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[硕士论文] 滕绯虎
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:履带装甲车中悬挂装置的主要作用是弹性地连接负重轮和车体,并利用悬挂装置中的弹性元件吸收和缓冲路面不平对车体造成的冲击,衰减车体振动,从而可保证对车辆操作稳定性和车辆行驶平顺性的需求。履带装甲车辆中常采用扭杆悬挂作为其悬挂装置,而扭杆悬挂的简化模型相当于弹簧振子,受载荷振动后很难达到平稳,不利于装甲车辆的操作稳定性和行驶平顺性。
  本文首先以扭杆悬挂为研究对象进行分析研究,根据扭杆悬挂的工作原理将扭杆悬挂模型进行简化,并对其结构进行优化设计。采用MATLAB/Simulink系统仿真软件及ANSYS Workbench有限元软件对优化后的扭杆悬挂进行性能验证。本文的主要研究内容如下:
  (1)简单阐述了履带装甲车辆常用的悬挂装置。首先简单论述了常用悬挂装置的工作原理和结构组成,同时也分析了扭杆悬挂装置和油气悬挂装置的优点和不足。为后续进行悬挂装置的优化做准备。
  (2)结合扭杆悬挂和油气悬挂的各自优点设计带有阻尼减振器的扭杆悬挂装置和阻尼系数可调的半主动悬挂装置。根据三种悬挂装置中车体及悬挂装置的受力情况,对车体模型进行适当简化,并建立三种悬挂装置的单轮动力学模型和动力学微分方程及四种半车悬挂装置的动力学模型和动力学微分方程。
  (3)利用滤波白噪声法生成路面不平度,模拟路面激励,为悬挂装置的动态仿真提供路面输入。依据建立的悬挂装置的微分方程,利用MATLAB/Simulink系统仿真软件创建三种悬挂装置单轮悬挂仿真模型及四种半车悬挂装置的仿真模型,对悬挂模型进行系统仿真,并对动态仿真结果进行研究处理。仿真结果表明,半主动悬挂装置的减振性能最好,其次为装有减振器的扭杆悬挂装置,扭杆悬挂装置的减震性能最差。
  (4)利用ANSYS Workbench有限元分析软件分析不同悬挂装置对扭杆弹簧的疲劳寿命的影响。根据前面得到的悬挂装置Simulink仿真结果,分别提取三种悬挂装置中扭杆弹簧受到的最大扭矩作为疲劳寿命分析的载荷,并分析三种悬挂装置对扭杆弹簧疲劳寿命的影响。仿真结果表明,扭杆悬挂装置中扭杆弹簧的疲劳寿命最短,其次为装有阻尼减振器的扭杆悬挂装置,而半主动悬挂中的扭杆弹簧具有最长的疲劳寿命。
[硕士论文] 孙丹
安全科学与工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着装甲防护新材料与结构的不断发展,新型夹层复合装甲结构受到了国内外防护领域研究者的关注,多孔泡沫铝材料因其轻质、高强度、高韧性,以及很好的能量吸收性能,常常运用于夹芯结构中,因此对含泡沫铝新型复合装甲结构的研究也具有重要的实际意义。为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,本文首先从理论层面研究了泡沫铝复合装甲的抗射流侵彻性能,然后运用ANSYS/LS-DYNA软件对该复合装甲进行了仿真模拟,主要研究内容有以下几个方面:
  (1)运用应力波传播特性及开尔文-亥姆霍兹流体不稳定性理论对泡沫铝复合装甲的抗射流侵彻性能进行理论研究。结果表明:泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度,有效衰减应力波峰值,具有较强的抗侵彻性能。通过理论分析可预测复合装甲在不同面、背板材料,不同厚度、不同倾角情况下对射流的干扰趋势,为泡沫铝复合装甲结构优化提供理论依据。
  (2)运用ANSYS/LS-DYNA软件,通过选取不同的面板及背板材料对泡沫铝复合装甲抗射流侵彻性能进行仿真研究。结果表明:泡沫铝复合装甲结构的抗射流侵彻性能和整体能量吸收特性不仅与盖板材料强度有关,同时与不同强度材料的前后顺序有关。从结构轻量化、抗射流侵彻性能以及泡沫铝复合装甲能量吸收量等方面综合考虑,前面板为陶瓷材料、背板为铝合金材料,即陶瓷/泡沫铝/铝合金组成的复合装甲结构是首选。
  (3)对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了仿真研究,从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明:同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,倾角θ增大时,复合装甲的防护性能先增大后降低;即泡沫铝厚度为2.4 mm、复合装甲倾角为20°时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。同时合理配置复合装甲面、背板厚度对提高其抗侵彻性能有重要意义,当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲的抗射流侵彻性能的差别较小。
