基于虚拟样机的火炮系统建模仿真与优化研究

以某小口径自动炮遥控武器站为研究背景,对其进行动力学建模仿真与优化研究.首先介绍了虚拟样机技术的发展和应用,利用多体动力学原理建立系统的动力学方程;在UG中建立遥控武器站三维装配模型的基础上,利用ADAMS软件平台建立遥控武器站虚拟样机并进行了校核;然后利用火炮发射动力学技术,对其连发射击状态进行了多刚体系统动力学仿真;并对火炮系统的后坐力和射击精度进行了优化.研究结果为遥控武器站总体设计和部件设计提供了理论依据.     

基于虚拟样机的装备故障灵敏度分析及参数阈值获取

作为常规主战陆基武器的火炮，目前在战争中仍然起着不可替代的作用。首先分析了火炮后坐动力学过程和典型故障因素，概括了表征火炮工作性能的三个指标和工作准则。基于ADAMS建立了用于仿真火炮故障的虚拟样机模型，仿真结果与试验数据对比说明了虚拟样机建立的准确性。利用相对灵敏度分析获得各典型故障因素对火炮工作性能指标的影响程度，解决了具有不同量纲的故障因素影响性能指标的比较难题。根据火炮极限射击条件，利用虚拟样机仿真获得了典型故障参数的变化阈值，为火炮预防性维修和精确化保障奠定了基础。最后，展望了下一步工作重点和虚拟样机技术在武器装备仿真领域的应用前景。     

基于虚拟样机技术的某型火炮射击精度分析和优化研究

首先建立了反映火炮射击特性的动力学模型和虚拟样机，介绍了灵敏度分析法和广义简约梯度法。定义了基于空间的归一化炮口初始扰动表征射击精度，通过引入相对灵敏度分析方法，基于虚拟样机研究了结构参数对火炮初始扰动影响的规律和显著程度，解决了具有不同量纲的结构参数影响比较难题。通过研究发现，后坐部分质量左右偏心、后坐部分质量上下偏心、高低机刚度、大架刚度和高低机阻尼是影响火炮初始扰动的重要结构参数。利用广义简约梯度法优化了上述对火炮初始扰动有重要影响的结构参数，优化结果表明该型火炮具有较大设计改进空间，说明了虚拟样机技术在武器装备设计和研制领域应用的可行性和优越性。最后，展望了虚拟样机技术在武器装备工程领域的应用前景及下一步工作的研究方向。     

机液耦合多管火箭发射系统动态仿真

基于ADAMS建立了机械系统和液压系统耦合的某多管火箭发射系统虚拟样机,给出了发射系统仿真过程中变结构的自由切换方法,分析该新型火箭发射系统发射动态特性,用灵敏度分析法分析泄漏对系统发射过程的影响,并比较了在全支撑和半支撑的两种工况下发射系统动态稳定性。结果表明采用液压伺服瞄准系统其发射精度是可以保证的,为该新型火箭发射系统的设计和发射提供了一定的理论依据     

大区域虚拟战场环境中仿真平台的设计

针对大区域虚拟战场环境中作战仿真的特点，为联邦开发者提供了建立在RTI之上的仿真平台，该平台将RTI的部分接口函数和通用仿真实体模型封装到一起，实现了联邦成员之间自动数据通信和实体模型与通用实体数据结构之间的通信接口功能，大大减少了联邦开发所需要编写和维护的代码量，降低了开发新的联邦成员的复杂度，并成功的应用于防空作战仿真系统中。     

考虑火炮膛内热散失的内弹道建模与仿真

针对发射药内弹道性能预估时,火炮膛内热散失修正程度难以确定的问题。提出了一种基于密闭爆发器实验的发射药燃气膛内传热计算方法,根据该试验测得的压力与时间信号及发射药燃气在密闭环境中做功能力与压力之间的关系,确立发射药燃气与膛壁的传热方程,结合内弹道方程组,得到考虑火炮膛内热散失的内弹道模型,并将该模型用于双芳-3发射药的内弹道性能预估。结果显示仿真得到的最大膛压、初速与实测结果的误差均小于2.5%,表明了该模型的有效性和优越性。     

