迫击炮的研制提供重要参考。
[硕士论文] 庄宇
兵器发射理论与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文以二级轻气炮为工程研究背景,建立二级轻气炮的内弹道数学物理模型,并对其内弹道过程进行数值仿真和优化设计,主要研究内容如下:
  (1)根据二级轻气炮的发射特点,采用经典内弹道模型描述药室内火药燃烧状况和活塞运动,同时采用一维非定常可压缩流动模型描述轻气室内的气体流动状态和弹丸运动,并通过活塞的运动状态将两者耦合到一起,从而建立二级轻气炮发射过程的内弹道数学模型。
  (2)药室部分基本方程组选用四阶Runge-Kutta法数值求解,轻气室部分控制方程组选用二阶MacCormack格式数值求解,二者交替计算,从而实现对30mm/120mm二级轻气炮内弹道过程的数值仿真,仿真结果较好地验证了所建模型的合理性。
  (3)改变装药量、初始注气压力、活塞质量、弹丸质量、活塞起动压力以及弹丸起动压力等发射参数,分析不同发射参数的变化对二级轻气炮发射性能,尤其是对弹丸炮口初速的影响,为二级轻气炮的参数设计和发射性能的提高提供了理论依据。
  (4)在此基础上,在药室和轻气室最大压力限制的约束条件下,以弹丸最大炮口初速为目标函数,以火药装药量、初始注气压力和活塞质量作为设计变量,建立二级轻气炮的内弹道优化设计模型。采用实数编码的遗传算法对30mm/120mm二级轻气炮内弹道进行优化设计,获得较好的优化结果。分析优化结果可知,采用遗传算法对二级轻气炮内弹道优化设计时具有良好的收敛性。
[硕士论文] 韩继龙
火炮、自动武器与弹药工程 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:身管是火炮系统的主要部件,关系到武器的总体效能。身管的使用寿命受制于身管内膛表面的烧蚀程度,热因素、化学因素和机械因素严重影响着烧蚀程度,降低三大因素对身管的影响是提高身管寿命的必要途径。
  针对火炮身管的烧蚀因素,提出用 TiAlN薄膜防护炮钢基体,减轻三大因素对身管的危害。采用材料性能测试与数值仿真相结合的方法,围绕高温氧化实验、摩擦磨损实验、热-结构耦合仿真、摩擦磨损仿真展开,以期对身管防护涂层研究有所启示。
  1)对身管和镀膜身管进行了热-结构静力耦合分析。研究表明:温度沿身管呈梯度分布,主要热影响区小于1mm;温度的最大值出现在与火药气体接触的表面上,镀膜身管最大温度值较高;无镀膜身管应力最大值出现在内表面,镀膜身管应力最大值出现在镀层与炮钢的界面处。
  2)对比分析了Ti0.70Al0.30N薄膜与Ti0.50Al0.50N薄膜的氧化性能。研究表明:氧化前,两种薄膜与炮钢结合良好;氧化后,Ti0.70Al0.30N薄膜表面生成了铁的氧化物,Ti0.50Al0.50N薄膜表面生成了Al2O3和TiO2混合氧化物膜;Al的相对含量是影响TiAlN薄膜抗氧化性的关键,Ti0.50Al0.50N薄膜的抗氧化性明显好于Ti0.70Al0.30N薄膜。
  3)对比分析了Ti0.50Al0.50N薄膜与Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的氧化性能。研究表明:氧化前,两种薄膜与炮钢结合紧密,Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜表面的颗粒更少;氧化后,Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜表面氧化物的晶粒尺寸较小;Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的抗氧化性比Ti0.50Al0.50N薄膜更好。