  (4)为优化陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构,在面密度相同的情况下,从不同组合的面、背板厚度比K和泡沫铝夹芯厚度两方面研究了该复合装甲抗射流头部剩余速度、能量吸收规律、应力波衰减及射流的不稳定性。结果表明:同一厚度比K下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比K增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小;即泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比K为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最优。
[硕士论文] 王雪丽
材料科学与工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:负重轮作为履带车辆的主要组成部件,对履带式车辆的安全性、舒适性、平稳性起着决定性作用,因此可以通过降低负重轮的重量来达到武器系统轻量化设计的目的,镁合金因其优越的性能作为生产负重轮的首选材料。在行驶过程中负重轮受到多种交变载荷的作用,而这种载荷的作用易引起构件疲劳失效,所以提高镁合金负重轮的疲劳性能、增加其疲劳寿命是促进负重轮广泛应用的必要前提,而成形工艺直接影响着负重轮的性能,因此针对提出的径向-反向复合挤压工艺,系统分析研究该工艺成形的AZ80镁合金负重轮的疲劳性能,对成形工艺的改进以及促进镁合金负重轮的应用具有显著的实际意义。
  本文首先简单介绍了成形负重轮的新工艺——径向-反向复合挤压工艺的工艺流程,其次在负重轮壁部和底部平行挤压方向截取试样,使用ZEISS金相显微镜观察其显微组织,利用INSTRON3382试验机进行拉伸试验。最后在负重轮的壁部沿挤压方向截取试样,采用INSTRON8801试验机进行高周疲劳试验和裂纹扩展速率试验,测试其疲劳强度和断裂韧性,并利用SU5000扫描电镜对疲劳裂纹断口形貌进行分析。
  AZ80镁合金负重轮壁部和底部的晶粒细小呈等轴状,壁部第二相析出呈点状、棒状和片层状,底部第二相析出呈颗粒状。壁部试样抗拉强度为301Mpa,延伸率为9.8%,底部试样的抗拉强度为285Mpa,延伸率为9.3%。结果表明壁部强度偏大、塑性较好,相差百分比分别为5.3%、5.1%。说明该新工艺成形的负重轮实现了壁部和底部的组织性能均匀化。
  高周疲劳试验结果表明:绘制S-N曲线和利用公式计算后均可得负重轮壁部的疲劳强度值约为102Mpa,与曾荣昌等的研究相比,疲劳强度值提高10Mpa左右,说明径向扩-收复合挤压工艺可以改善负重轮的疲劳强度。从断口形貌可知:裂纹萌生于试样表面;扩展区存在疲劳辉纹、二次裂纹、解理台阶及羽毛状花样形貌;瞬断区存在二次裂纹、韧窝、解理及准解理台阶和撕裂棱形貌。
  裂纹扩展试验结果表明:采用COD法测定的试样断裂韧性值KIC=10.01MPa√m。从da/dN-△K曲线可得,过时效处理使负重轮抵抗裂纹扩展的能力降低。从断口形貌可以看出:疲劳断口呈多源萌生,过时效试样的预制裂纹源区呈光滑平整形貌,峰值时效试样呈河流状类解理形貌;与峰值时效试样相比,过时效试样扩展区的疲劳条带扩展痕迹间隔较大,瞬断区的韧窝少且浅,说明过时效处理后负重轮的疲劳寿命降低。
[硕士论文] 张艳芳
航空宇航制造工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:弹射装置由于其易于隐蔽、造价低廉、安全性高等优点广泛应用于无人机、舰载机、动能弹等的弹射过程中。由于制导和控制系统的光电元器件不能承受较大过载,因此为发射高精度动能弹,弹射过程中所需弹射力较低。而火药正常燃烧又需要一定的压强环境,所以弹射器需要设置高压室与低压室。于此同时,与之相连的进气通道的结构设计也变的尤为重要。
  本文首先利用流体力学、气体动力学及弹射内弹道相关知识对进气通道基本结构进行理论分析研究,得出适用于出口马赫数小于1的收缩型进气通道和适用于出口马赫数大于1的收缩扩张型进气通道,且每种类型均有三种初步结构方案。
  其次,通过对两种进气通道的理论分析,结合弹射过程及弹射要求对收缩型和收缩扩张型进气通道的进、出口及喉部截面积等具体结构参数进行分析计算,并对其流动状态进行分析,得出满足弹射要求的进气通道设计状态。
  最后通过对高、低压室基本特性及其工作过程的分析研究,利用FLUENT对进气通道的初步结构方案进行建模仿真,分析其流场变化及其对低压室工作过程前期压力、温度等相关参数的影响,并对其具体结构参数进行详细分析研究。
