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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] 陈琪
兵器发射理论与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:经过各国专家历经半个多世纪的不断研究努力,国内外对发射装药在膛内燃烧发生挤压破碎因而产生异常压力进而引发膛炸的机理已逐渐形成共识。发射药点燃时刻在挤压条件下产生破碎,进而增大了药粒的燃烧面积,被认为是燃气生成速率上升,膛内压力增大的重要原因。针对内弹道两相流计算中考虑药粒破碎的难题,本文进行了破碎发射装药等效形状函数的研究,介绍了国内外内弹道两相流动力学的研究成果,以及通过试验获取破碎发射药的方法及表征发射药破碎程度的方法。通过理论推导获得了破碎发射装药等效形状函数的表达式,并试验验证了破碎发射装药等效形状函数的正确性,将其应用于某坦克炮内弹道两相流动力学仿真,获得了弹底发射装药破碎程度与最大膛压等参量的关系。研究成果对发射装药发射安全性的研究具有重要价值。本文的主要研究内容如下:
  (1)运用发射装药动态挤压破碎试验装置和密闭爆发器试验装置,试验模拟并定量表征发射药在挤压应力作用的下的破碎情况。
  (2)完善了破碎发射装药等效形状函数的确定方法,提出了确定破碎发射装药等效分裂时刻与等效弧厚的方法,获得了破碎发射药已燃百分比与燃烧相对厚度之间的关系,为考虑药粒破碎的两相流内弹道仿真计算提供了新的依据。
  (3)运用内弹道两相流理论,建立某坦克炮内弹道模型,仿真计算不同破碎程度发射药对坦克炮安全性能的影响。
[硕士论文] 王美懿
兵器科学与技术 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:枪炮发射过程中,高温、高压火药燃气出膛后迅速膨胀并形成了复杂的膛口流场,产生一系列危害的现象,例如膛口冲击波、膛口焰以及气流对弹丸运动的干扰等。本文基于有限体积法,采用二维轴对称标准k-ε湍流模型并结合动网格分层技术,以超大口径、大质量的480mm平衡炮为例建立了膛口流场模型,利用二维轴对称气体动力学模型来计算初始流场以及火药燃气主流场。阐述了膛口流场的流动特性,分析了不同试验状态对膛口流动特性的影响。并参加了相关的超大口径平衡炮射击试验数据的整理工作,基于试验数据来验证本文计算方法以及计算模型的可行性以及准确度。
  本文主要包含以下几个方面的研究内容:
  1、参加相关的超大口径平衡炮射击试验,完成试验数据的整理和分析工作。
  2、以超大口径平衡炮为发射平台,建立从火炮点火开始到弹丸飞离膛口过程的内弹道数值计算,对超大口径火炮的内弹道过程通过四阶龙格库塔法建立经典内弹道模型,得到并分析弹丸运动轨迹的变化规律以及膛压的变化。并与试验数据对比验证了数值计算的准确性。
  3、火炮膛口气流气动力模型分析和建立,根据发射机理,建立基于内弹道过程的膛口流场计算数学模型;其中包含数值计算方法的研究,包括控制方程的建立,湍流模型的选择,网格划分方法,利用Fluent软件进行二维膛口流场计算。
  4、超大口径火炮的膛口流场的数值模拟,分析不同装药量及弹丸质量导致的不同炮口初速对膛口流场特性的影响;并分析超大口径火炮的初始流场在不同情况下对膛口流场的影响程度。数值模拟流场与试验中火药燃气可视膛口流场波阵面上速度变化规律基本一致,从而验证了数值模拟过程的准确性。
[硕士论文] 朱国勇
兵器工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:链式自动化弹仓是火炮弹药自动装填系统的一个重要部件,其运动控制性能的优劣直接影响到弹药自动装填系统的动作可靠性和效率。本文以“十二五”国防预研课题为背景,结合多体动力学、PID控制、滑模控制、自适应控制、模糊控制等理论对火炮链式自动化弹仓进行动力学建模,控制技术研究,工程实验等一系列工作。
