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高射频自动机及供输弹机构动态特性研究

作　者: 程刚
导　师: 张相炎
学　校: 南京理工大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: 高射频自动机动作可靠性仿真故障偏离运动仿真多体动力学仿真参数化驱动供弹机
分类号: TJ03
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

为了提高高射频自动机的动作可靠性,首先通过故障收集和可靠性影响因素分析,明确了动作可靠性需研究的问题,确定了动力学仿真的研究重点；研究了高速自动机链式供弹动力学仿真建模技术,建立了高射速转管自动机、供弹机仿真模型,研究了复杂结构变参数驱动仿真方法,编制了参数化驱动仿真软件,通过多体动力学仿真复现了故障,并利用偏离运动仿真技术,实现了自动机击发机构的动作匹配性设计、曲线槽定位仿真优化设计、出弹挡块定位误差优化设计、供弹路线通畅性优化仿真；为了分析随机定位误差导致的可靠性问题,根据应力干涉理论建立了动作可靠性计算模型,编制了动作可靠性仿真驱动软件,实现了参数化抽样、动力学批处理仿真和动作可靠性分析的软件集成,并把软件应用于在研的转管自动机高速供弹机装置中,优化了双路供弹机的拨弹轮的定位角,提高了高速供弹机的供弹可靠性。具体工作如下：1)分析了高射频混合能源转管自动机各部件的运动特性,收集了各种转管自动机的各种故障,分析了最常见的动作故障和引起故障的原因,利用主次图,分析了影响动作可靠性的主要因素,确定了故障分析和改进设计的重点,包括：击发机构、曲线槽定位误差、抛壳抛弹、供弹不畅等。通过分析引起故障的原因,明确了动作可靠性需研究的问题,包括：动作协调性不好、构件的定位设计不正确、定位误差设计不合理等因素。2)利用Pro/E软件建立了转管自动机和高速供弹机构的三维造型,根据运动关系,建立了高射频自动机多体动力学仿真模型,利用有限元和试验相结合的手段,解决了链式供弹动力学仿真的难题,首次实现了高射速转管自动机链式供弹机构的供弹过程动力学仿真,并通过实验修正了仿真模型的正确性,为后续的参数化驱动仿真奠定了基础。3)创造性地利用Boolean操作技术,实现了自动机结构件的局部参数化驱动仿真,首次通过参数化驱动,建立了高射频自动机和供输弹机构的参数化驱动仿真模型,实现了高射频自动机曲线槽、击发机构、双路供输弹、供弹导引、弹箱等机构的偏离运动仿真,利用动力学仿真分析了高射频自动机关键部件定位不准确可能引起的故障。分别以动作协调性、动作通畅性、供弹过程平稳为优化目标,优化了击发机构的动作匹配、曲线槽和出弹挡块的定位、供弹机拨弹轮的定位,解决了未击发率偏高、曲线槽变形和抛壳抛弹不畅、供弹卡滞等故障问题,提高了高射频自动机的运动可靠性。4)为了降低部件加工定位误差波动引起的动作可靠性问题,提高高射频自动机批量生产产品的动作可靠性,创造性地利用可靠性的应力干涉理论,建立了动作可靠性数学模型,并编制了高射频自动机动作可靠性仿真软件,实现了参数化驱动仿真与动作可靠性评价的集成,可以对自动机动力学仿真模型实施动作可靠性仿真分析,为高速供弹机构的动作可靠性分析和优化设计提供了技术手段。5)针对批生产的供输弹机构动作可靠性不高的问题,以供弹机为应用对象,通过参数化驱动供弹过程仿真,计算出供弹机构的动作可靠性,在定位误差存在条件下,分析和比较结构设计参数对供弹机构动作可靠性的影响,首次以动作可靠性为评价目标,优化了拨弹机构的初始安装定位角,提高了供弹机构的动作可靠性,并通过自动机射击试验,验证了动作可靠性分析方法的正确性。通过研究高射频自动机及供输弹的动态特性,提出了动力学仿真在故障分析和可靠性设计中的应用方法,对于一般故障,采用偏离运动仿真方法、以动作匹配性、动作平稳性等为目标函数,通过优化,能够完成动作可靠性设计。对于部件加工定位误差波动较大、影响批生产产品动作可靠性的关键因素,特别是供弹机的供弹可靠性问题,采用动作可靠性仿真分析和评价方法,以动作最可靠为优化目标,在考虑不确定误差的情况下,通过动态特性仿真和动作可靠性分析,实现供弹机的动作可靠性优化设计,验证了动作可靠性方法的可行性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
图表索引  12-16
1 绪论  16-26