  4)测试了Ti0.50Al0.50N薄膜、Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的摩擦系数。研究表明:相同条件下,Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的稳定摩擦系数小于 Ti0.50Al0.50N薄膜,并且发现Ti0.495Al0.495Y0.01N薄膜的附着性更好;镀有Ti0.50Al0.50N薄膜的炮钢样品表面硬度更大,但都小于薄膜本身的硬度;利用LS-DYNA软件模拟两种薄膜摩擦时的受力状态,应力主要集中在恢复区与拉伸区、拉伸区与压缩区的交界处,Von Mises等效应力随着磨痕的扩展而减小。
[硕士论文] 白泽文
机械工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文针对行军工况下的火箭炮发射系统,在振动特性与疲劳破坏的动力学分析中缺少边界条件的问题,在深入研究振动边界条件分析方法的理论基础上,提出了一种适用于火箭炮系统动力学工程研究的半物理仿真方法。为将该研究方法应用到缺少边界条件的火箭炮发射装置的振动工程研究中,本文通过仿真整车台架实验验证了该分析方法的可行性,论文基于有限元法和工程测试技术上做了如下工作。
  首先应用相似与模化原理,设计了一项与火箭炮行驶振动系统相似的验证实验,验证实验车具有同发射装置三点支撑相似的结构,并应用HyperMesh建立了实验车有限元模型,进行了整车的模态分析。其次基于正弦叠加模拟随机路面原理,应用MATLAB编程生成路面谱文件。最后应用Adams建立刚柔耦合的实验车台架试验模型,仿真实验车的整车台架实验测试,并将该分析方法应用于实验车的振动分析中。
  通过本文的研究,探究了在振动特性与疲劳破坏分析中模型边界条件获取的一般方法,提出了适用于火箭炮系统振动分析的半物理仿真的研究方法,并进一步揭示了该研究方法的适用性与误差范围。确定该分析方法运用到行军工况下,火箭炮系统动力学分析的可行性,为火箭炮发射装置的振动工程研究提供了切实有效的分析方法。
[硕士论文] 于骐瑞
兵器发射理论与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:对于某倾斜发射野战火箭,因其火箭弹较重,为了减小因弹头下沉而引起的额外扰动,采用同时滑离发射技术,即在低轨与火箭弹之间采用适配器进行连接。利用适配器进行发射是一种比较先进的发射技术,但在火箭炮领域中应用不多,所以本文针对该火箭炮,对其发射过程进行了详细的研究。
  建立整个发射装置的三维实体模型,经过合理的简化建立其有限元模型。根据研究内容的不同,将整个发射过程分为在轨运动阶段和适配器分离阶段进行研究。运用ABAQUS软件对在轨运动阶段各部件的力学性能及运动规律进行分析;运用ADAMS软件对适配器落点范围及分离过程中是否会与火箭弹发生二次碰撞进行分析。在分离阶段研究中除了考虑风载对适配器的影响,还根据火箭炮的发射特点,加入了燃气射流载荷对适配器的作用。
  通过对在轨运动阶段分析发现,适配器平均应力为1MPa满足强度要求,高低轨有效长度及落差满足要求,适配器在推力偏心的情况下也能可靠运动。在适配器分离阶段,适配器能够与火箭弹安全可靠地分离,不会发生二次碰撞。但适配器在零度方向角发射时适配器会落在炮车上,存在一定安全隐患。同时本文中采用的简化燃气射流加载方法可以为火箭系统发射动力学方面研究提供借鉴意义。
[硕士论文] 王正要
机械制造及其自动化 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:瞄准机是火箭武器打击目标的关键,它性能的优劣会直接影响攻击目标的准确度与可靠性,因此有必要对其主要传动机构(减速器)展开相关研究。瞄准机分为高低机和方向机两部分,本课题主要针对某齿轮齿弧式高低机减速器进行研究,设计出以适用某型火箭炮高低机减速器为主且通用性强的动力性能综合试验台。本论文主要围绕试验台测控系统这一主题而展开。
  本文首先介绍了目前国内外齿轮传动试验台及其测控系统的发展现状,研究了传统齿轮传动试验台的三种结构形式,并结合高低机减速器结构的特殊性选定了功率流开式结构,完成了试验台的整体构建以及测控系统的方案设计。
