自动火炮供弹机可靠性及关键性能评估策略研究

发布时间：2020-05-08 04:16

【摘要】：随着军事需求的增长和技术的不断进步,现代国防工业部门对新型号武器系统的研制过程、研制方法和效能评估手段等都提出了更高的要求,缩短新产品研制开发周期、降低开发费用、提高效费比已成为军工企业立足于市场竞争的先决条件。随着武器装备评定相关理论研究的不断深入,为适应武器装备发展的新要求,我国正在大力开展评估技术的研究,以期以最优的策略、最小的代价实现最为准确的评价。自动机可靠性研究技术大多停留在试验验证阶段,只能根据传统的经验、类似产品试验数据或设计准则开展自动机设计工作,缺少可靠性分析手段,造成产品可靠性水平较低。具备双路供弹系统的火炮、步兵战车可根据不同作战目标快速实现不同弹种的交换,可避免勤务操作混乱,实现点面杀伤,提高作战效能。由于其供弹机构结构复杂,成为最容易出现故障的机构,特别是供弹机构工作时,容易出现射频低、卡滞(或卡弹)、磨损不均或过快、停射或自动机零件开裂破断等故障,造成可靠性问题尤为突出。武器系统的可靠性试验过程投入大、周期长,延长了研制和定型周期,造成试验样本数往往比较少,在可靠性评估方面很难或基本不能反映产品的实际性能,对于产品本身和下一代相关产品的技术改进难以提供可靠的依据,更不可能产生明显的经济效益。因此,对于供弹机的可靠性相关问题的研究,需要从技术和手段上进行突破,从设计阶段入手分析和优化提高供弹机的可靠性。为解决火炮自动供弹机可靠性不高的问题,本文以某型大口径自动火炮为研究对象,设计适用于该自动火炮的关键机构——双路供弹系统,研究其动作特性,进行供弹机构可靠性分析,提出了评价自动火炮关键性能的有效方法,为双路供弹技术的研究提供参考和技术支持。论文具体研究内容如下：(1)结合课题的背景,考虑双路供弹系统自身的特性,分析其工作原理,确定各部分结构,考虑各个机构之间的配合关系以及双路供弹系统与武器本身的关系,应用UG三维建模软件建立了虚拟样机模型,通过ADAMS进行供弹机构的动力学仿真分析；通过物理样机试验数据与仿真计算数据对比,各项数据误差均处于允许范围内,验证了虚拟样机模型的正确性；对数据对比结果误差较大的因素作进一步分析,考虑供弹系统某些大尺寸零部件易发生弹性变形和机构之间的耦合作用的特性,建立了刚柔耦合动力学模型进行分析,计算结果更符合实际工况,为供弹机可靠性分析提供依据。(2)建立了双路供弹机构多体系统运动微分方程,进行一阶和二阶结构灵敏度分析,找到对供弹机传动机构中的输出轴转动角度影响较大的参数,结合结构灵敏度的分析结果,利用响应面法建立极限状态函数,结合蒙特卡洛法分析系统响应对随机输入变量的敏感性。(3)通过对供弹机的压弹盖板材料属性和供弹动作性能属性的分析,提出并建立了一种不影响决策方案排序的多属性决策灵敏度分析模型与方法。分析了当相关属性权重改变时,对相应的属性权重向量进行平均修正,并求出了权重改变量,进而得到属性权重的灵敏度临界值和稳定区间的大小,通过比较,得到对决策方案排序的属性灵敏度,为多属性决策优化设计提供思路。(4)建立了供弹机动作分析的可靠性模型,提出了引入继承因子的混合Bayes方法,通过对比其他经典方法的可靠度置信下限和置信区间,验证了混合Bayes方法得到的区间估计结果更加精确稳定,可以有效的减少人为的主观因素对计算结果的影响,提高了评估结果的准确性。(5)通过对混合Bayes方法进行可靠性验证,得到了单元试验和历史数据数量与试验次数的对应关系。得到了适当减少单元试验数量或者增加历史数据组数,可以降低进行单元试验的成本和系统试验的成本,提高产品的研发效率；对于高可靠度单元进行Bayes方法的可靠性验证时,不需较多的单元试验次数,就可以在系统试验次数较小的情况下验收产品,从而降低了试验成本,提供了武器装备的试验与评定一种新的策略。(6)基于AHP层次分析法的分析结果,利用灰色决策关联度的思想,在对灰色方案决策分析的基础上,引入了区间数的概念,对灰色模糊多属性方案决策的方法进行了拓展和完善,提出了在非确定数据条件下通过灰色关联贴近度进行多属性决策的方案,并将其运用到不同类型的自动火炮系统机动性能评估决策的过程中,对机动性较为理想的火炮系统的防护性能进行进一步评估,评价结果正确、可靠,为自动火炮的关键性能的综合多属性决策评估提供了有参考价值的评价模型和评价方法。
【图文】：

