火炮反后坐装置设计论文

火炮反后坐装置设计课程论文院系：机械工程学院专业：武器系统与工程姓名：学号：教师：***2016年6月“火炮反后坐装置设计”课程论文题目（4）姓名：1.查找2篇有关反后坐装置的论文，阅读并综述（500～1000字，原文附后）。

2.阐述在已知火炮内弹道参数、炮身质量、总体尺寸及要求的条件下，设计反后坐装置的完整过程。

3.针对弹簧式复进机、筒后坐的带针式复进节制器的节制杆式制退机：（a）画出结构原理图，分析工作原理；（b）建立复进时期的复进机力方程和制退机液压阻力方程；（c）建立复进反面问题数学模型，并探讨编程求解方法。

一、阅读文献综述基于遗传算法的火炮反后坐装置结构多目标优化研究本文叙述了以某型火炮样机为研究对象，建立其刚柔耦合多体动力学模型，选取制退机节制杆沟槽和部分总体结构参数为设计变量，不仅考虑最大后坐阻力和后坐位移的优化，同时以弹丸出炮口瞬间的炮口扰动为优化目标，基于小生境遗传算法对反后坐装置进行多目标动力学优化设计研究，寻求各设计参数问更优的匹配关系。

首先进行了遗传算法与动力学优化，通过对ADAMS软件底层计算模块的二次开发，编写遗传算法FORTRAN语言优化模块，将遗传优化算法与求解器模块联合，可以完成对设计变量的必要修改，实现对模型的完全控制，以达到最优解的效果。

其次进行了反后坐装置优化，建立了火炮动力学模型，确定了设计变量：一般对制退机节制杆尺寸进行优化，选取节制杆沟槽深度为设计变量；此外，从总体设计角度出发，以后坐部分质量、后坐部分质心位置、炮口制退器质量、前衬瓦与耳轴中心在同一轴线方向上距离、前后衬瓦之间距离、制退机左右布置参数、高低机扭簧刚度系数、方向机扭簧刚度系数等部分总体参数为设计变量，对火炮进行多目标优化。

随后建立了目标函数，利用小生镜遗传算法和ADAMS SOLVER求解器联合优化的方法进行了火炮系统动力学优化计算，选取其中一组优化结果进行了分析。

验证了所建立的模型可以实现优化目的。

充分说明了火炮系统总体方案优化的重要性和必要性。

基于虚拟样机技术的火炮反后坐装置设计评价研究本文开篇首先介绍了火炮反后坐装置设计评价的必要性，引出了火炮虚拟样机技术。

随后，进行了反后坐装置工作性能分析，提出了表征反后坐装置工作性能的三个指标：后坐阻力子性能、后坐长度子性能、开闩速度子性能，将本文研究的反后坐装置设计评价转化为对三个子性能的综合评估，给出了反后坐装置正常工作的基本准则。

其次，进行了火炮虚拟样机及设计参数影响仿真，利用ADAMS建立了用于对反后坐装置性能进行仿真分析的虚拟样机，结合试验对虚拟样机进行了验证，结论证明利用该虚拟样机进行仿真和评价反后坐装置的设计具有可行性。

随后列出了节制环直径对三个指标的影响仿真结果，分析了原因。

接着讨论了反后坐装置设计评价方法，由于后坐阻力、后坐长度和复进开闩速度指标具有不同的量纲，因此，必须对其进行标准化处理，故首先给出了归一化函数，然后利用层次分析法(AHP)获得指标影响反后坐装置性能总体重要程度。

具体技术途径是根据三个子性能对火炮整体系统性能影响程度赋予一定的权值，然后通过综合评估确定一定设计参数条件下反后坐装置的工作性能如何。

基于APH法获得三个指标影响反后坐装置性能的权重系数后，根据虚拟样机仿真得到反后坐装置性能指标，通过对三个指标进行归一化得到评价标准值，进而利用加权求和方法得到反后坐装置设计综合评价值。

