身管瞬态振动响应计算方法技术

本发明专利技术公开了一种身管瞬态振动响应计算方法，用于解决身管绕耳轴转动的角加速度、角速度和角位移响应计算问题。步骤一：以火炮起落部分为计算对象，给出火炮起落部分俯仰角加速度微分方程。步骤二：对火炮起落部分俯仰角加速度微分方程积分一次，得到火炮起落部分俯仰转动角速度表达式。步骤三：对火炮起落部分俯仰角加速度微分方程积分二次，得到火炮起落部分俯仰转动角位移表达式。步骤四：编写计算机软件，输入原始数据，运行计算机软件，得到身管瞬态振动响应。本发明专利技术综合考虑火炮发射过程主要载荷因素、以起落部分为计算对象，抓住了火炮振动的关键核心，给出了简洁的计算方程，采用简单的积分运算，就能得到身管瞬态振动响应计算结果。应计算结果。应计算结果。

【技术实现步骤摘要】
身管瞬态振动响应计算方法


[0001]本专利技术涉及一种身管瞬态振动响应计算方法，具体地讲，本专利技术涉及一种身管绕耳轴转动以得到身管瞬态振动角加速度、角速度和角位移响应计算方法。

技术介绍

[0002]火炮是世界各军兵种火力打击及防御的大型复杂武器系统，是装备数量多、使用频繁的武器之一。火炮威力大、火力反应快、持续作战能力强、机动性高、能对付多种目标且具备自主作战能力。火炮是城市攻防作战、登陆作战、山地丛林作战、空降反空降作战、防空作战的火力骨干。火炮在第二次世界大战中所造成的伤亡超过战场全部伤亡的60％，被誉为“战争之神”；伊拉克战争再次证明火炮在城市、沿岸地区、沙漠等各种作战环境中是不可替代的。由此可见，火炮依然是未来战争中的重要武器。
[0003]火炮发射时，火药被点燃后迅速燃烧，生成高温高压的火药气体推动弹丸沿螺旋状膛线在炮膛内做剧烈的加速运动直至以高速飞离炮口，再经过外弹道飞行，最后击中目标。炮口振动及弹炮耦合，引起弹丸起始扰动。
[0004]火炮组成一般包括身管、摇架、上架、下架、大架和驻锄等，身管是火炮的一个重要部件，它的主要作用是完成炮弹的装填和发射任务，承受火药燃气压力，赋予弹丸一定的初速和射向。火炮身管属于细长杆件的悬臂梁结构，是发射弹丸的装置，在火炮结构中，火炮身管振动响应最大。弹丸是由身管发射出去的，身管的振动响应直接影响火炮射击精度。因此，研究身管瞬态振动响应计算方法具有重要的军事意义。
[0005]在炮膛合力作用下，身管相对于摇架发生后坐复进运动，身管是火炮后坐部分的主体。火炮后坐部分的质心往往不在身管膛线上，都有一个偏心，该偏心称为后坐部分e值，在炮膛合力作用下，在火炮起落部分上会施加一个翻倒力矩，是身管振动主要载荷之一。
[0006]身管和摇架组成了起落部分的主体，火炮发射时，起落部分将绕着耳轴发生俯仰转动。起落部分重心都在耳轴的前方，起落部分重心相对耳轴会形成一个重力矩。瞄准目标时，操作火炮人员需要通过高低手轮驱动起落部分转动。为了省力，起落部分和上架之间都设计有平衡机，依靠平衡机的平衡力矩抵消该重力矩的影响。由于射角的影响，平衡力矩与重力矩往往不相等，会出现一个不平衡力矩，它作用在起落部分上。
[0007]火炮发射时，会形成一个数值很大的炮膛合力。为了减小炮架受力，设计有反后坐装置，它能将数值很大、时间很短的炮膛合力转化为数值较小、作用时间较长的力，该力作用在炮架上，它称为后坐阻力。
[0008]本专利技术涉及的身管瞬态振动响应主要解决身管俯仰振动角加速度、角速度和角位移响应问题，涉及的火炮主要指大口径火炮。
[0009]如何快速、准确计算身管瞬态振动响应是人们追求的目标。

