大口径舰炮身管动态特性与振动控制方法研究

发布时间：2020-07-03 10:23

【摘要】：近年来,舰炮武器系统技术快速发展,以信息化为基础,实现精确打击的现代化战争中,舰炮在近程防御、对海、对空、对岸作战等方面的特有功能和作用是其他武器无法代替的。舰炮武器系统发展过程中,舰炮连续射击精度一直是研究的热点问题之一,因此提高舰炮射击精度,对于提高舰炮综合使用性能具有十分重要意义。舰炮连续射击过程中,身管振动被认为是影响射击精度的主要因素之一,本文即针对大口径舰炮身管振动问题展开了深入研究。主要完成大口径舰炮身管、弹丸的运动学与内弹道特性分析,并以此为基础进行大口径舰炮身管振动特性、抗振性能优化以及振动控制方法研究。建立描述身管和弹丸运动坐标系,并进行运动学方程推导。在此基础上,对大口径舰炮发射系统身管和弹丸进行受力分析,建立动力学方程,通过Matlab数值仿真得到各主要参数随时间变化关系。通过分析舰炮发射过程中弹丸的运动机理,建立身管内弹道数学模型,同样采用编程仿真分析方法,得到弹丸在发射过程中的运动参数。针对身管振动问题的研究不足,提出三段空心阶梯梁的简化身管分析模型,运用传递矩阵方法和拉普拉斯变换方法分别建立身管横向和轴向振动数学模型,进而研究身管自由振动与受迫振动,得到身管固有振动特性以及移动变载荷作用下的瞬态响应。通过Adams建立身管弹丸刚柔耦合动力分析模型,并验证身管振动数学模型的正确性。建立身管刚度优化数学模型,推导身管刚度表达式,运用灵敏度分析方法,得到身管刚度与质量的灵敏度分析图,从而确定了主要优化参数变量。利用Ansys/Workbench平台,以身管刚度和质量为优化目标,使用多目标遗传算法,完成身管抗振性能多目标优化分析,并对优化结果进行检验。基于身管振动响应仿真验证的基础上,提出身管振动主动控制方案,采用Adams与Matlab/Simulink联合仿真,建立身管振动机械系统以及基于模糊PID理论的身管振动控制系统,仿真并对比基于最优控制和神经网络控制方法的身管振动主动控制效果。通过仿真发现,振动控制方案对减小炮口振动位移有明显的控制效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ391
【图文】：

小口径舰炮,身管,实物

讨论身管在后座和复进过程中的炮口振化成梁类的结构模型，在此基础上利用梁的振管振动响应。动响应，为方便振动方程的建立与求解，均是梁。但存在的问题是，对于中小口径舰炮来说于大口径舰炮来说不够准确，图 1.1 为三种口）英国遥控小口径舰炮（b）79a 式双 1

结构图,振动主动控制,伺服作动器,主流

第 1 章绪论所示。机械系统作动器控制器传感器输入控制力驱动信号输出图 1.2 主动控制系统结构图控制器是完成振动主动控制功能大脑，工作机理要根据情况状态确定；作动器是完成振动主动抑制执行部件，提供振动抑制源；而传感器则是采集来自于机械系统的信号。图 1.3 为现阶段广泛应用的主流作动器[49, 50]。

【参考文献】