基于变胞原理的大口径舰炮中腹供弹系统设计与研究

摘要

大口径舰炮具有储弹量大、可全天候持续发射、火力强度及效费比高等诸多优点，在对岸火力支援及海上作战等方面具有无可替代的作用。作为海军作战武器系统中的重要组成部分，各国海军都非常重视对大口径舰炮的研究。近年来随着武器技术的发展，新形势下的作战环境对舰炮系统的功能提出了更高的要求，舰炮武器系统的发射速度、紧凑性、可靠性等性能指标显得越发重要，而对于舰炮武器系统而言，最核心的部分当属其供弹系统，因此要提高舰炮武器系统的性能，就迫切需要在供弹系统上有新的突破。
　　在全面分析国内外典型的大口径火炮炮塔供弹系统的基础上，给出了中腹供弹系统的含义及设计准则，提出了三套原理各异的中腹供弹方案，应用层次分析法对各方案进行了评价，并通过MCE软件平台对方案评价结果进行了验证。
　　以基于变胞原理的中腹供弹系统方案作为分析对象，对其进行了系统的机构学分析。首先对变胞供弹机构的运动轨迹进行了设计，针对不同阶段的不同运行轨迹设计了对应的子构态机构，利用基因建模理论建立了各子构态机构的基因模型，并通过基因聚合求解出了变胞供弹机构的源构态机构的基因模型。其次，结合变胞供弹机构的结构示意图、各子构态的机构运动简图及运动副编码对其功能原理、运动规律及构态变换过程进行了综合分析。最后，建立了基于运动副编码的变胞供弹机构增广邻接矩阵，进而构建出了变胞供弹机构各子构态之间演变规律的数学模型——变胞方程。
　　以变胞供弹机构工作行程上的最小传动角最大作为优化目标，并确立了边界条件，用MATLAB优化工具箱对机构进行了优化，得出了传动角最优的一组机构参数，在此基础上利用闭环矢量法对变胞供弹机构进行了运动学分析，进而建立了其运动学方程。然后利用MATLAB/Simulink软件对机构进行数值计算，分析了变胞供弹机构的运动学性能，并对如何抑制变胞供弹机构在构态变换时产生的冲击作了研究。
　　在对变胞供弹机构进行动力学特性分析时，利用分布参数模型对机构进行运动学关系及非线性变形场的分析，考虑变胞供弹机构连杆的的柔性效应，并采用连续介质力学计算柔性连杆的变形能，运用分析力学计算柔性多体系统的动能及外力的虚功，最后应用Hamilton原理建立变胞供弹机构的刚柔耦合连续动力学方程，并用有限元的方法对该方程进行离散化处理，建立了的变胞供弹机构刚柔耦合离散化动力学方程。并通过对机构的数值仿真分析，找到供弹速率对供弹精度的影响，以便对如何提高供弹精度提供理论依据。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景及研究目的和意义

1.2大口径舰炮中腹供弹技术的国内外研究现状

1.3 变胞机构的研究及应用现状

1.4 本课题的主要研究内容

第2章 中腹供弹系统的方案设计与评价

2.1 引言

2.2中腹供弹系统的含义

2.3中腹供弹系统方案设计

2.4中腹供弹系统方案评价

2.5 本章小结

第3章 基于变胞原理的中腹供弹系统机构学分析

3.1 引言

3.2 变胞供弹系统变胞特性分析

3.3变胞供弹系统的基因建模与构型进化分析

3.4 变胞供弹系统的构态分析

3.5 建立变胞供弹系统的变胞方程

3.6 本章小结

第4章 变胞供弹机构的优化设计及运动学分析

4.1 引言

4.2 最小传动角最优的机构多变量优化设计

4.3 机构的运动学分析

4.4 本章小结

第5章 变胞供弹机构的刚柔耦合动力学建模及仿真分析

5.1 引言

5.2 变胞供弹机构的刚柔耦合动力学建模

5.3 建立变胞供弹机构的刚柔耦合动力学方程

5.4建立变胞供弹机构离散化的刚柔耦合动力学方程

5.5 变胞供弹机构供弹误差的分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