固体小运载的制导方案设计与仿真

巨大的小卫星发射市场吸引着国内外竞相研制低成本的固体小型运载火箭。通常的运载火箭是液体，但固体不象液体，其推力大小取决于装药设计，因此不可控，且推力实际值与标称值的偏差也较大，如果发射条件受限制，要约束重量，通常固体火箭耗尽关机，三级也可能自旋稳定，由此带来了制导技术的问题。研究工作较有效地探索了一种固体小运载的制导方案设计问题，进行了算例仿真，作了精度和稳定性的验证研究，结果表明该制导方法可行，稳定性较好，对固体发射小卫星的制导有一定的参考意义。     

基于ADAMS的装备故障仿真及评估研究

介绍了虚拟样机和利用ADAMS建立虚拟样机的步骤,对火炮主要故障进行了分析和讨论,重点对驻退机漏液、节制环磨损、复进机漏液和漏气对火炮射击性能参数的影响进行了研究。首次将ADAMS引入故障评估研究,结合Fortran语言编制火炮故障仿真模块,在ADAMS环境下建立了火炮虚拟样机,并仿真研究了故障因素对火炮射击性能的影响。最后对进一步工作的前景进行了展望。     

鲍兴格效应下自紧身管发射过程仿真分析

为研究某大口径火炮身管的自紧残余应力场和发射中极端循环热冲击导致的热力耦合场,采用ABAQUS软件分析了考虑炮钢材料卸载线性硬化及鲍兴格效应的自紧过程,在此基础上进一步对发射过程进行仿真,获得了该自紧身管发射炮弹时的热力耦合响应.最后采用三维疲劳裂纹仿真软件——ALOF(Analyses Laboratory of Fracture),探明了药室部内膛表面二维直裂纹和斜裂纹扩展情况.研究结果为保障身管强度和可靠性及进一步确定服役寿命提供重要科学依据.     

火炮总体仿真系统概述

概述了在火炮研制中应用仿真技术的重要性,建立了火炮系统仿真模型并简述了各仿真模块的功能。     

基于虚拟样机技术的火炮反后坐装置设计评价研究

反后坐装置是火炮系统的核心部件,其工作性能的优劣直接影响着整个火炮的性能.首先介绍了火炮反后坐装置设计评价的必要性,建立了反映反后坐装置工作状况的火炮虚拟样机.提出了表征反后坐装置工作性能的三个指标,基于虚拟样机仿真研究设计参数对反后坐装置性能指标的影响规律,从而将对反后坐装置设计的评价转化为对其性能的评估,实现了火炮反后坐装置设计评价的定量化,评价实例说明了利用虚拟样机评价反后坐装置设计的优越性.最后,展望了虚拟样机在武器装备工程研究领域应用的前景和下一步工作的重点.     

机枪系统虚拟样机建模及仿真分析

以某大口径机枪系统为物理样机模型，对联合CAD建模软件Pro／E和动力学仿真软件ADAMS对其进行动力学仿真时的模型传递方法进行了研究，并以此在仿真环境中建立了机枪系统的虚拟样机模型。然后对机枪的自动机动力学和供输弹机构的运动进行了仿真分析，将仿真结果与试验数据进行了比较，并对工作弹簧进行了参数化设计。这证实了将虚拟样机技术引入自动武器研制领域的可行性，并为进一步的仿真工作奠定了基础。     

垂直发射武器与舰炮武器火力交叉的判断

针对现代水面舰艇舰载武器的发展趋势以及垂直发射武器的外弹道散布特性,研究解决垂直发射武器系统与舰炮武器系统之间火力交叉的判断求解问题。描述了垂直发射武器弹道散布体模型。在导弹的垂直上升段借鉴舰炮武器火力交叉判断模型进行判断;在转弯段利用迭代法求解理想弹道与舰炮瞄准轴线最短距离,并判断是否发生火力交叉。     

