空气炮弹丸缓冲技术研究

发布时间：2020-11-04 02:44

　　 空气炮是一种通用的高过载模拟试验设备,它使用压缩空气作为动力,推动弹丸撞击目标从而产生高过载。其发射过程中不存在高温现象,使用寿命长,能满足大部分高过载实验的要求,是一种适用于多种场合的高过载试验设备。而实验过程中,弹丸碰撞之后剩余的动能需要以一定方式进行吸收。目前某实验室仅采用缓冲材料进行缓冲,如毛毡垫、橡胶块等。受限于材料本身的力学性能,缓冲效果难以控制,且飞散的毛絮和粉尘也会污染实验室环境。同时缓冲块的设置安放依赖试验准备人员的经验,缓冲效果难以控制。这些因素都将对试验结果产生一定的影响。本文针对空气炮弹丸和测试结构的缓冲需求,设计了一款适用于某型号空气炮靶室的液气缓冲装置,该缓冲装置基于节制杆式火炮制退机。首先对缓冲装置上主要的工作部件进行了结构设计,确定其基本参数,完成了液气缓冲装置的三维设计。在原始缓冲装置方案的基础上,应用有关流体力学和力学理论,建立了缓冲装置的数值模型并对缓冲过程的力学和运动学参数进行求解。随后基于本文提出的液气缓冲装置数值模型,研究了若干缓冲装置结构特性参数对碰撞缓冲过程的影响,得到了一些有益的结论。之后利用遗传算法对液压缓冲装置进行优化,提高了缓冲装置的力学性能。在此基础上增设了流量调节阻尼口,对阻尼口的影响进行了仿真研究,总结规律并编制了可供实验人员参考的表格,完成了较为完善的缓冲装置方案。最终为本文编写的遗传算法编写了用户界面并编译为独立的优化应用程序。本文通过上述的研究与分析,提出了一种能够进行力学性能调节的缓冲装置方案。通过相应的计算分析后可以得知,该方案能够满足所要求的的技术指标。文中的结论和成果对于缓冲装置的设计也具备一定的参考价值。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TJ410.6
【部分图文】：

中北大学学位论文12外缸筒前后两端通过螺纹与外缸筒端盖和限位环进行连接；节制杆通过螺纹紧固在外缸筒端盖上；由外缸筒、外缸筒端盖、内缸筒和活塞组成的密闭空间构成了充满工作液体的腔室，节制环与节制杆形成的缝隙共同构成液流的阻尼流道；以节制环为界分为高压腔和低压腔；活塞、内缸筒和内缸筒端盖装配形成的空间中充有一定压力的高压气体；使用空心螺栓将针阀芯柱和弹簧安装在内缸筒端盖的孔中，密闭螺栓用来封闭保护注气口，防止意外导致的针阀移动进而发生气室压力降低。顶杆和内缸筒端盖通过螺纹连接；顶杆末尾有螺丝孔，用来和靶室相连接。限位环来约束外缸筒的轴向位移，保证外缸筒和顶杆在运动时的同轴度。2.4.1缓冲装置头部结构设计液气缓冲装置头部主要由外缸筒、外缸筒端盖和节制杆组成。外缸筒与外缸筒端盖通过螺纹连接，并放置了O型密封圈。外缸筒端盖头部上粘有一块橡胶防撞块。节制杆通过螺纹和外缸筒端盖相连，节制杆与外缸筒端盖的连接处也设置有O型密封圈。外缸筒、外缸筒端盖、节制杆均选择45号钢。缓冲装置头部装配体如图2-4所示。图2-4缓冲装置头部装配图Figure2-4Assembleofbufferhead（1）外缸筒外缸筒是整个缓冲装置中体积最大的零件，也是重要的承压零件。一端通过螺纹与外缸筒端盖连接，构成了头部的高压腔。另外一端使用螺纹与限位环相连，以约束内缸筒的轴向位移。在靠近限位环的一端处，钻有个圆孔以方便装配。外缸筒示意如图2-5

外缸筒示意

中北大学学位论文14炮弹丸质量为5kg。此时外缸筒轴向需要承受的最高冲击载荷为：4551010510NmF=ma==（2-3）外缸筒的轴向承载力FA=Sσ=15.43×105N>Fm，外缸筒的轴向承载力满足强度需求。（2）外缸筒端盖外缸筒端盖通过螺纹安装在外缸筒上。为了保证工作液能够顺利地注入缓冲装置，其上开有两个关于过轴心两平面对称的螺纹孔，一个用来注入工作液，另一个用来注液时排出缓冲装置内部的空气。中心的螺纹孔用来安装节制杆，同时还开有两个方形的槽以方便外缸筒端盖与缸筒的装配。（3）节制杆由于沟槽式节制杆存在加工困难，与节制环之间的缝隙较小，容易因为受力不均和受热膨胀导致卡死等缺点，故采用外圆锥面形式的节制杆。节制杆与节流环孔之间形成的缝隙构成了缓冲装置中的节流通道。节制杆长度为335mm，自由端直径为18mm，根部直径为26mm。节制杆初始方案三维图如图2-6所示。图2-6节制杆三维图Figure2-6Controlrodscheme由于节制杆的长度与直径之比很大，且自由端在工作时受到工作液的压力，必须校核其纵向稳定性。压杆稳定性临界力的通式如下所示。22EIP=l（2-4）
【参考文献】

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本文编号：2869491