车载武器行进间发射动力学研究

发布时间：2020-04-11 10:19

【摘要】：车载武器由于机动性好、防护能力强,已逐渐成为现代陆军武器装备的重要组成部分。为了能够充分发挥自身机动优势、提高作战效能并保证战场生存概率,行进间射击能力已经成为评价车载武器战术性能的重要指标。为了掌握车载武器行进间射击时的系统动态响应特性以及受力规律,本文应用多体系统动力学、有限元方法、接触碰撞理论,对车载武器行进间发射动力学建模方法与数值模拟、结构非线性因素影响分析等多个方面开展了系统而深入的研究。分析了车载武器行进间射击时的受力特性,基于合理简化与假设,根据各部分的实际功能与运动方式将车载武器划分为多个子系统,采用Newton-Euler方法推导建立了各子系统的动力学方程。运用多体系统动力学观点,阐述了构件空间运动的描述方法,建立了车载武器刚柔耦合动力学方程,为车载武器行进间发射动力学模型的建立提供了依据。参照我国路面不平度分级标准,结合车载武器实际作战环境下的路面条件,采用具有良好普适性与较高精度的谐波叠加方法,通过编写路面谱程序实现了二维路面模型重构。在此基础上,以随机相位差异表征两侧车轮(履带)所受路面激励的相干特性,将重构得到的各级路面模型拓展至三维。基于周期图方法的验证结果表明,本文建立的路面不平度模型其功率谱与理论功率谱具有较高的一致性,能够真实反映符合路面等级的随机不平度特性。总结归纳了武器系统行进间、停止间两种发射动力学建模方法的共性与区别,详细阐述了车载武器行进间发射动力学建模流程。结合某坦克与轮式自行高炮的结构特点开展了拓扑分析。对轮式底盘前桥麦弗逊悬架与后桥油气悬架进行精确动力学建模,将具有多工况适用性的Ftire轮胎模型引入到轮式自行高炮发射动力学模型中,描述了轮胎与路面的耦合作用,实现了实际路面不平度与有效路面不平度的转换。借助专业履带车辆工具箱建立了考虑履带底盘扭杆悬架非线性刚度、平衡肘与限位器接触碰撞的坦克发射动力学模型。基于射击试验数据对以上两种车载武器多体系统动力学模型进行了验证。采用模态综合方法描述身管弹性变形,分别建立了某轮式自行高炮与坦克刚柔耦合发射动力学模型。通过数值计算,分析了身管弹性变形在行进间射击过程中对车载武器炮口振动的影响规律。提出了含微小间隙的耳轴-轴承旋转铰动力学建模方法,将基于LankaraniNikravesh方法改进的接触碰撞算法引入到发射动力学模型中,考虑了耳轴-轴承间隙旋转铰接触力的非线性特性,讨论了耳轴部位接触碰撞对炮口扰动的影响以及两侧耳轴载荷的分布特性。建立了计及滚珠座圈大规模接触碰撞的轮式自行高炮行进间发射动力学模型,数值计算得到了座圈部位接触引起的炮口振动变化,对行进间射击时不同位置滚珠的受力规律进行了分析;基于刚柔接触定义坦克炮含径向间隙的身管与衬瓦接触关系,结合数值计算结果,探讨了身管与衬瓦接触对炮口扰动的影响,得到了前、后衬瓦在行进间射击时的接触力变化特性。综合文中讨论涉及的所有结构非线性因素,对不同行驶速度、路面等级条件下的车载武器行进间发射动力学进行数值模拟。分析了高低、方向射角改变所引起的炮口扰动变化规律,以及耳轴-轴承间隙、身管衬瓦间隙、前衬瓦轴向偏移量等总体结构参数变化对炮口扰动的影响。
【图文】：

２行进间发射受力分析及其数值方法逦＇逦博±论０＾４＾４２４邋—后坐部分连体坐标系，原点0４位移身管质屯、处，，0４NB４与身管轴线重合，逡逑身管后坐时沿ｆＶ！：４运动的位移为Ｘｇ；逡逑0５文５於之５一炮口坐标系，原点为炮口中也点，0５NB５与身管轴线平任。炮口角位通过ｔＶＣｊｊｊＺｊ与惯性坐标系０巧＾的相对转动描述，其中炮口坐标系相对Ｗ轴转角为炮曰逡逑高低角位移０ｙ，相对０Ｚ转角为炮口方向角位移为咬。逡逑

（２．％）和式（２．５７）组成车载武器系统完运动程，

本文编号：2623475