轻量化牵引火炮动力学分析与优化研究

论文摘要

本文以牵引火炮轻量化关键技术研究为目的,结合国内外对牵引火炮轻量化技术的研究,总结出牵引火炮实现轻量化的关键技术。结合本文提出的一种能够提高射击稳定性的新型炮架结构,对其进行了全炮刚柔耦合动力学分析、反后坐装置优化设计以及全炮射击稳定性优化等方面的研究。轻量化牵引火炮存在的主要问题是随着全炮质量的减小而直接影响到火炮的射击稳定性和安全性,根据此特点本文提出实现牵引火炮轻量化的关键技术：轻量化结构总体技术、射击稳定性控制技术、部件结构轻量化设计技术,并对关键技术进行了阐述。结合本文提出的一种能够提高射击稳定性的新型炮架结构,建立了考虑身管与摇架弹性的全炮刚柔耦合动力学仿真模型,仿真结果表明该炮具有相当好的射击稳定性；另外,在进行炮口扰动分析时必须考虑身管与摇架等架体的弹性。运用现代优化技术,对反后坐装置优化进行了以下两方面研究：以制退机结构质量最轻为目标优化制退机结构参数,以获得理想后坐阻力为目标优化节制杆尺寸参数,为轻量化牵引火炮反后坐装置优化设计提供了较好的方法。总结了火炮总体结构动力学优化模型建立时设计变量、目标函数、约束条件相关方面包含的内容。建立了以射击稳定性最优、后坐长一定为目标函数,节制杆尺寸参数为设计变量的优化模型,优化结果表明膛内时期后坐阻力突然上升不利于该新型炮架结构的后坐稳定性。运用试验设计方法分析了影响该起落部分转动炮架形式火炮射击稳定性的主要因素；建立了全炮射击稳定性优化模型,优化后前大架跳高显著减小,火炮射击时前大架贴于地面,全炮具有相当好的射击稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 轻量化牵引火炮
• 1.2.2 火炮发射动力学现状
• 1.2.3 反后坐装置优化设计
• 1.2.4 火炮总体结构动力学优化
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 牵引火炮实现轻量化的关键技术
• 2.1 概述
• 2.1.1 关键技术的提出
• 2.1.2 关键技术间的联系
• 2.2 轻量化总体结构布局技术
• 2.2.1 炮架总体结构形式
• 2.2.2 总体结构参数优化匹配技术
• 2.3 射击稳定性控制技术
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 增大稳定力矩技术
• 2.3.3 减小翻转力矩技术
• 2.3.4 减小后坐阻力技术
• 2.3.5 增加能量耗散缓冲装置技术
• 2.4 部件结构轻量化设计技术
• 2.4.1 轻质材料与轻质结构
• 2.4.2 部件结构优化技术
• 2.5 一种能够提高射击稳定性的新型炮架结构
• 2.6 本章小结
• 3 全炮刚柔耦合发射动力学分析
• 3.1 引言
• 3.2 ADAMS多体系统动力学基本理论
• 3.2.1 多体系统动力学方程的建立
• 3.2.2 ADAMS动力学方程的求解
• 3.2.3 多柔体动力学方程
• 3.3 全炮刚柔耦合动力学建模基础
• 3.3.1 牵引火炮模型简述
• 3.3.2 动力学模型的基本假设
• 3.3.3 全炮拓扑结构
• 3.4 柔性部件的建立
• 3.4.1 ABAQUS生成ADAMS用MNF（Modal Neutral File）技术
• 3.4.2 柔性身管建模
• 3.4.3 柔性摇架建模
• 3.5 载荷建模
• 3.5.1 载荷力学模型
• 3.5.2 载荷函数建模
• 3.6 仿真结果与分析
• 3.6.1 射击稳定性分析结果
• 3.6.2 炮口扰动分析结果
• 3.7 本章小结
• 4 反后坐装置优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 遗传优化算法
• 4.2.1 简单遗传算法
• 4.2.2 Pareto多目标遗传算法
• 4.2.3 多岛遗传算法（MIGA）
• 4.2.4 非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）
• 4.3 ISIGHT集成MATLAB与ADAMS技术
• 4.3.1 应用ISIGHT实施优化的步骤
• 4.3.2 ISIGHT集成MATLAB技术
• 4.3.3 ISIGHT集成ADAMS技术
• 4.4 制退机结构设计相关计算公式
• 4.5 制退机结构参数优化设计
• 4.5.1 概述
• 4.5.2 目标函数与设计变量
• 4.5.3 状态方程与约束条件
• 4.5.4 优化实施与结果分析
• 4.6 节制杆尺寸参数优化设计
• 4.6.1 概述
• 4.6.2 优化模型建立
• 4.6.3 优化实施与结果分析
• 4.7 本章小结
• 5 全炮射击稳定性优化
• 5.1 引言
• 5.2 火炮总体结构动力学优化模型概述
• 5.3 后坐阻力与射击稳定性优化匹配
• 5.3.1 优化模型的建立
• 5.3.2 优化实施与结果分析
• 5.4 全炮总体结构参数对发射稳定性的影响分析
• 5.4.1 引言
• 5.4.2 拉丁方试验设计（DOE）方法
• 5.4.3 总体结构参数对发射稳定性的影响结果分析
• 5.5 全炮射击稳定性优化
• 5.5.1 优化模型建立
• 5.5.2 优化实施与结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献