某型航炮后坐力地面模拟测试方法研究

摘要

航炮后坐力研究对携载航炮的航空构件结构强度分析、动态设计与评估、故障诊断和载机飞行安全的评估有着及其重要的意义，本文据此开展某型航炮后坐力地面模拟测试方法研究。
　　研究了航炮发射过程中后坐力的传递特性，建立机载航炮系统安装接口的动力学模型，通过实验数据分析及理论推导研究了航炮后坐力传递特性参数，明确航炮后坐力幅值小于10kN及其第一阶固有频率小于100Hz。根据航炮的安装方式及后坐力特性确定了航炮后坐力的地面模拟测试方法及设计指标和要求，并基于地面模拟测试原理建立其后坐力以及偏心参数的解算模型;基于空间力系等效转化原理研究了载荷偏心对测量值的影响，并分析了加工误差及安装误差等因素对后坐力测量结果的影响。
　　根据航炮后坐力传递特性确定了后坐力测试试验台架的设计指标和要求，利用ANSYS软件分析了测试台架刚度对后坐力测试精度的影响;针对现有台架固有频率偏低的问题，提出了两种试验台架改进方案。并采用SolidWorks和ANSYS workbench完成试验台架的三维建模和动态特性仿真分析。仿真分析表明，改进后台架的一阶固有频率从10.116Hz提高到421.34Hz。
　　根据航炮后坐力特性参数及试验台架结构确定了原位标定方法。根据标定原理完成了航炮后坐力测试系统的原位静、动态标定装置一体化设计。基于负阶跃原位动态标定装置的发生原理，重点开展了原位负阶跃信号的特性研究，分析不同脆性材料对阶跃信号幅值及下降沿时间的影响规律，实验研究结果表明8mm厚的高速钢断裂瞬间可产生的负阶跃信号幅值近12kN，下降沿时间小于50μs。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 后坐力测量方法研究现状

1．2．2 后坐力测试装置设计概况

1．2．3 原位标定方法研究现状

1．3 论文主要内容及结构安排

2 某型航炮后坐力传递特性分析

2．1 航炮后坐力的产生以及动态特性

2．1．1 航炮工作过程分析

2．1．2 炮膛合力计算

2．1．3 基于膛压信号的后坐力特性分析

2．2 后坐力从炮塔到航空载体的传递过程分析

2．2．1 “固定环—连接架”系统动力学模型

2．2．2 “固定环—连接架”系统微分方程

2．3 航空载体对后坐力的传递影响分析

2．3．1 机载航炮系统后坐力特性分析

2．3．2 载机动态特性仿真分析

2．4 本章小结

3 某型航炮后坐力地面模拟测试系统设计

3．1 某型航炮后坐力地面模拟测试系统设计指标及要求

3．2 某型航炮后坐力地面模拟测试原理

3．3 某型航炮后坐力地面模拟测试系统数学模型

3．3．1 本测试系统中测力组件配置方案

3．3．2 本测试系统后坐力参数解算数学模型

3．4 某型航炮后坐力地面测试结果影响因素

3．4．1 工作偏心对后坐力测量值的影响

3．4．2 加工误差及安装误差对测量结果影响

3．4．3 试验台架动态特性对后坐力测量的影响

3．5 本章小结

4 某型航炮后坐力地面模拟测试试验台架设计

4．1 后坐力试验台架特性对测试精度影响分析

4．1．1 原后坐力试验台架有限元模型建立

4．1．2 原后坐力试验台架模态分析

4．1．3 测试台架刚度对测试精度的影响

4．2 某型航炮后坐力地面模拟试验台架设计

4．2．1 某型航炮后坐力地面模拟试验台架设计指标和要求

4．2．2 试验台架结构设计

4．2．3 钢筋砼基座结构设计

4．3 某型航炮后坐力地面模拟测试台架的仿真分析

4．3．1 试验台架静应力强度分析

4．3．2 试验台架动态特性分析

4．3．3 两种试验台架性能

4．4 某型航炮后坐力地面模拟测试平台的结构改进

4．4．1 后坐力试验台架整体结构设计

4．4．2 后坐力试验台架静应力强度分析

4．4．3 后坐力试验台架模态分析

4．5 本章小结

5 某型航炮后坐力地面模拟测试的标定装置设计

5．1 航炮原位标定方法研究

5．1．1 原位静态标定装置设计指标及要求

5．1．2 原位动态标定装置设计指标及要求

5．2 航炮原位标定工作原理

5．3 航炮原位标定装置结构一体化设计

5．3．1 标定装置整体结构

5．3．2 可调节安装架设计

5．3．3 调节套筒设计

5．3．4 力加载装置设计

5．4 动态信号激励源设计

5．4．1 脆性材料、形状和支撑方式选取

5．4．2 脆性材料力学性能理论计算

5．4．3 脆性材料力学性能试验研究

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 问题与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和专利情况