典型通用机枪发射响应特性及载用控制研究

摘要

通用机枪是目前各国陆军装备的主要班组支援武器。通用机枪的班组携行轻量化与陆用、车载多用途化是目前主要的发展趋势。通用机枪的轻量化会造成其发射时结构振动加剧问题。通用机枪的车载化也面临着调枪与稳定射角的技术问题。对通用机枪陆用发射响应特性分析及车载控制方案研究贴合军事需求，具有较大的价值和重要的意义。 提出了一套采用单台高速摄影测量枪口三维振动参数的方法，测量得到通用机枪沙袋、土壤两种地面条件下枪口振动响应。重点分析了两种地面条件下枪口高低方向和水平方向的枪口振动位移，分析了造成试验所得现象的可能原因。根据弹着点位置计算了通用机枪的射弹散布。分析土壤地面条件下弹丸出枪口瞬间枪口的振动位移与弹丸落点的关系，发现大部分弹丸在高低、水平方向上落点的位置与枪口在高低、水平方向上的振动位移基本成正相关。 建立通用机枪发射系统的刚柔耦合模型，综合考虑地面条件及枪手作用对通用机枪发射响应特性的影响。改变仿真参数，模拟了通用机枪发射系统在沙袋地面条件和土壤地面条件下的发射振动响应情况。分析了两种地面条件下枪口在高低方向和水平方向的振动位移-时间曲线，并将仿真结果与试验结果进行对比，两者一致性较好。结合外弹道模型对弹着点位置进行预测，仿真所得射弹散布与试验所得射弹散布基本一致。 根据实际有控枪架所会面临的作战情形，给出了车载通用机枪有控枪架的设计指标要求。提出了一种载用有控枪架总体方案，完成了该有控枪架的方案和结构设计。对结构方案进行力学分析，并进行了伺服电机及减速器的选型。 进行有控枪架位置伺服控制研究，建立了永磁同步电机、驱动器等相关环节的数学模型，在此基础之上利用全闭环PID控制算法对有控枪架进行位置伺服控制。利用Matlab/Simulink与Adams建立有控枪架位置伺服控制的机械与控制联合仿真模型。仿真结果表明，有控枪架伺服系统能迅速准确地对通用机枪射角进行调节。当通用机枪进行车载时，在仿真中引入路面干扰进行稳枪控制，仿真表明，有控枪架伺服控制系统能较好地稳定通用机枪射角，实现稳控射击。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1论文研究背景及意义

1．2国内外研究现状与发展趋势

1．2．1身管武器发射响应特性的建摸与仿真研究

1．2．2通用机枪连发射击响应特性试验研究

1．2．3车载枪架及发射控制研究现状

1．3论文主要研究内容

2通用机枪枪口振动与射弹散布测试

2．1引言

2．2通用机枪枪口振动与射弹散布测试方案

2．2．1试验对象与目的

2．2．2试验设备与方法

2．3沙袋地面条件射击试验

2．3．1试验现场情况

2．3．2高速摄影拍摄参数调节

2．3．3试验结果处理分析

2．4土壤地面条件射击试验

2．4．1试验现场情况

2．4．2高速摄影拍摄参数调节

2．4．3试验结果处理分析

2．5本章小结

3通用机枪连发射击刚柔耦合多体动力学建模与仿真研究

3．1引言

3．2通用机枪连发射击多刚体动力学模型

3．2．1通用机枪连发射击动作流程分析

3．2．2枪膛合力及导气室压力计算

3．2．3通用机枪支撑系统力学模型

3．2．4多刚体动力学Adams模型

3．3部件有限元模型及通用机枪连发射击刚柔耦合模型

3．3．1典型回转式闭锁机构有限元建模及动强度分析

3．3．2枪管与枪架部件的模态分析

3．3．3刚柔耦合多体动力学虚拟样机技术理论基础

3．3．4通用机枪连发射击刚柔耦合多体动力学模型

3．4通用机枪连发射击动态响应特性仿真结果与试验结果对比

3．4．1沙袋地面条件模型验证

3．4．2土壤地面条件模型验证

3．5基于通用机枪连发射击刚柔耦合多体动力学模型的射弹散布计算

3．5．1武器系统外弹道计算模型

3．5．2弹丸落点及射弹散布计算

3．6参数对通用机枪连发射击响应特性的影响

3．6．2机框后座到位作用点对通用机枪连发射击响应特性的影响

3．6．3枪管壁厚对通用机枪连发响应特性的影响

3．7本章小结

4有控枪架方案研究

4．1引言

4．2有控枪架总体设计思想

4．2．1有控枪架指标给定

4．2．2有控枪架功能划分

4．3有控枪架方案设计

4．3．1武器子系统电击发方案设计

4．3．2控枪子系统方案设计

4．3．3有控枪架受力分析

4．3．4电机选型

4．4本章小结

5有控枪架位置控制建模与仿真分析

5．1引言

5．2永磁同步电动机数学模型

5．2．1永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型

5．2．2 Clark变换矩阵

5．2．3 Park变换矩阵

5．2．4永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型

5．3驱动器模型

5．3．1电流环参数设计

5．3．2速度环参数设计

5．4位置伺服系统的建立

5．5有控枪架机械与控制联合仿真分析

5．6本章小结

6工作总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录