  通过仿真分析可知收缩型进气通道方案三,即先平后缩型方案为收缩型进气通道最优结构方案,在进气通道长度相同的情况下,其达到同一弹射压力所需时间更短。且在一定范围内平行段长度每增加1mm将使进气通道承受的最大压力降低约0.48%,同时对低压室温度有积极影响,满足出口马赫数小于1的进气通道结构设计要求。
  通过仿真分析可知收缩扩张型进气通道方案二,即先平后缩再扩型方案为收缩扩张型进气通道最优结构方案,在进气通道长度相同的情况下,其达到同一弹射压力所需时间更短。且在一定范围内平行段长度每增加1mm将使进气通道承受的最大压力降低约0.92%,同时对低压室温度有积极影响,满足出口马赫数大于1的进气通道结构设计要求。
[硕士论文] 赵轩
控制工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:坦克火控系统稳定精度是衡量坦克综合性能的技术指标,也是确保坦克精确打击的关键参数,火控系统稳定精度调试是坦克维修检测的重要内容,能否完成火控装置稳定精度调试代表了部队装备维护与保障的综合能力。现行的调试手段有两种:一是实车行驶进行联调联试,浪费发动机摩托小时,增加了坦克修理周期;二是建造炮塔实验平台,仿真实车行驶进行联调联试,不仅造价昂贵、占地面积大,而且不便携带、无法在野外展开使用。
  针对现有调试手段开展不方便、调试成本过高的问题,设计了一套火控系统稳定精度检测平台及其控制系统。以六自由度并联运动平台为基础,直接将火控系统相关传感器架设于平台之上,模拟坦克野外行驶的各种运动姿态,实现在室内静态条件下火控系统稳定精度的检测,完成火控装置的线上联调联试,具备造价低、体积小、重量轻、可移动、便于操作的特点,完全满足检测装备技战术水平的要求。
  基于检测平台的运动学分析,选择合适的结构设计方案。根据性能指标和具体功能的要求,对检测平台的关键结构进行设计和选型。随后基于设计和选型的结果采用SimMechanics工具箱搭建检测平台物理模型,在Matlab/Simulink环境下进行模型的动态仿真试验。
  根据检测平台的运动实时性强和运动精度高的特点,搭建了基于“工控机+多轴运动控制器”的控制系统,采用电动缸驱动,在单缸调试和多缸运动试验中,平台运行稳定、动作协调,取得了良好的效果,达到了坦克火控系统稳定精度检测平台的基本要求。
[硕士论文] 刘雪言
兵器工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:两栖火炮是指兼顾陆上作战、水上航行和射击作战的一种作战武器装备,是水陆两栖作战的主要火力突击力量和重要组成部分,在两栖作战方面发挥着不可替代的作用。水上航行的快速性早已成为两栖火炮作战存活能力的主要影响因素和权衡其性能的关键标准之一,是以,开展两栖火炮水上航行减阻增速技术研究,提升两栖火炮水上航行的快速性与稳定性,具有十分重要的意义。
  本文以某两栖轮式自行火炮为对象,提出了在两栖火炮上加装伸缩收放水翼来实现减阻增速的技术途径,设计了水翼伸缩收放系统方案,并利用流体分析软件对水翼的特性及其对两栖火炮的减阻增速效果进行了仿真分析研究,本论文主要研究内容如下:
  (1)结合了传统两栖火炮的结构特点,提出了在车体上加装与其结构相匹配的可伸缩收放型水翼的方案,并进行了水翼设计。运用Solid works对加装水翼的两栖火炮进行整体和部分的三维建模,并重点分析了加装水翼前后两栖火炮所受的阻力,分析结果证明了加装水翼不会对两栖火炮水上行驶快速性造成较大影响。
  (2)利用水翼在流体中运动产生的动升力将车体尽可能多的抬出水面,从而使流体阻力大量减小以达到增速目的。运用Workbench对两栖火炮及水翼周围流场区域进行网格划分并进行Fluent流体仿真,重点分析了在不同速度下水上航行时,加水翼两栖火炮吃水深度变化和加装水翼前后两栖火炮的压力速度分布及整体升、阻力变化情况。结果表明,随速度增加,加装水翼两栖火炮升力迅速增加,吃水深度逐渐减小,阻力减小,升阻比增加,充分达到减阻增速目的。
  (3)为确保加装水翼不干扰妨碍两栖火炮陆上行驶与作战,本文设计了一套实用的水翼伸缩收放装置以及与之相匹配的驱动系统,使两栖火炮在陆上行驶与射击时能够完全收起,在水上航行与作战时完全放下并伸展开以提高航速并增加稳定性。创建了伸缩收放装置的三维实体模型,运用了ADAMS软件对其进行了动力学仿真分析。
[硕士论文] 吕永志
信息与通信工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国国防装备性能的大幅提升,对武器系统的测试也提出了新的要求。为了使装甲车、坦克等具备更出色的机动性,满足现代化战争的需要,对动力舱内的热平衡参数的获取显得尤为重要。由于动力舱内空间有限且温度较高,因此需要采用管道引压的方式对舱内压力进行测量,但是脉动压力信号经过管道后产生较大扰动,导致压力信号发生畸变,本文针对此问题进行了一系列理论分析及实验探究。
