水下摆动模拟发射试验装置结构设计与分析

摘要

水下战争是当代战争中重要的一个环节，随着海洋环境面临的现实威胁和预期威胁日趋复杂，需要发展杀伤力更强、命中率更高的水下战争武器。水下发射平台潜在的作战效能越来越明显，俄美等军事大国非常重视其在战争中的应用。由于水中环境复杂，变量繁多，水下发射存在种种问题。所以本文设计出一套水下摆动模拟发射试验装置，开展了武器水下发射试验的研究。 首先根据给定初始参量，利用SIMULINK软件对内弹道过程进行建模与仿真，改变装填条件进行模拟试验，并对仿真结果进行分析。 其次，根据给定试验参数、模拟弹的尺寸参数对试验装置进行初步的结构设计。对水下摆动发射试验装置的运动工况和受力进行分析，确定试验装置的基本结构和工作过程，对整个试验装置进行三维模型设计，初步选定驱动电机。 再次，对装置工作（摆动）时的受力情况进行了仿真分析。把试验装置模型导入ANSYS软件，采用动网格技术，对发射装置摆动状态下的受力情况进行仿真，验证选定电机的适用性。 最后，在TwinCAT平台下，开发出满足水下摆动发射装置要求的控制系统，并进行相应试验。 试验结果表明整套装置和控制系统具有良好的可靠性和适用性，能够满足水下摆动模拟发射试验的各项技术要求，对武器水下发射问题研究具有一定的推动作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外相关发射技术的研究现状

1．2．1 水下发射技术的研究现状

1．2．2 弹道参数设计的研究现状

1．2．3 动网格技术的研究现状

1．2．4 伺服电机控制算法的研究现状

1．3 论文主要的工作内容

2 水下摆动模拟发射试验装置内弹道分析

2．1 内弹道数学模型

2．1．1 基本假设

2．1．2 基本方程

2．2 内弹道仿真分析

2．2．1 起始参量的确定

2．2．2 内弹道仿真模型

2．3 装填参数对内弹道性能影响

2．3．1 药室容积的影响

2．3．2 装药量的影响

2．3．3 弹重的影响

2．4 本章小结

3 水下摆动模拟发射试验装置结构设计

3．1 功能和技术要求

3．2 运动工况分析

3．2．1 匀速运动模式分析

3．2．2 正弦运动模式分析

3．2．3 转动惯量计算

3．2．4 输出力矩计算

3．2．5 驱动电机系统设计

3．3 结构设计

3．3．1 总体设计

3．3．2 底座结构

3．3．3 摇架机构

3．3．4 发射管

3．3．5 传动箱

3．3．6 电气接线密封箱结构

3．3．7 摆动限位结构

3．3．8 水密与防腐

3．4 结构强度校核

3．4．1 齿轮强度校核

3．4．2 耳轴强度校核

3．4．3 齿轮轴强度校核

3．4．4 传动密封箱盖板强度校核

3．5 本章小结

4 发射管水下摆动阻力分析

4．1．1 基于有限体积法的控制方程离散

4．1．2 湍流模型

4．2 发射试验装置二维模型的流场特性分析

4．2．1 研究方案的设定

4．2．2 发射管水动力特性分析

4．2．3 仿真结果分析

4．3 本章小结

5．基于TwinCAT水下发射控制系统设计

5．1 水下发射控制系统的总体设计方案

5．2 基于TwinCAT的下位机控制软件开发

5．2．1 水下发射控制系统的电气连接

5．2．2 基于TwinCAT的伺服轴控制

5．2．3 基于TwinCAT的下位机软件基本功能开发

5．3 基于VC++的上位机管理软件开发

5．3．2 VC++与TwinCAT通讯接口的实现

5．3．3 基于VC++的上位机软件运行调试

5．4 本章小结

6 水下摆动模拟发射试验装置调试试验研究

6．1 实物样机

6．1．1 总体装配照片

6．1．2 其它部件加工制造情况

6．2 试验方案

6．3 试验平台搭建

6．4 水密性检测试验

6．4．1 水密性检测试验设计

6．4．2 水密性检测试验分析

6．5 点动控制试验

6．5．1 点动试验设计

6．5．2 点动控制分析

6．6 联动控制试验

6．6．1 联动试验设计

6．6．2 联动控制分析

6．7 点火联动信号检测试验

6．7．1 点火联动信号检测试验设计

6．7．2 点火联动信号检测试验分析

6．8 限位检测试验

6．8．1 机械限位检测试验

6．8．2 电气限位检测试验

7 全文总结

7．1 论文总结

7．2 论文展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果