  1.1 高射频自动机及供输弹机构动作可靠性研究的项目背景  16-19
    1.1.1 高射速自动机的需求背景  16
    1.1.2 高射速转管自动机的研究现状  16-18
    1.1.3 高射速自动机的可靠性问题  18-19
  1.2 机构动作可靠性研究现状  19-23
    1.2.1 机械可靠性研究的研究现状  19-20
    1.2.2 动作可靠性的研究现状  20-23
    1.2.3 自动机和供输弹机构动作可靠性设计工作存在的问题  23
  1.3 本文主要工作  23-26
2 高射频自动机及供输弹机构的动作特性和可靠性问题  26-42
  2.1 混合能源高射频自动机及供输弹机构的组成  26-27
  2.2 混合能源高射频自动机及供输弹机构的运动特性  27-35
    2.2.1 动力驱动装置  27-28
    2.2.2 机芯运动循环  28-33
    2.2.3 炮尾传动机构运动过程  33-34
    2.2.4 链式供弹系统的工作过程  34-35
  2.3 机构动作故障模式分析  35-38
  2.4 动作可靠性主要影响因素  38-41
    2.4.1 组件级主次分析  38-39
    2.4.2 部件级主次分析  39-40
    2.4.3 动作故障原因分析  40-41
  小结  41-42
3 高射频自动机及供输弹机构建模和动力学仿真  42-58
  3.1 高射频自动机及供输弹机构三维物理模型  42-44
    3.1.1 自动机三维物理模型  42-43
    3.1.2 供弹系统三维物理模型  43-44
  3.2 高射频自动机及供输弹机构多体动力学仿真模型  44-49
    3.2.1 仿真模型的组成  45-47
    3.2.2 动力学建模接触问题的参数设定  47-49
  3.3 供弹导引的仿真和通畅性分析  49-57
    3.3.1 供弹导引的仿真  53-55
    3.3.2 弹箱及扬弹机仿真和动作可靠性设计  55-57
  小结  57-58
4 参数化驱动动力学仿真技术和应用  58-87
  4.1 关键部件形状参数化驱动建模  58-59
  4.2 关键部件角度参数化驱动建模  59-63
  4.3 参数化驱动仿真方法  63-86
    4.3.1 参数化驱动仿真流程研究  63-66
    4.3.2 参数化驱动接口分析  66-69
    4.3.3 击发机构动作匹配性仿真优化设计  69-75
    4.3.4 机芯运动循环仿真  75-79
    4.3.5 抛壳抛弹仿真  79-80
    4.3.6 双路供弹机的仿真和优化  80-86
  小结  86-87
5 自动机及供输弹机构动作可靠性仿真软件设计  87-101
  5.1 动作可靠性仿真软件总体技术研究  87-89
  5.2 动作可靠性仿真软件功能模块设计  89-98
    5.2.1 参数化驱动仿真模块  89-90
    5.2.2 自动机动力学建模模块  90-91
    5.2.3 动作可靠性计算分析模块  91-93
    5.2.4 从动件运动误差概率分布计算模块  93-96
    5.2.5 可靠性驱动模块  96-98
  5.3 动作可靠性软件的操作实现  98-100
  小结  100-101
6 供弹机的动作可靠性仿真研究与验证  101-110
  6.1 供输弹机构动作可靠性仿真分析  101-107
    6.1.1 建立高速供弹机构的参数化仿真模型  101-103
    6.1.2 拨弹轮初始定位角误差的随机抽样  103-104
    6.1.3 拨弹轮初始定位角的参数化驱动和仿真  104-107
  6.2 供输弹机构动作可靠性仿真试验验证  107-109
    6.2.1 双路进弹机阻力对比射击试验  108
    6.2.2 双路进弹机动作可靠性试验  108-109
  小结  109-110
7 结论和展望  110-112
  7.1 本文所做的主要工作  110-111
  7.2 创新点  111
  7.3 有待进一步研究的问题  111-112
致谢  112-113
参考文献  113-119
发表论文和获奖情况  119

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