  从电传输线理论入手分析得出了流体在管道内传输的基本方程,确定了输入与输出端参数的关系式,并且采用闭端管路模型计算了在动力舱项目中使用管路系统的谐振频率。其次,设计了基于单频正弦脉动压力源的实验方案,探究长度、弹性模量、直径等参量对压力管道动态特性的影响。同时设计了基于SOPC的数据采集存储模块、压力传感单元的模块,成功构建了脉动压力测试系统,并通过实验讨论了复杂管路的线性特征。在此基础上设计了频域修正算法对畸变信号进行修正,编写Matlab修正程序,并且利用单频脉动压力及坦克实测风压数据,对修正算法效果进行验证。实验结果表明:长度是影响管道特性最主要的因素;动力舱项目中用的管道线性特征良好;编写的基于Matlab的频域修正程序能够完成对畸变信号的修正。
  此外,结合工程实践对合理利用管道特性及修正方法做出讨论。1)提出了在测量微小压力信号时利用管道的动态特性提高测量信噪比的思想,并且借助于带通滤波器的设计思路,分析了管道选取的基本规则。2)分析了在云爆测试中利用管道引压方式减小强光高温对传感器敏感元件影响的可能,并指出了选取管道应当注意的方面。3)提出了利用频域修正法提高带有容腔和管道的压力传感器的频响特性的设想。
[硕士论文] 李太阳
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着信息技术与自动控制技术的不断进步与发展,火炮自动化与无人化的研究越来越受到各国的重视。对于无人值守火炮来说,弹药的自动补给能否成功,是制约无人化能否实现的一个关键技术。本论文研究设计了一种新型的弹丸补给机构,能够实现从弹药补给车到火炮弹仓的全自动化弹丸补充,具有很好的理论意义和实际意义。
  本文以某自行火炮为参考研究对象,结合其自身结构布置特点,探索与现有车体结构相匹配的弹丸自动补给系统的设计研究。首先提出了弹丸自动补给系统的总体方案,详细论述了自动补给系统的参数要求、结构组成、布置方案和工作流程。通过设计弹丸自动补给系统的机构系统和其分系统,对输弹机、转弹器的结构类型和工作原理进行了重点探究,使用链条固定拨弹片,实现了多发弹丸连续不间断输送,切实提高了弹丸的输送速度;运用三维设计软件,绘制出了弹丸补给机构的三维模型,分析验证其各个模块之间的配合关系;通过机械系统多体动力学与运动学理论的应用,对各分系统工作时的特性进行分析。通过动力学和运动学分析,来研究整体机构设计的可行性与合理性;用有限元理论对关键部件进行静力学特性分析,验证结构是否可靠性;通过计算和分析各分系统动的力参数,选择合适的的动力源。通过以上研究分析,设计出了全套的弹丸自动补给系统,并验证了结构运行的可行性和机构动作的可靠性。
  综上所述,本论文所研究的弹丸自动补给系统,通过使用带拨弹片的链条输弹和转弹器配合双自动化弹仓,有效的提高了弹丸补充的速度,对我国火炮无人化、自动化的研究具有一定参考价值和实际意义。
[硕士论文] 杨嘉伟
火炮、自动武器与弹药工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:在战场环境愈来愈复杂的今天,武器系统正在向精准化、无人化和智能化的战略要求发生着重大转变。在军事行动中,战士往往囿于自身心理与生理之所限,在某种程度上无法满足执行任务的需要。野战无人侦察平台则将传统任务执行的方式进行了革新,使战场上对人身的直接威胁排除在外,防止了危险的发生。轮式野战无人侦察平台,主要是指投放于战士们不适宜去的、极端的危险环境中,进行侦察和定点清除的地面无人车辆。故对其在复杂路面环境中的通过性及缓震能力有着特殊的要求。本项目着力研究的轮式无人侦察平台缓震装置,可以较好地解决其在复杂颠簸路面上的行驶问题,为类似地面移动机器人相关方面的设计研发提供了理论依据和实践借鉴。
  本文围绕某轮式无人侦察平台的缓震问题,开展了一系列设计研究工作,主要有:
  1)拟定设计参数。根据目前国内外特种无人移动平台的发展现状,综合市场调研及部队的实际需求,对平台的设计技术参数进行拟定。并对平台的系统大体构成进行初步的定型;
  2)缓震装置的设计介绍以及相关电机的选型。根据笔者的设计思路再通过Pro/Engineer画出安装缓震装置后的平台模型,并就此展开该装置的构成介绍与展示,随后再针对后轮驱动电机、武器站方向机、高低机驱动电机,以及视像系统电机进行与之匹配的选型;
  3)缓震装置越障性能分析。针对斜坡、凸起和凹坑三种典型障碍对装置的通过能力进行检验;
  4)行驶平稳性分析。在ADAMS/View中创建A、B、C级三维路面与动力学模型,分析不同的路面与行驶速度对于平台的具体影响,以此对装置缓震性能进行检验。
[硕士论文] 李俊萍
材料加工工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:科技时代的到来,使高精度、轻量化和高性能的武器装备成为各个国家发展的重点。而负重轮是装甲车辆行走系统的关键部件,直接影响着整个装甲车的重量和性能。使用铝合金替代原有钢质材料可大大减轻装甲车重量,实现轻量化,提高装甲车作战机动性。