并根据综合评价值的大小进行了分级。

最后给出了反后坐装置设计评价算例，并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。

二、阐述在已知火炮内弹道参数、炮身质量、总体尺寸及要求的条件下，设计反后坐装置的完整过程。

1.自由后坐诸元的计算1.1膛内时期自由后坐诸元计算自由后坐速度：0.5dh dmW vm m自由后坐行程：0.5dh dmL l m m1.2后效期自由后坐诸元计算1.2.1火药气体作用系数β根据火药气体作用系数经验公式估算：β=AV o 对于榴弹炮、加榴炮A=1300；对于大中口径加农炮及小口径高初速火炮A=1250~1275 1.2.2后效期开始时炮膛合力F g后效期开始时炮膛合力F g采用近似公式计算：F g≈Ap g≈F g e−τb⁄1.2.3 参数b和τ时间常数b计算公式：b≈(β−0.5)ωv0F g后效期作用时间τ计算公式：τ=2.303b lg p g0.17641.2.4炮口制退器冲量特征量χ可根据下式计算冲量特征量χ=(m+βω)√1−ηT−(m+0.5ω)(β−0.5)ω1.2.5有炮口制退器自由后坐诸元计算W=W g+χF g bmℎ(1−e−t b⁄)L=L g+W g t+χF g bmℎ[t−b(1−e−t b⁄)]2.后坐制动图和后坐制动诸元2.1制定后坐制动图后坐阻力变化规律按固定炮第二类后坐制动图制定。

F R0=F f0+F+F T−mℎgsinφ式中：F f0------------复进机的初力，在设计复进机时确定F---------------密封装置的摩擦力，F=μmℎgμ---------------密封装置的相应摩擦系数，取0.3~0.5F T--------------摇架导轨摩擦力，F T=fmℎgcosφf---------------摇架导轨的相当摩擦系数，取0.16~0.20φ--------------射角，应取拟定理论后坐阻力规律所规定的射角。

一般野炮φ=φj，高炮取φ=00，变后坐火炮短后坐的制动图取φ=φmax，而长后坐的制动图取φ=00。

固定火炮第二类后坐制动图的后坐阻力变化规律为：F R=F R0+F Rg−F R0t gt(0≤t≤t g)F R=F Rg(t g≤t≤tλ)式中，F Rg 可由后座长度λ在内的几个已知参数确定。

2.2.求解制退后坐诸元把按照后坐制动图确定的后坐阻力F R 规律带入转化方程，解出后坐制动诸元，画出制退后坐运动速度—位移曲线。

转换方程如下： V =W −1m ℎ(F R0+F Rg −F R02t gt )tX =L −12m k (F R0+F Rg −F R03t g)t 23.液体气压式复进机设计3.1复进机初力由下式确定：F f0>m ℎg (sinφmax +fcosφmax +μ)=αm ℎg3.2选定初压：对于师以下野战火炮，气体初压不能太高，一般的P f0小于5MPa 。

FFgλ固定炮第二类后坐制动图3.3确定复进机力和初压后，即可由下式计算出活塞工作面积： A f =F f0p f03.4选择压缩比：一般中小口径火炮取C m =1.5~2.5，大口径火炮可取2.5~3。

在确定压缩比时，除了考虑使结构紧凑、重量轻及后坐过程储存足够的能量之外，还应考虑后坐制动图的约束，使复进机的末力满足)sin (0ϕλλg m F F F F C F h T R f m f -+-≤= 3.5确定了后坐长、活塞工作面积和压缩比后，可确定复进机气体初容积。

