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火炮牵引行驶动力学研究

作　者: 王显会
导　师: 高树滋
学　校: 南京理工大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: 火炮牵引路面不平度动力学加速度转弯制动操纵稳定性
分类号: TJ301
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本文是围绕《大口径火炮轻量化技术研究》的载体《EHP155轻型牵引试验炮》项目开展的牵引动力学研究工作。火炮牵引行驶条件不好，路面不平度对火炮振动有很大的影响。试验和计算表明，路面越是凹凸不平，火炮部件加速度响应越大。研究路面条件对火炮牵引行驶过程中的动力学特性非常重要。火炮牵引行驶转移机动性(制动、转弯和操纵特性)的优劣影响火炮战术转移性能，也是需要关心的问题。本文在火炮设计领域首次对火炮牵引列车系统进行动力学分析，重点研究了火炮牵引行驶状态下的路面不平度对火炮的加速度响应，并从牵引车与火炮匹配组成火炮列车的系统角度，研究了影响火炮行驶机动性的转弯特性、制动稳定性和操纵稳定性。本文的主要研究工作和结论可归结为： 1．采用随机模拟方法，通过编程产生目标路谱的平稳随机路面不平度序列，并通过数理检验进行验证。所产生的路面不平度路谱与预期功率谱基本相符，为今后进一步开展火炮牵引试验研究提供了基础； 2．研究了牵引车为两轴四轮(后轮为双胎轮)，火炮为单轴两轮的六轮输入谱矩阵。该矩阵可用于研究火炮牵引列车系统受路面不平度激励所产生振动的频域特性，该方法可以推广到更复杂的轮系车辆输入谱的推导，具有一般意义。 3．为了更准确和全面地研究火炮牵引行驶过程中出现的振动，建立了非线性自适应随机接地印迹的轮胎力学模型，该模型能很好地研究路面不平度对火炮牵引系统的垂直和纵向激励；牵引车悬架简化为弹簧阻尼系统；火炮扭转杆简化为扭簧。 4．首先采用R-W方法建立了三维火炮牵引列车系统26自由度动力学模型。进行了运动学分析和动力学分析，推导了动力学方程，采用多步Gear预估—校正法进行时域求解，采用等效的统计线性化方法进行频域求解。试验和计算表明动力学模型正确，求解精度很好。由此进行火炮牵引振动的动力学研究是合理的。 5．在沥青路面、破损铺砖路和砂石路面上以不同速度进行了平稳随机激励牵引试验，用五轮仪测量得到的加速度时间历程进行两次积分的方法得到路面不平度的时间历程做为路面输入进行对应的理论计算，试验结果和计算结果基本相符，得到了火炮和牵引车多个加速度功率谱分布。结果表明火炮牵引行驶过程中各部件均产生振动加速度，其功率谱主要分布在在低频段，路况差、速度高则加速度响应的功率谱值高。产生的加速度不仅有垂直的，还有纵向的。一般情况下垂直加速度幅值高于纵向加速度幅值。但在高速经过类似三角形凸块时受到离散激励，纵向加速度峰值明显高于垂直加速度。来自路面激励还导致炮身固定器上下端受到不同加速度影响，表明车身固摘要定器受横向弯矩影响，呈柔体状态，这是导致它发生断裂破坏的主要原因。由于轮胎和扭杆作用大大减小了来自路面不平度对火炮的振动激励。但扭杆由于弱阻尼特性，使振动衰减较慢，不利于迅速消除离散激励产生的振动; 6.研究了火炮牵引行驶过程中影响机动性的转弯特性，得出了影响转弯的几条有价值的结论;对影响行驶机动性的操纵稳定性进行了研究，认为火炮牵引列车的稳态转向特性是主要由牵引车的稳态转向决定的，但火炮的质量等参数参与对稳态转向特性的影响，尤其是牵引环到火炮质心间距离这个参数应适当减小，可获得合适的不足转向度，提高操纵稳定性;对影响行驶机动性的制动稳定性进行了研究，推导了折叠和甩尾方程式，从制动力分配和附着条件的角度对制动稳定性此进行了研究。认为合理的制动抱死顺序和同步附着系数会提高火炮牵引列车的制动稳定性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 选题的背景、目的和意义  10-11
  1.2 相关研究概述  11-19
  1.3 本文研究工作  19-20
2 随机路面不平度模拟与路谱分析  20-45
  2.1 路面不平度及其描述  20-23
  2.2 路面不平度模拟方法研究  23-26
  2.3 随机过程与随机振动概述  26-31
  2.4 路面不平度模拟  31-41
  2.5 牵引火炮列车道路谱的推导  41-45
3 轮胎与悬架力学模型研究  45-54
  3.1 轮胎模型分析  45-47
  3.2 非线性自适应随机接地印迹轮胎力学模型的提出  47-48
  3.3 非线性自适应随机接地印迹轮胎力学模型的建立  48-51
  3.4 悬架力学特性分析  51-54
4 火炮牵引行驶动力学模型及其计算方法研究  54-79
  4.1 建模方法分析  54-57
  4.2 牵引火炮列车行驶动力学模型的分析与建立  57-61
  4.3 坐标系的建立及广义坐标的选取  61-63
  4.4 牵引火炮列车的运动学  63-67
  4.5 牵引火炮列车动力学方程  67-72
  4.6 牵引火炮列车动力学方程求解方法研究  72-79
5 火炮牵引行驶试验研究  79-108
  5.1 试验概况  79-81
  5.2 实验路面路谱及不平度的测量与处理  81-85
  5.3 平稳随机激励下火炮牵引试验研究  85-102
  5.4 离散激励下火炮牵引平顺性研究  102-107
  5.5 小结  107-108
6 牵引火炮列车转弯行驶特性、操纵稳定性与制动稳定性研究  108-128
  6.1 牵引火炮列车转弯行驶的运动学分析  108-113
  6.2 牵引火炮列车操纵稳定性之稳态转向特性研究  113-119
  6.3 牵引火炮列车行驶制动稳定性分析  119-128
7 全文总结  128-130
参考文献  130-135
发表的学术论文  135-136
致谢  136

火炮牵引行驶动力学研究

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