  压铸、模锻和挤压铸造工艺是目前负重轮生产的主要方法。其中,挤压铸造是一种介于铸锻之间综合了铸锻加工优点、少切削或无切削的近终形成型技术,适合于补缩困难、壁厚不均匀的铸件。该工艺一次成型获得晶粒细小、组织均匀、力学性能优良的铸件且机加工量小、节省材料,不仅能保证产品的使用性能,而且具有良好的经济性能。因此,在负重轮的生产工艺中,首选挤压铸造。
  在学习掌握挤压铸造工艺原理及特点、凝固过程的传热学规律以及压力下凝固过程的力学成形过程等相关知识后,采用ProCAST三维模拟软件,成功的模拟出负重轮挤压铸造工艺的凝固过程,得到了不同压力下的温度场变化和缩松、缩孔缺陷的预测结果。在结合国内挤压铸造设备情况和铸件补缩特点的基础上,根据模拟结果改进了工艺方案并优化模具设计。本文主要有以下结论:
  (1)根据凝固传热学的基本理论,建立负重轮的温度场数学传热模型并给出求解,成功应运于温度场模拟,进而预测缺陷。
  (2)不同比压下的温度场模拟结果表明:负重轮在压力下由表到里逐渐凝固,但各部位的凝固速度有明显区别。负重轮比较厚大的拐角部位,凝固最慢;而负重轮的表面,凝固最快。负重轮的凝固速度随压力的增大而加快。
  (3)负重轮的凝固时间随压力的增大而减小。
  (4)在研究压力对缩松、缩孔的影响时,发现压力的增大可以有效的减少缩孔和缩松,而当压力增大到100MPa后缩松和缩孔消失。
  (5)挤压铸造加载方式,由常规简单加压调整为复合加压。对复合加压的挤压铸造工艺数值模拟,发现较低的压力下缩松缩孔就大大减少甚至消失。实验验证,复合加压的负重轮件,抗拉强度和伸长率已达标,即力学性能已符合科研项目的要求。
  (6)文中在补缩量为4mm的复合加压挤压铸造工艺中,采用浇注温度730℃、模具预热温度300℃,保压时间32S的主要工艺参数获得的负重轮件,其整体抗拉强度σb为361.5MPa,伸长率δ为8.18%,满足项目σb>360MPa、δ>6%的力学要求。
  (7)在复合加压挤压铸造工艺可行的基础上,优化负重轮的成形模具,研发成形模具的控温系统并介绍其组成设备如加热装置、冷却装置、定位装置的工作原理。
[硕士论文] 梁义浪
物理学 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:电磁发射系统因为具有巨大应用潜力而受到国内外广泛关注。其中,感应式线圈发射系统是其重要的研究内容。
  感应式电磁发射系统中,驱动线圈结构、电枢结构、控制系统等参数对于电磁发射性能具有较大的影响。其中,控制系统中对触发放电位置的设计尤为重要,过早或过晚触发都会降低发射系统的效率,精确测量电枢的运动位置并准确控制电容放电对发挥电磁发射高速发射性能具有重要意义。要精准定点触发驱动线圈,需要提高电枢飞行状态(速度和位置)测量的精度。因此,本文通过光电检测进行测速并结合外部程序计算实现对脉冲电容器放电的准确控制,保证电枢运动到最佳位置时,驱动线圈能够及时触发。
  本文基于电磁发射理论分析及速度测量原理,对六极矩电磁发射系统出口电枢的直线速度与旋转速度进行测量研究,搭建一套完整基于FPGA的出口双速测量系统。
  首先,介绍国内外电磁发射系统中电枢速度和位置测量的研究现状,对现有测量方法进行比较,结合多级六极矩发射系统的结构特点,提出一种适用于多级多极矩电磁发射系统的电枢出口速度测量方法。
  其次,基于激光截断法的理论分析,结合旋转编码器的工作原理,通过两种反射式传感器对铝环和反光膜等不同材料的反射光通量不同,设计双传感器和单传感器对电枢直线速度和旋转速度进行测量,并利用提出低速、高速两种不同测量方案,搭建一套基于FPGA的电枢出口双速测量系统。
  再次,利用有限元软件Ansoft Maxwell建立两级混合式六极矩发射系统三维模型,导入有限元软件Infolytica Magnet进行对比联合仿真分析,调节初始位置不同,仿真得到电枢的第一级直线速度,确定第一级最佳触发位置;调节开槽电枢初始角度和触发位置,得到下级直线速度和旋转速度,确定电枢的最佳初始旋转角度和第二级驱动线圈最佳触发位置;通过直线速度,利用FPGA时序控制下级电容放电,优化发射系统性能;仿真得到两级驱动线圈尾端区域的电磁场强度,探讨发射过程中发射系统对于测速系统的是否具有影响。
  最后,在实际仿真的基础上,搭建一套小型两级混合式六极矩电磁发射实验平台,分别利用双传感器和单传感器进行出口双速测量,通过将仿真结果与实验结果进行分析,验证单传感器同时测量双速的可行性。
[硕士论文] 程栋
机械工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:现代履带车辆已成为陆军的机动作战平台,是高性能、高紧凑、高功率的综合装置。随着高新技术在军事工业上的应用发展,以及未来战争特点的变化,履带车辆机电复合传动技术成为各国竞相研发的热点。本文以一种履带车辆新型双电机功率耦合驱动系统为研究对象,重点分析该新型传动系统中的功率耦合机构的运动特性和效率特征,建立了混合动力履带车辆的整车仿真模型,制定出基于规则的能量管理策略,全面地分析了各典型工况下的系统效率,以系统效率最优为目标,针对传动系统参数以及控制参数进行了优化分析。主要研究如下:
  ①分析新型功率耦合机构的运动学和动力学以及效率特征。利用图论理论基本回路法建立了功率耦合机构的图论模型,推导出基本回路中各构件的转速与转矩关系式,进而推导出功率耦合机构的效率计算公式。研究该机构在不同输入条件下齿轮、轴承效率以及搅油损失特征,建立起较为精确的双侧电机功率耦合机构的效率数学模型,应用Matlab/Simulink平台进行仿真计算。
  ②搭建混合动力履带车辆系统的后向仿真模型,制定功率跟随式控制策略。对双电机耦合驱动系统的关键部件进行数值建模,建立混合动力履带车辆系统后向仿真模型,为能量管理策略仿真奠定基础;根据履带车辆行驶工况划分工作模式,以燃油经济和低排放为目的,同时要减少动力电池组充放电带来的能量损失,制定了负载功率跟随控制策略。
  ③依据履带车辆的行驶特点,分别选取直线和转向行驶工况,分析不同转向半径下的外力和外力矩以及履带受到的牵引力或制动力以及两侧电机的转矩。根据功率平衡的原理,区别于已有的双电机独立驱动系统,分析了不同转向半径下双电机耦合驱动系统两侧电机的转矩和功率需求。分析直线行驶和转向行驶工况下系统关键部件的效率,对比各关键部件的工作状态和效率特征,同时也为系统参数优化提供依据。
  ④以系统效率最优作为目标函数,以传动系统参数和控制参数作为设计变量,搭建履带车辆混合动力传动系统的优化模型。构建履带车辆综合工况,利用自适应遗传算法对建立的优化模型进行优化。对比分析优化前后,功率耦合机构、电机、动力电池组的效率:原地中心转向和0.5B小半径转向耦合机构的啮合效率和电机效率均得到提高;对于直线行驶工况,电机效率和动力电池组的放电效率得到提高,同时SOC波动降低。结果表明优化的合理性和有效性。
[硕士论文] 隆小飞
轨道交通电气化与信息技术 西南交通大学 2017(学位年度)
摘要:电磁推进技术是指利用电磁力将物体加速到一定速度的技术。这种推进技术的特点有使用成本低、绿色节能、发射效率高、能够加速推进各种质量的物体等。尤其在新型武器方面,电磁推进技术具有很大的应用前景。目前常规的三类电磁推进技术包括导轨型、线圈型和重接型。但是这三类技术都有其固定的缺陷,如导轨型因为存在电接触,大电流和摩擦会对导轨产生很大的损耗,使用寿命一般都较低;而线圈型的因为径向压缩力大,容易在推进过程中使电枢发生变形。
  针对现有的电磁推进技术存在的这些缺陷,保留已有的电磁推进技术的优点,本实验室课题组提出了一种新型的多极矩电磁推进方式。影响电磁推进技术的发射性能的因素有很多,为了得到更高的出口速度和更好的能量转化效率,我们需要对这些影响效率的因素进行仿真分析。同时,多极矩构型作为一种新型的电磁推进方式,需要进一步的研究,很多的特性也需要实验去验证。
  本文首先从原理上分析了多极矩电磁推进方式的电磁特性。然后建立了多极矩推进系统的仿真模型,分析了电压、电容、初始位置等多个参数的变化对推进系统效率的影响。然后,本文研究了电枢捕获效应,即电枢的减速特性,提出了一个通过优化外电路来减弱电枢捕获效应,提高系统发射性能的方法。仿真结果表明,这个方法可以有效的提高电枢出口速度和系统能量转化效率。在已有的多极矩扭转构型的基础上,提出了一种新型的单级多极矩扭转构型,在单级驱动线圈的条件下,实现电枢的直线加速和旋转加速。并仿真分析了不同扭转角度、不同开槽数等条件的变化对单级多极矩推进系统发射性能的影响。最后,设计和制作了一个单级六极矩的电磁发射器,搭建了一个电磁推进系统的实验平台,从实验的角度,验证了这种新构型能够在单级情况下实现电枢直线和旋转同时加速。实验结果以及变化规律与仿真吻合。
[硕士论文] 李干
兵器科学与技术 中北大学 2017(学位年度)
摘要:横向效应增强型侵彻体(PELE)是一种具有穿甲弹和榴弹功能的新型弹药。作为一种新概念毁伤元,在穿透靶板后外壳分解为大量破片,对靶后目标实现有效毁伤。PELE主要用于防空、反导、反轻型装甲以及城市作战等领域。
  本文使用的是理论分析和仿真相结合的方法,详细探究了影响PELE毁伤性能的相关因素,得到的研究成果能够为PELE的发展给予一定有价值的借鉴。本文研究内容主要涵盖了:改进PELE的数值算法,应用SPH算法与Lagrange算法对PELE侵彻金属靶板进行数值模拟,获得了侵彻过程的物理图像,并把数值模拟同得到的实验现象进行比较,得出SPH算法优于Lagrange算法;应用SPH算法研究了弹芯材料对PELE横向效应的影响,从弹芯材料硬度与密度两方面对PELE弹丸毁伤性能的进行研究;应用SPH算法对组合装填弹芯PELE毁伤性能进行研究;研究垫块材料及厚度对PELE弹丸侵彻混凝土效果的影响;研究了PELE垂直侵彻复合装甲作用过程,分析PELE对不同复合装甲的毁伤效果及复合装甲的夹层对PELE横向效应的影响,研究结果可为PELE技术提供参考。