  本研究主要内容包括:⑴介绍了某火炮弹药自动装填系统中的链式自动化弹仓的基本构成和工作流程;对链式自动化弹仓系统的机械系统、电气系统进行分析,建立了系统的动力学方程。⑵建立了基于Matlab/Simulink软件的链式自动化弹仓控制系统仿真平台。将一种自适应模糊滑模控制策略应用到弹仓控制系统。采用自适应算法估计系统参数,减小了弹仓变负载的影响;采用模糊逻辑代替传统滑模控制的不连续切换控制项,有效的削弱了抖振。并与PID控制、自适应滑模控制对比,验证了本方法的有效性。⑶搭建了链式自动化弹仓系统的实验平台,在满载、半载和空载三种链式自动化弹仓不同状态下进行运动轨迹跟随控制实验。实验结果表明自适应模糊滑模策略应用到链式自动化弹仓控制系统上,具有较高的动态跟踪精度以及极高的稳态定位精度,并且对于链式自动化弹仓的变负载特性不敏感,具有较强的鲁棒性。
[硕士论文] 孙涛
机械设计及理论 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:弹药自动装填技术是现代化火炮技术的发展趋势,协调输药机是火炮模块药自动装填中的关键技术设备之一,本文主要针对某火炮试验台架中的协调输药机部分进行研究,设计了推药器结构,并对协调输药机进行了动力学仿真,对部分部件进行了有限元分析与优化。
  本研究主要内容包括:⑴根据协调输药机的功能要求,对推药器结构进行了设计,利用Creo软件建立了三维结构模型并完成了驱动电机的选型;⑵介绍了协调输药机的整体结构构成与工作原理,并采用拉格朗日方程法建立协调输药机动力学方程,运用多刚体动力学分析软件ADAMS进行建模与仿真,得到了推药器的运动曲线,油缸驱动力随时间的变化曲线以及翻转臂在工作过程中与翻转滑块的接触力的变化情况;⑶运用有限元分析软件ABAQUS对协调输药机翻转臂结构进行了建模,并进行了约束与载荷的施加,得到了翻转臂的应力与应变的情况,对其结构的刚强度进行了校核;⑷基于ABAQUS的ATOM模块,根据有限元分析结果,对翻转臂部分进行了以轻量化为目标的结构优化,根据优化结果对翻转臂的构成部件进行了重新设计与疲劳分析,在减重的同时保证结构的刚强度要求。
[硕士论文] 张娅利
机械设计及理论 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:火炮的发射过程是一个复杂的高温、高压过程。本文以某轻型牵引火炮为研究对象,对其方向机空回特性、刚度特性和过载保护特性进行分析,建立弹炮耦合全炮发射动力学有限元模型,以弹丸起始扰动表征火炮射击精度,研究方向机特性对弹丸起始扰动的影响,为提高火炮射击精度提供一定的参考。
  本研究主要内容包括:⑴方向机是一个典型的齿轮传动机构,由齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等组成。该传动机构的各个部件在制造和安装过程中难免会存在误差,这样就会在传动链中形成间隙,造成传动的空回特性。根据各部件在制造中的精度等级要求及其他各尺寸误差要求,查阅相关设计手册及文献资料,按照各传动部分传动问隙的计算公式计算其传动间隙。最后根据各部分传动比折算到方向机主轴上,即得该方向机空回量。⑵方向机是一个串联机构,其系统刚度由各部分刚度串联而成。根据石川公式计算齿轮啮合刚度;将齿轮轮体简化为一个圆盘和一个薄壁圆筒,从而计算其扭转刚度;按照材料力学中的公式计算阶梯轴的扭转刚度;将蜗轮蜗杆传动简化为齿轮齿条传动,计算其啮合刚度。将所得各部分刚度串联起来,即得方向机系统刚度。⑶该牵引炮方向机采用预压碟簧组作为过载保护装置。只有当碟簧组所受的力达到其预压载荷时,该过载保护装置才会发生作用;当传递到碟簧组上的力超过其残余压缩量时,该过载保护装置遭到破坏,无法正常工作。参照火炮设计手册及碟簧设计国标手册,完成该碟簧组的相关特性分析。⑷基于弹炮耦合基本假设,建立该牵引炮弹炮耦合全炮发射动力学有限元模型,根据弹丸起始扰动的组成,分析该方向机特性对弹丸起始扰动的影响。本文主要研究方向机空回特性和刚度特性对弹丸起始扰动的影响,并得到相应的影响规律。⑸以弹丸起始扰动最小为目标,对方向机结构参数进行优化。选取合适的设计参量,建立相应的优化数学模型。采用多岛遗传算法进行方向机参数优化匹配,并对所得优化结果进行一定程度的检验校核。
[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。
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