舰炮发射与飞行动力学仿真研究

以发射动力学，多体系统传递矩阵法及弹道学理论为基础，建立了舰炮刚弹耦合的发射动力学模型；应用蒙特卡洛方法，编制了舰炮随机发射与飞行动力学仿真程序。进行了舰炮模态试验，试验结果验证了仿真结果的正确性。分析了影响舰炮射击密集度的因素，并提出了改善舰炮射击密集度的措施，对舰炮设计具有指导意义．     

基于虚拟样机的多管火箭起始扰动仿真系统

依据多管火箭起始扰动计算原理，对比分析了采用虚拟样机技术进行多管火箭起始扰动仿真分析方法相对于传统测试方法的优越性；结合对ADAMS软件的二次开发，介绍了多管火箭起始扰动仿真分析系统的功能及软件实现；通过实际算例，验证了系统的正确性和有效性。     

基于ADAMS的某型通用机枪动力学建模与仿真

在分析某型通用机枪射击时运动和受力情况的基础上，利用PRO／E和ADAMS软件建立了该机枪的虚拟样机模型，并对其进行了校棱，结果证明该虚拟样机与机枪的运动和受力情况基本一致，符合工程分析的要求。在此基础上，对机枪射击时的动态特性进行了仿真计算，研究结果说明基于虚拟样机技术进行机枪动力学特性分析是可行的。     

某型履带式自行火炮直线行驶性能仿真研究

采用计算机仿真技术,建立某型履带车辆的虚拟样机,对履带车辆的直线行驶性能进行了仿真研究。首先利用ADAMS仿真软件建立其虚拟样机,并通过与设计数据比较对样机进行初步验证;然后通过行驶仿真试验测得行驶阻力系数,同时得到了车速与路面条件对履带车辆行驶性能的影响规律,确定了履带车辆在各种路面行驶的合理车速;最后,以履带车辆通过2.5m宽壕沟为例,研究了履带车辆在克服各种障碍时的动力学性能。结果表明,应用履带车辆虚拟样机,履带车辆行驶过程中的动力学性能可以得到很好的预测。     

自行火炮履带板疲劳寿命预测仿真研究

履带板的疲劳寿命是自行火炮维修保障体系中急缺的指标.由于履带板的载荷历程难以测试和载荷作用部位难以确定,疲劳寿命预测很难进行.通过ATV建立自行火炮行走系虚拟样机并构建数字化等级路面进行仿真,虚拟测试出履带板各载荷分量的历程并通过推断载荷分量的作用机理确定其作用部位.将有限元静应力分析结果导入MSC.Fatigue进行仿真分析,得到了履带板的疲劳寿命.同实际寿命对比,仿真寿命具有较高的可信性.提出的方法对于其它机械系统构件的疲劳寿命评估也有借鉴意义.     

基于组件的水面战视景仿真系统关键技术研究

为了更加生动逼真地体现水面战视景仿真中导弹发射、导弹命中、舰炮开火、雷达搜索、干扰弹展开等攻防对抗的细节,针对仿真系统设计、组件化建模、组件化模型驱动等关键技术进行深入研究。提出了多粒度建模与替代子模型法相结合的组件化建模方法,通过配置链表内存映射的方法对组件化模型进行动态加载。所设计的基于组件的水面战视景仿真系统作为某大型分布式水面战仿真系统一个联邦成员,通过HLA接口接收联邦中相应联邦成员如导弹、火炮、雷达、干扰系统等的数据,在三维视景中驱动组件化模型。

Abstract：

In order to reflect more vivid details of attack and defense of surface warfare scene simulation such as missile launch, missile hit, gun fire, radar search and decoy expand, several key technologies including system designing, component-based modeling, component-based model-driven were researched. A component-based modeling method was proposed which combined multi-granularity modeling and sub-model replace. This method could load component-based model dynamically by list configuring and memory mapping. The component-based surface warfare scene simulation system designed as a federate of a large distributed surface warfare simulation system federation could receive data of the corresponding federate such as missile, artillery, radar and jamming system, and then the component-based model in the 3D scene was driven.