技术实现思路

[0010]为了解决身管瞬态振动响应计算问题，特专利技术一种身管瞬态振动响应计算方法。
身管瞬态振动响应计算方法涉及步骤如下：
[0011]步骤一：以起落部分为计算对象，给出起落部分俯仰角加速度微分方程。
[0012]步骤二：对起落部分俯仰角加速度微分方程积分一次，得到起落部分俯仰转动角速度表达式。
[0013]步骤三：对起落部分俯仰角加速度微分方程积分二次，得到起落部分俯仰转动角位移表达式。
[0014]步骤四：根据步骤一、步骤二、步骤三建立的微分方程和表达式，编写计算机软件，输入原始数据，运行计算机软件，得到身管瞬态振动响应。
[0015]身管瞬态振动响应计算方法具有显著优点。1)综合考虑火炮发射过程主要载荷因素、以起落部分为计算对象，抓住了火炮振动的关键核心；2)给出了简洁的身管瞬态振动响应计算方程，采用简单的积分运算，就能得到身管瞬态振动响应计算结果；3)考虑了身管相对于摇架发生后坐复进运动引起起落部分绕耳轴转动惯量随时间变化的发射特点，建立了起落部分绕耳轴转动惯量随身管后坐时间变化关系，提高了计算精度；4)对火炮射击精度分析提供了重要的身管瞬态振动响应计算方法支撑；5)能显著提高我国火炮设计水平。
附图说明
[0016]附图1是身管瞬态振动响应计算方法示意图。其中，1表示炮口，2表示身管，3表示摇架，4表示耳轴，5表示上架，表示身管俯仰角加速度。身管和摇架是起落部分的主体，身管俯仰角加速度就是起落部分俯仰角加速度。起落部分绕耳轴发生俯仰转动，上架支撑着耳轴，身管最前端是炮口，身管和摇架在俯仰自由度方向是整体。
[0017]附图2是身管瞬态振动响应计算软件框图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图及优选实施例对本专利技术作进一步详述。
[0019]为了解决身管瞬态振动响应计算问题，特专利技术一种身管瞬态振动响应计算方法。身管瞬态振动响应计算方法涉及步骤如下：
[0020]步骤一：以起落部分为计算对象，计算起落部分绕耳轴俯仰转动规律，其运动方程为
[0021][0022]式中J：起落部分绕耳轴转动惯量；
[0023]P
KH
：炮膛合力；
[0024]e：后坐部分e值，是后坐部分质心与身管轴线之间的距离，质心在身管轴线下方为正；
[0025]R：后坐阻力；
[0026]d：后坐部分质心到耳轴距离，耳轴在下方为正；
[0027]Q0：后坐部分重量；
[0028]l0：身管尾端节点到耳轴距离。当身管尾端节点在耳轴后端时，取l0＝0：
[0029]x：后坐位移，向后为正；
[0030]射角；
[0031]ΔM：起落部分不平衡力矩；
[0032]起落部分俯仰角加速度。
[0033]从(1)式解出起落部分俯仰角加速度有
[0034][0035]起落部分俯仰角加速度就是身管瞬态振动角加速度响应
[0036]步骤二：修正起落部分绕耳轴转动惯量。
[0037]在炮膛合力作用下，身管相对于摇架发生后坐复进运动，起落部分绕耳轴转动惯量就不是常数，而是随时间变化。为了提高计算精度，在计算之前，建立起落部分绕耳轴转动惯量随身管后坐时间变化关系，形成表格数据。借助于CAD三维实体建模软件，根据身管后坐时间和后坐位移关系，逐步改变身管沿后坐方向位置，计算该位置起落部分绕耳轴转动惯量，就能得到一系列表格数据。计算身管瞬态振动响应时，用该表格数据作为起落部分绕耳轴转动惯量输入数据进行计算。
[0038]步骤三：对起落部分俯仰角加速度方程积分一次，得到起落部分俯仰角速度表达式：
[0039][0040]步骤四：对起落部分俯仰角加速度方程积分二次，得到起落部分俯仰角位移表达式：
[0041][0042]其中C1，C2为常数，根据初值条件t＝0时能计算出常数C1，C2的值，t表示时间。起落部分俯仰角速度就是身管瞬态振动角速度响应起落部分俯仰角位移θ就是身管瞬态振动角位移响应θ。
[0043]步骤五：根据步骤一、步骤三、步骤四建立的方程和表达式，编写计算机软件，输入原始数据，运行计算机软件，得到身管瞬态振动响应。
[0044]至此，就本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种身管瞬态振动响应计算方法，其特征在于，身管瞬态振动响应计算方法涉及步骤如下：步骤一：以起落部分为计算对象，计算起落部分绕耳轴俯仰转动规律，其运动方程为式中J：起落部分绕耳轴转动惯量；P
KH
：炮膛合力；e：后坐部分e值，是后坐部分质心与身管轴线之间的距离，后坐部分质心在身管轴线下方为正；R：后坐阻力；d：后坐部分质心到耳轴距离，耳轴在下方为正；Q0：后坐部分重量；l0：身管尾端节点到耳轴距离；当身管尾端节点在耳轴后端时，取l0＝0：x：后坐位移，向后为正；射角；ΔM：起落部分不平衡力矩；起落部分俯仰角加速度；从(1)式解出起落部分俯仰角加速度有起落部分俯仰角加速度就是身管瞬态振动角加速度响应步骤二：修正起落部分绕耳轴转动惯量；在炮膛合力作用下，身管相对于摇架发生后坐复进运动，起落部分绕耳轴转动惯量就不是常数，而是随时间变化；为了提高计算精度，在计算之前，...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：西北机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：