[硕士论文] 李东晓
控制科学与工程;控制理论与控制工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在不规则路面上行驶的坦克将随地形的起伏而振动。这种振动再加上坦克火炮发射装置固有的射击延迟无疑将导致坦克炮的炮身轴线偏离正确的射击位置,造成炮弹的发射方向在高低和水平方向上产生偏差。为了解决这一问题,现代坦克都采用了能够稳定坦克炮的稳定装置,也即炮控系统,以实现快速调炮和精确瞄准。然而,即便如此仍然不能保证坦克弹丸能准确命中目标。因为弹丸从离开火炮到飞抵目标这段时间内将受到各种内在和外在随机因素的影响,这些影响将导致坦克火炮的射弹散布,从而影响坦克火炮命中率。鉴于此,本文的研究内容分为两大部分,即坦克火炮控制系统的研究和坦克火炮弹丸的外弹道研究。
  第一部分,提出了一种基于多维泰勒网优化控制(MTN Optimal Control)的坦克火炮稳定控制系统的设计方法。这一部分包括坦克模型的建立、坦克火炮稳定控制系统的设计以及控制器参数的调优和仿真等内容。借助于Adams(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)强大的多体动力学仿真分析能力,将建立包含强烈非线性和耦合性的坦克虚拟样机作为被控对象。MTN优化控制系统的设计则在Matlab下完成,并以动态链接库的方式供Adams调用。由于多维泰勒网控制器参数较多,因此本文将使用一种所谓的“单纯形法”的参数优化方法来对控制器参数进行优化。最终在Adams下进行仿真分析,仿真结果证明了MTN优化控制有比PID优化控制更快的反应速度、更小的稳态误差;在坦克炮管可控的前提下,MTN优化控制下的坦克具有比PID优化控制下更高的行进速度。
  第二部分,首先分别建立旋转稳定弹丸在真空和空气中飞行的质心运动数学模型并仿真分析二者的差异。然后,在此基础上建立包含角运动的弹丸刚体六自由度数学模型,分析弹丸在飞行过程中角运动对质心运动的影响。最后,研究旋转稳定弹丸的飞行稳定性问题和各种随机因素对弹丸射弹散布及命中精度的影响。
[硕士论文] 孙运阳
火炮、自动武器与弹药工程 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:弹药补给技术所采用的装置是连接在补给车和火炮尾舱之间,利用传送系统将补给车内的弹药有效、快速、平稳地送入火炮尾舱入口,继而提高装填速度,保证火炮的持久作战能力。然而传统的补给方式,资源利用率不高,操作复杂,且弹药分装式的自行火炮火炮只能实现弹丸的自动化补给,发射药依旧采取人工补给,这严重制约了火炮的射速,从而影响作战效果。在这样的背景下,为尾舱式自行火炮设计一款有效的、准确的、快速的弹药补给机构来解决上述问题是有现实意义的。
  本文对常见的供输弹系统进行了系统的学习研究,并借鉴传统的装填方式,结合某自行火炮对不同弹丸与发射药筒的需求,对弹药补给系统进行功能分析和相应的具体结构设计。主要工作如下:
  (1)通过对某自行火炮尾舱弹仓的结构研究,确定了补给系统设计的基本要求、技术指标、及约束条件,建立了以模块化弹药仓为储弹单元,公共送弹链为送弹单元,回转式补弹机为补弹单元的总体设计方案。
  (2)对模块化弹药仓和自动补弹装置两个部分机构进行具体的结构设计,详细阐述了机构的运动循环过程和相互的衔接关系,设计了传动方案,选择了合适的传动方式并通过计算选择了传动元件的主要参数。依据择优方案的设计原理,确定了弹药补给输送的路线,对补弹路径进行了数学建模与理论分析。
  (3)利用三维实体造型软件UG对所设计模块弹仓和补弹装置进行零部件的三维实体建模、整体实体装配。
  (4)运用ADAMS软件建立弹药补给系统的虚拟样机模型,并对系统机构进行动力学仿真,得出了弹药在送弹装置和回转式补弹机上的运动特性和受力,仿真结果表明补弹系统的结构原理上可行。
  (5)利用多学科优化软件ISIGHT对回转式补弹机进行结构参数优化,使得结构更加紧凑、轻盈、贴合实际,能够为自行火炮补弹技术研究和运用提供一定的参考和借鉴。
[硕士论文] 张弦
火炮、自动武器与弹药工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:液体对射流的稳定性具有良好的干扰效果,这使得液态复合装甲成为新型复合装甲中一个重要的研究方向。胞元结构液态复合装甲是在胞元结构中填充液体,通过液体和胞元夹层共同作用对射流的稳定性产生干扰。开展胞元结构液态复合装甲对射流的干扰特性研究将为液态复合装甲的设计提供参考。通过理论分析、数值模拟计算和试验研究相结合的方法,分别对射流侵彻饱含液体的单胞结构和胞元结构液态复合装甲的过程进行了研究。
