某轻型火炮反后坐装置特性研究与优化匹配

摘要

轻型火炮是目前牵引火炮的发展趋势，提高其射击稳定性和射击精度对轻型火炮设计是非常关键的，而后坐阻力规律是影响射击稳定性、射击密集度的重要因素。本文以某轻型火炮为研究对象，研究后坐阻力规律对该火炮的射击稳定性、弹丸起始扰动的影响规律，对反后坐装置结构参数进行优化匹配，并研究后坐体结构参量等火炮总体参数对该火炮的射击稳定性和弹丸起始扰动的影响，为轻型火炮总体设计及反后坐装置优化设计提供了理论依据和技术途径。
　　本研究主要内容包括：⑴结合国内外轻型火炮的研究进展，阐述并总结火炮轻量化的关键技术，建立某轻型火炮的刚柔耦合动力学有限元模型，基于有限元软件二次开发实现反后坐装置协同仿真，通过调整反后坐装置结构参数获得不同类型的后坐阻力规律，并研究了后坐阻力规律对该火炮后坐特性、射击稳定性的影响；⑵建立某轻型火炮弹炮耦合动力学有限元模型，调整反后坐装置结构参数获得不同类型的后坐阻力规律，通过动力学计算获得弹丸出膛时刻的角位移、角速度和速度等运动特征量，构造弹丸起始扰动评价函数，研究了后坐阻力对弹丸膛内时期的运动姿态和出膛时刻的弹丸起始扰动的影响；⑶基于最优拉丁超立方试验设计方法选取样本点并构造近似模型，建立响应面法、径向基神经网络和克里格方法建立近似模型并评估其拟合精度，选择恰当的近似模型代替原始有限元模型，并且以降低弹丸起始扰动、提高射击稳定性为目标函数，构造多目标优化模型，进行反后坐装置结构参数多目标优化设计，研究结果对反后坐装置多目标优化设计提供了技术途径；⑷通过弹炮耦合动力学有限元模型分析炮口制退器质量、炮尾部分质量、动力偶臂、身管锥度和后坐体质心与前套箍的位置关系等对弹丸起始扰动的影响，为后坐体结构参量的合理匹配提供参考；⑸基于刚柔耦合动力学有限元模型，研究后坐体质量、质心、耳轴位置等总体参数对射击稳定性的影响，通过灵敏度分析的方法研究总体参数对射击稳定性影响规律，研究结果对火炮总体设计具有一定的参考价值。