  其次,对高低机减速器的传动效率、振动噪声和温升的产生机理和测量原理进行理论研究;应用ADAMS软件和Virtual.Lab软件对振动噪声参数进行仿真分析,以确定其幅值范围、掌握其空间分布规律;在确定好测试方法与传感器位置后,完成了测控系统的硬件匹配设计,选定了系统的通讯方式,完成了控制柜电路的设计。
  再次,研究了信号采集与数据处理技术的相关理论知识,与上述方案相关的变频器控制、动态链接库、串口通信等技术,应用Lab VIEW软件完成了测控软件的编制,开发设计出了界面友好、功能完备的试验台测控软件。
  最后,对自行编制的测控软件进行测试分析,对软件在各试验项目的功能实现方面进行了研究分析。结果表明本试验台测控系统理论上可以完成传动效率试验、振动噪声试验、温升试验、启动力矩和承载能力等试验,验证了自行研制的试验台对高低机减速器进行动力性能测试分析的可行性,达到了预期的目标。
[硕士论文] 李茂林
测试计量技术及仪器 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着世界各国军事水平的提高,各类枪械和弹药不断推陈出新,对膛口噪声和膛口烟雾的研究也从未停止过。膛口噪声会对射击人员的听力造成很大损伤,膛口烟雾会影响射击精度并暴露射手位置。因而对膛口噪声和烟雾测试系统的研究具有重要意义。
  本文对膛口噪声和烟雾测试方法进行深入的研究与分析,在虚拟仪器技术的支持下,针对膛口噪声声压级和膛口烟雾透光率,设计了一套膛口噪声和烟雾测试系统。本文设计的测试系统主要包括膛口噪声测试和膛口烟雾测试两个子系统。硬件平台采用高速单片机作为核心控制器,外围配有高速ADC、高速SRAM和USB通信接口等模块。在系统控制软件方面,实现了AD转换、采样率控制以及USB通信等功能。基于虚拟仪器的PC终端软件实现了对整个测试系统的控制和数据处理功能,包括数据帧解析、频率计权、声压级计算、烟雾扩散状态判断以及生成测试报告等。
  通过仿真和实验的方法验证了测试系统各模块功能的完整性和有效性。实验结果表明:膛口噪声测试子系统峰值声压级测试精度能够达到±1.0dB;膛口烟雾测试子系统能有效测试膛口烟雾量的大小并且透光率分辨率小于0.5%。本课题设计的膛口噪声和烟雾测试系统具有可靠性高、人机交互性好、成本低等优点,具有可观的应用前景。
[硕士论文] 谢利平
兵器发射理论与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着火炮精度的提高以及现代战术与技术的发展,增加火炮射程显得尤为重要。在增大火炮射程的诸多方法中,底排增程以其结构简单、增程率高等优点为世界各国所广泛采用。底部排气方法通过向弹底低压区排入质量与能量、提高底压来达到减阻增程的目的。针对底部排气弹的相关关键技术国内外已形成一些成果,但关于底部排气弹的底排参数优化设计问题、高速旋转条件下底部流场的计算分析及其对减阻特性的影响等问题研究得非常少。为此,本文以高速旋转底部排气弹为研究对象,围绕底排参数对底排弹减阻增程特性的影响、底排参数优化、底部流场数值模拟和气动特性分析等方面进行研究分析。
  (1)分析了底部排气弹的减阻机理并建立了其内外弹道模型。通过分析底排药剂的燃烧机理,运用公式推导等方法建立了底排内弹道方程组;在分析底部排气弹所受力和力矩的基础上,根据牛顿第二定律和动量矩定理推导出了底排弹的六自由度刚体弹道方程。底排装置内弹道方程和底排弹外弹道方程相结合构建成为底部排气弹的弹道计算模型。
  (2)研究了底排参数对底排弹减阻增程特性的影响。利用已构建好的底部排气弹弹道计算模型,以某底部排气弹为例进行弹道计算,对比分析了药剂燃速系数、底排药柱长、药柱内径、药柱分瓣数和喷口直径等底排参数对底部排气弹弹道特性的影响。