模型图,弹链,模型

构棘轮处与防倒棘齿接触。拨弹机构设计与弹链结构密切相关，要根据弹链的节距和弹逡逑链之间的联接方式进行拨弹机构的结构设计。弹链为开式链节，包角为２５４°，，联接方逡逑式为搭挂，节距为４０ｍｍ，如图２．３所示。根据弹链情况选取拨弹机构的齿数为５。拨逡逑弹机构结构如图２．４所示。逡逑图２．３弹链３Ｄ模型逦图２．４拨弹机构３Ｄ模型逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋３Ｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｂｕｌｌｅｔ邋ｂｅｌｔ逦Ｆｉｇ．邋２．４邋３Ｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｓｔｉｒ邋ｂｕｌｌｅｔ邋ｗｈｅｅｌ逡逑弹链结构主要设计应满足下要求：逡逑（１）应有足够的强度和刚度，在供弹过程不能产生过大的塑性变形。在运输和使用逡逑中，不得因撞击而变形。逡逑口）链节应有一定的抱弹力，Ｗ保证在自动机工作及运行过程中不致因振动而使弹逡逑在链节内自行松动、移位或脱落。抱弹力也不宜过大，否则将在进弹过程中过多地消耗逡逑自动机能量和降低弹链的使用寿命。逡逑（３）

原理图,齿轮传动,传动机构,原理图

而输出轴必须能完成两个相反方向的转动；两个输出轴必须同轴反向；传动逡逑机构的输出轴与结合的拨弹机构同轴，其中轴线始终位于炮膛中必线上。逡逑同轴反向输出的传动机构可用直齿轮传动，传动原理和传动机构如图２．５所示。逡逑ｎ＇邋３邋Ｅ—３邋Ｅ－＇邋—逦３逦——；逦叩逦＇逡逑ｋ击一逦！甲逡逑３Ｅ邋—逦３邋—Ｅ逦ｂＺＺｓ＾邋＾逦，逡逑／逦／人逦＾逡逑＇邋８逡逑１－输入轴；２－齿轮１；邋３－齿轮２；邋４－齿轮３；邋５－齿轮４；邋６－齿轮５；邋７－输出轴１；邋８－输出轴２逡逑图２．５齿轮传动原理图与传动机构逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｇｅａｒ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ打邋ｓｔｒｃｔｕｒｅ逡逑驱动力矩输入，使输入轴转动，设为顺时针转动，输入轴带动轴上齿轮１和齿轮３逡逑顺时针转动，齿轮１与齿轮２喃合，齿轮２逆时针转动，则输出轴１逆时针转动；齿轮逡逑４分别与齿轮３和５咽合，转换转向，使齿轮５带动输出轴２顺时针转动。输出轴１和逡逑２同轴输出，转向相反。逡逑２．２N３驱动联接机构的设计逡逑驱动联接机构设计的基本要求；要保证供弹机运动与自动机基础构件运动的协调一逡逑致性，传动比应可变；结构参数优化设计，使供弹阻力较小。供弹机驱动联接机构设计逡逑包括机框上的曲线槽、曲拐、一对锥齿轮。锥齿轮之间的传动比为１：１，齿轮加工时需逡逑要提高表面硬度和耐磨性
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ303

【参考文献】