V 0=A f λ1−C m −1n3.6液体气压式复进机结构尺寸 a ．复进杆直径d f 由下式计算d′f ≥2√F fλ+I f π[σ]d f ≥1.13d′f再向大圆整到密封元件标准件尺寸。

b.复进机内筒的内径D f 和外径D 'fD f =√d f 2+4πA f D′f ≥D f √[σy ][σy ]−2p fλc.复进机外筒内径D fb 和外径D 'fbD fb =2H 1+cosα2D′fb ≥√[σ]+0.4p fλ[σ]−1.3p fλ4.节制杆式制退机设计 4.1制退机的工作长度L =λmax +l +2e4.2活塞工作面积a 根据工作腔最大压力，活塞工作面积可近似表示为：A 0=F ∅ℎmaxp 1max其中，F ∅ℎmax =F Rg −F fg −(F +F T −m ℎgsinφ)选取p 1max 应考虑制退机密封装置工作的可靠性。

对于石棉织物填料、皮质和橡胶填料、唇形填料等密封，一般工作压力为35MPa ；而挤压型填料（如“O”型橡胶圈）的工作压力在100MPa 以上。

b.根据温升限制，活塞工作面积为A0=Eα（λmax+2e）=E1.1αλmax按两种方法估算活塞工作面积，取其中较大者。

4.3制退杆外径及制退筒内径引进经验系数y=D Td T,统计现有火炮，y值在1.7~2.3之间。

y值选定后，则有：制退杆外径d T=2√A0π(y2−1)制退筒内径D T=2y√A0π(y2−1)选择结构紧凑且节制杆刚度足够的一组,圆整到密封元件标准尺寸,重新计算活塞工作面积.4.4制退杆内腔直径d1制退杆内腔直径根据其拉伸强度确定。

当制退机为杆后坐时，有d1=√d T2−4π(FΦℎ+F I)max+F mz[σ]对于制退杆壁较薄、复进时制退杆内腔压力较高的火炮，应当进行受内压的强度校核。

有:232d T 2+(d1+2ℎm)2d T2−(d1+2ℎm)2p3fmax≤[σ]4.5节制环直径节制环直径主要决定于制退机内腔结构，特别是制退杆与节制杆调速筒的装配关系。

对于d1>d p的结构: d p=d1−(4~6)mm对于d1<d p的结构: d p=d14.6制退筒外径制退筒外径由强度确定 D′T=D T√[σ]+23p1max[σ]−43p1max为了保证必要的刚度，制退筒最薄处壁厚应不小于5mm，计算结果也应调整为标准系列。

4.7流液孔面积流液孔面积a x=(a−A)3 2⁄√2 K1ρF∅ℎV2−K2K1A fjA12节制杆直径d x=√d p4−4p a x内腔液体充满条件 A1>√K2K1A fjA0−A pa x4.8液压阻力系数确定原则：通常作为常数，参考现有火炮同类型制退机。

遵循如下原则：1. 两制退机的制退液粘度必须一致2.两制退机结构形式应尽量接近3.两制退机液体压力计算公式应相同4. 两制退机的后坐速度尽量相近节制杆式制退机的液压阻力系数通常为K1=1.2~1.6 K2=（2~4）K15.节制杆外形调整起始段调整原则：将a增大，并向外延伸，以避免起始段的液力闭锁。

x，并延伸到极限后坐长λjx。

终了段调整原则：增大ax中间段的调整原则：使外形工艺性良好，并尽量接近理论外形。

一般调整为若干个锥度。

为加工和测量方便，折点与定位基准的距离应取整数，折点处节制杆直径的尾数应按0.1mm选取。

三、针对弹簧式复进机、筒后坐的带针式复进节制器的节制杆式制退机：（d）画出结构原理图，分析工作原理；（e）建立复进时期的复进机力方程和制退机液压阻力方程；（f）建立复进反面问题数学模型，并探讨编程求解方法。

1.弹簧式复进机59—57G弹簧式复进机结构图1—套筒； 2—螺环； 3—复进簧； 4—摇架颈筒； 5—身管工作原理：复进簧套在身管的外面，其前端顶在与身管连接的螺环上，后端顶在摇架颈筒和环形肩部上。