  (3)以射程最大化作为目标函数对底部排气弹的底排参数进行了优化设计。选取底排药柱燃速系数、底排药柱长、药柱初始内半径、药柱分瓣数和底排喷口直径等5个参数作为优化设计变量,选取射程作为目标函数,并依实际情况设置一定的约束条件。基于遗传算法和粒子群算法各自的优缺点,设计了寻优速度快、精度高的遗传粒子群算法作为寻优过程的智能优化算法,进而构建了底部排气弹弹道优化设计模型,并以此模型对底部排气弹的底排参数进行了优化设计。
  (4)数值模拟了底部排气弹的底部流场并分析了其对减阻特性的影响。采用滑移网格等技术手段,建立了底排弹数值仿真模型,对无旋条件和高旋条件下底部排气弹的底部流场进行了数值模拟与计算分析,研究了无旋条件下排气参数、来流马赫数以及炮口、高空等环境条件对底部流场和气动特性的影响,此外,更重点研究了高速旋转条件下弹丸转速和排气参数对底部流场和气动特性的影响以及相互制约关系。
[硕士论文] 肖小刚
火炮、自动武器与弹药工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:自动装填系统是中大口径自行火炮的关键技术之一,而协调器为火炮自动装填系统中一个关键部件。某型号车载榴弹炮的协调器系统采用液压技术驱动,经过协调和摆入完成弹药的协调工作。本文结合某国防在研项目,利用Simulation-X对协调器液压系统在典型工况下的动态特性进行研究。本文研究的得到的相关结论可为该型号项目后续的改进及现场调试中的相关问题提供理论依据及参考。
  本研究主要内容包括:⑴以某型号火炮协调器系统为研究对象,详细分析了该协调器的结构组成及工作原理,并对液压系统中的关键元器件液控先导型平衡阀和比例伺服阀的结构及工作原理进行了详细概述。⑵分析建立了平衡阀及比例伺服阀的数学模型,并基于平衡阀系统与伺服阀系统传递函数,对协调器系统动态特性的影响因素进行定性分析。为下一步系统动态特性研究提供理论指导。⑶以Simulation-X软件仿真平台建立协调器液压系统的仿真模型,对其在典型工况下的动态特性进行了研究分析。仿真结果符合性能试验测得的系统性能指标,并表明阶跃控制信号下摆动装置在摆入过程中会引起协调臂协调的剧烈振动,建议用强制信号控制。⑷分析研究了油液温度、油液空气含量、油缸内泄漏、软管及液压锁性能对协调器系统动态特性的影响。仿真结果表明:过低的油温会导致协调时间延长,甚至摆入动作无法完成;油液中含有空气会导致协调臂下掉的情况,严重影响协调精度;油缸内泄漏将导致液压锁锁不住油缸的故障;软管过长及体积弹性模量太小导致摆入动作‘无力’现象;液压锁动态性能对摆入动作动态性能有着显著影响。
[硕士论文] 王重
火炮、自动武器与弹药工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:结构优化是设计火炮部件的先进手段之一。本文以某轻型牵引炮下部架体为研究对象,研究结构优化方法在火炮关键部件后大架、前大架、下架设计中的应用,解决现有下部架体存在的不足。
  本研究主要内容包括:⑴建立全炮动力学有限元模型,基于集中参数模型模拟下部架体与土壤之间的相互作用关系。选取五种刚度、阻尼不同的土壤类型,获得下部架体在不同土壤支撑作用下的动态特性响应规律。通过计算发现后大架最大应力较大、下架材料利用率低、下部架体支撑刚度不足等问题。⑵研究后大架焊缝建模有限元方式,确定含焊缝的后大架有限元模型,运用确定优化设计方法降低后大架应力。针对确定性优化结果可靠度与稳健性较低。本文选取确定性优化设计结果作为最初设计点,对其进行稳健性优化。通过优化后后大架结构最大应力降低且结构稳健性、可靠度提高。⑶通过灵敏度分析,选取对下部架体支撑刚度影响较大的结构参数作为设计变量,以下部架体支撑刚度最大为目标,基于参数化优化方法对下部架体组合尺寸参数进行优化,构造出拟合精度最高的RBF近似模型,选取多岛遗传算法对下部架体支撑刚度进行优化,大大提高了下部架体支撑刚度。⑷针对某轻型牵引炮下架减重设计,建立了火炮下架结构在3种典型射角工况下的有限元模型,通过计算分析可知,下架最大应力及变形较小,减重空间较大。受到传统的分层序列优化方法的启发,提出了改进的分层序列优化方法,以实现下架多工况减重设计。本文详细阐述了下架在三种工况之间的分层序列方法及各个优化层次之间约束条件的传递方式,利用拓扑方法,获得最佳材料分布,最终的减重设计效果验证了本文提出方法的有效性。
