基于压缩空气弹射的单兵筒式武器研究

摘要

单兵筒式武器是一种由一名或多名步兵即可操作使用的筒式武器，目前单兵筒式武器的发射方式普遍采用火工品发射，不能从根本上实现“有限空间发射”。与使用火工品的发射方式相比，压缩空气弹射具有安全性好、隐蔽性高和经济性好的特点，且发射过程噪声低、无光、无热、无烟，具有较高的环境适应性。将压缩空气弹射技术应用于单兵筒式武器，对于保障射手战场环境下的生存能力、提高单兵筒式武器性能和真正实现“有限空间发射”具有重要意义。 本文以一种巡飞无人机的单兵筒式弹射系统为背景，通过流固耦合仿真软件对其内弹道性能进行了研究，并针对弹射系统的结构特点设计论证了配套的击发控制方式。主要研究工作如下： （1）使用AUTODYN软件建立单兵筒式弹射系统简化模型。通过仿真实验验证了有效能理论在软件中的适用性及压缩空气弹射技术在本弹射系统中的可行性；通过对弹射系统在不同泄流直径及泄流长度下的内弹道仿真实验，研究了其对弹射系统内弹道性能的影响，确定了本单兵筒式弹射系统的泄流直径。 （2）结合弹射系统结构特点，提出了电磁发射阀配合活塞的击发控制方式，并对电磁发射阀进行了详细设计；通过AUTODYN软件建立弹射系统简化模型，仿真得到了弹射系统在活塞响应条件下的内弹道数据及活塞的响应数据。 （3）根据弹射系统在击发时的活塞响应数据，通过AUTODYN软件建立活塞模型，仿真得到了活塞碰撞过程的运动曲线及应力分布云图。 在上述研究的基础上，对本单兵弹射系统样机进行现场发射试验并采集发射物出射初速度，验证了弹射系统能够满足发射物的发射要求，且发射过程平稳、低噪音、无光、无热、无烟，可以解决现今单兵筒式武器所面临的“有限空间发射”问题，验证了压缩空气弹射技术应用于单兵筒式武器的原理及技术上的可行性；文章中的弹射系统内弹道仿真及活塞的碰撞仿真均在显式动力学软件AUTODYN中进行，使用该软件进行的弹射系统流固耦合内弹道仿真可为此类压缩空气弹射系统的系统级建模、动态仿真与性能优化提供一个功能完善的平台，对压缩空气弹射技术在单兵筒式武器上的应用研究提供重要帮助。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 单兵筒式武器研究现状

1.2.2 压缩空气弹射技术研究现状和装备设想

1.3 本文主要研究内容

1.3.1 筒套筒式弹射系统内弹道性能研究

1.3.2 弹射系统击发装置研究

1.3.3 击发装置中活塞的碰撞分析

1.3.4 现场发射试验

1.4 本文结构安排

2 相关技术理论基础

2.1 压缩空气的能量

2.1.1 压缩空气的绝对能量

2.1.2 压缩空气的有效能

2.2 压缩空气弹射内弹道设计基本模型

2.2.1 发射物在发射管中的速度、压力及行程的关系

2.2.2 发射物在发射管内运动的时间t与其行程L的关系

2.2.3 压缩空气弹射能量储备估算

2.3 流固耦合理论

2.4 显式积分法

2.5 本章小结

3 单兵弹射系统结构研究

3.1 弹射系统发射要求

3.2 弹射系统结构

3.3 弹射系统基本参数确定

3.4 ANSYS AUTODYN软件简介及模型转化

3.4.1 ANSYS AUTODYN软件

3.4.2 模型简化

3.5 软件中仿真实验方案

3.5.1 验证在软件中引入有效能的可行性方案

3.5.2 验证本次弹射条件下的可行性方案

3.5.3 分析弹射系统泄流面直径对内弹道性能影响的实验方案

3.6 仿真实验简化模型的建立过程

3.7 AUTODYN软件的仿真实验结果

3.7.1 模型一的仿真结果

3.7.2 模型二的仿真结果

3.7.3 模型三的仿真结果

3.8 弹射系统泄流通道长度对发射物内弹道性能的影响

3.9 本章小结

4 单兵弹射系统击发装置研究

4.1 击发装置初始方案设计

4.1.1 电磁阀控制方式

4.1.2 电磁闭锁体控制方式

4.2 击发装置设计

4.3 电磁发射阀的设计

4.4 弹射系统在击发装置作用下的内弹道性能

4.4.1 活塞参数的确定

4.4.2 底座参数的确定

4.4.3 其它参数的确定

4.4.4 简化仿真模型的建立

4.4.5 仿真结果

4.5 本章小结

5 活塞的碰撞分析及现场发射试验

5.1 活塞的碰撞分析

5.1.1 活塞有限元模型

5.1.2 活塞碰撞仿真结果

5.2 现场发射试验

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文研究内容总结

6.2 本文研究内容展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