[硕士论文] 景鹏渊
火炮、自动武器与弹药工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:轻型火炮是目前牵引火炮的发展趋势,提高其射击稳定性和射击精度对轻型火炮设计是非常关键的,而后坐阻力规律是影响射击稳定性、射击密集度的重要因素。本文以某轻型火炮为研究对象,研究后坐阻力规律对该火炮的射击稳定性、弹丸起始扰动的影响规律,对反后坐装置结构参数进行优化匹配,并研究后坐体结构参量等火炮总体参数对该火炮的射击稳定性和弹丸起始扰动的影响,为轻型火炮总体设计及反后坐装置优化设计提供了理论依据和技术途径。
  本研究主要内容包括:⑴结合国内外轻型火炮的研究进展,阐述并总结火炮轻量化的关键技术,建立某轻型火炮的刚柔耦合动力学有限元模型,基于有限元软件二次开发实现反后坐装置协同仿真,通过调整反后坐装置结构参数获得不同类型的后坐阻力规律,并研究了后坐阻力规律对该火炮后坐特性、射击稳定性的影响;⑵建立某轻型火炮弹炮耦合动力学有限元模型,调整反后坐装置结构参数获得不同类型的后坐阻力规律,通过动力学计算获得弹丸出膛时刻的角位移、角速度和速度等运动特征量,构造弹丸起始扰动评价函数,研究了后坐阻力对弹丸膛内时期的运动姿态和出膛时刻的弹丸起始扰动的影响;⑶基于最优拉丁超立方试验设计方法选取样本点并构造近似模型,建立响应面法、径向基神经网络和克里格方法建立近似模型并评估其拟合精度,选择恰当的近似模型代替原始有限元模型,并且以降低弹丸起始扰动、提高射击稳定性为目标函数,构造多目标优化模型,进行反后坐装置结构参数多目标优化设计,研究结果对反后坐装置多目标优化设计提供了技术途径;⑷通过弹炮耦合动力学有限元模型分析炮口制退器质量、炮尾部分质量、动力偶臂、身管锥度和后坐体质心与前套箍的位置关系等对弹丸起始扰动的影响,为后坐体结构参量的合理匹配提供参考;⑸基于刚柔耦合动力学有限元模型,研究后坐体质量、质心、耳轴位置等总体参数对射击稳定性的影响,通过灵敏度分析的方法研究总体参数对射击稳定性影响规律,研究结果对火炮总体设计具有一定的参考价值。
[硕士论文] 李文浩
火炮、自动武器与弹药工程 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:中小口径舰炮武器系统是舰艇末端防御的重要手段,越来越受到世界各国海军的重视。战斗部在飞行过程中受力情况复杂,在弹箭设计的初期阶段和末期靶场试验中,都需要对战斗部的气动力特性进行研究。特别是对于防空战斗部,其所处的海拔高度不同,标准大气的相关参数也不同。过去的试验、工程算法等方法对于压强、密度、粘性系数等参数对气动力特性影响的研究比较困难。
  本文基于舰炮用某型防空战斗部,对其外弹道运动过程中的气动力特性进行研究。首先利用相似原理,通过对绕流流场与计算流体力学控制方程的分析,研究战斗部与战斗部模型的相似准则,并设计风洞实验所用的战斗部模型。其次,设计正交试验方案,利用FLUENT软件对战斗部进行数值仿真,研究大气压强、密度、粘性系数、马赫数、攻角等因素对阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数等气动力系数的影响。再次,结合正交试验的分析结果确定气动力的影响因素,设计均匀试验方案,并进行数值仿真,使用量纲分析的方法得到战斗部的阻力、升力、俯仰力矩的数学表达式。最后,使用外弹道计算软件计算战斗部在不同高度中的外弹道诸元,再结合在不同高度的压强、大气密度、粘性系数等大气参数,利用数值仿真研究战斗部在飞行过程中的气动特性。
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