  (1)基于虚拟原点理论、冲击波反射理论和射流干扰理论,从冲击波传播方向、传播路径和反射方式3个方面改进并完善了射流侵彻饱含液体的单胞结构的理论模型,并将整个过程分为6个阶段,得到了射流受干扰的速度区间表达式和剩余穿深表达式。对单胞结构内液体的喷散情况进行了理论分析,并且将液体的喷散分为2个阶段,得到了液体的逸散速度表达式。理论计算的射流受干扰的速度区间、剩余头部速度和剩余穿深,发现和数值模拟和试验得到的结果吻合较好。
  (2)利用数值模拟研究了单胞结构的内腔直径和内腔高度对液体径向汇聚和回流特性的影响,通过理论和数值模拟研究了内腔高度对饱含液体的单胞结构抗射流侵彻性能的影响。结果表明:液体的回流特性随着单胞结构内腔直径的改变而呈现出2种方式,但不随内腔高度的改变而改变,改变内腔高度能够有效地影响射流稳定性和射流剩余头部速度,从而影响饱含液体的单胞结构的抗射流侵彻性能。
  (3)通过数值模拟研究了射流侵彻胞元结构液态复合装甲的过程,分析了胞元高度和靶板倾角这2个因素对液态复合装甲抗射流侵彻性能的影响。重点分析了射流头部的变形、射流的颈缩和断裂、胞元夹层的影响、面板和背板的变形、射流剩余头部速度和剩余穿深的变化规律。结果表明:增加胞元高度和靶板倾角,能够有效地降低射流的稳定性和后续侵彻能力,从而提高胞元结构液态复合装甲的防护性能。
[硕士论文] 王震
电力电子与电力传动 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:脉冲功率源技术是电磁发射系统的关键技术之一,脉冲功率源系统具有体积庞大、结构复杂、模块与模块之间距离较远的空间分布特点,采用传统单端测试测量系统中测试点电位时,须使用较长的连接线传输信号,一方面长传输线易受强磁场干扰,另一方面传输线上的分布参数会造成信号失真,除此之外,模块与模块之间的电磁干扰、测试点对地分布参数等都将增加测试的困难程度,为了有效监测、控制电源模块的工作状态、研究空间分布参数对于电源输出的影响,需对高压悬浮电压测试技术及测试装置展开研究。主要研究工作如下:
  首先,对电容储能脉冲功率源系统单模块、多模块放电原理进行研究,建立PFN在不同放电阶段的状态方程,并通过电路仿真和频谱分析的方式得出待测信号的时域、频域特点。在此基础上,研究现有的几种浮地测试方法,分析每种方法的可行性,并选择差分探头进行测试。
  然后,针对现有差分探头在进行高压测试时量程不足的问题,对信号进行衰减处理,选择电阻型分压器模型,通过电路仿真得出影响分压器响应时间的参数,并设计硬件补偿电路以减小响应时间。搭建电容储能脉冲功率源实验平台,进行悬浮高压测试相关实验,实验结果表明,硬件补偿电路可有效减小动态电压信号的波形失真;分布参数的存在导致测试装置在进行电压测试时存在一定误差。
  最后,分析误差产生的原因,采取二级滤波的动态电压修正方法,计算测试装置的传递函数,并将计算数据代入MATLAB中搭建系统仿真模型,对电压测试的结果进行修正处理,将修正波形与理论计算波形加以对比,得出经二级滤波修正后波形更加接近理论波形的结论。
[硕士论文] 刘志桐
机械工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文以某项目为应用背景,为某自动机设计一种环形智能传输供弹机构,并且运用虚拟样机技术对整体机构运动进行仿真分析,从而验证环形智能传输机构的可行性,为制造物理样机提供一定理论依据。
  论文首先结合现有的无链智能供弹技术,分析了环形智能传输机构设计总体原理方案,提出由环形储弹单元、直线传输单元、柔性扭转单元的模块化单元组合方案,对该方案中各个关键部件进行理论设计校核,以实现总体机构设计要求。
  其次,运用SOLIDWORKS软件建立环形智能传输机构各个传输单元和整体装配的三维模型。并且运用多刚体动力学理论建立各个单元的虚拟样机模型。针对环形储弹单元、直线传输单元、柔性扭转单元和其交接过程进行动力学仿真分析。并对其中的直线传输单元和柔性扭转单元在不同供弹速度的情况下进行对比仿真分析。通过仿真结果,验证了整体设计方案的可靠性和稳定性。
  最后,利用有限元理论对其中的关键零部件进行刚强度校核。从而进一步验证了方案的可行性。针对高速供弹的情况下的关键零部件的形变和应力结果,提出改进方案以确保整体传输机构的稳定性和安全性。
  本文对环形智能传输机构设计具有参考价值。可以为相关样机的方案设计提供一定的依据。
[硕士论文] 陈泽强
兵器工程 南京理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的进步,坦克车辆逐步向高速、高效、轻型化发展,其人机环境也日益复杂和恶化,振动、噪声、操作环境等问题日益突出,坦克车辆的振动问题成为坦克发展的一个重要方向。发动机悬置系统的动静态特性是影响坦克车辆的机动性和人员舒适性的重要因素之一。本文以坦克发动机减振为研究背景,从理论分析、结构磁路设计、材料制备及试验测试验证这四个方面对基于磁流变弹性体的坦克发动机减振器的设计进行了阐述,具体工作如下:
  (1)建立了发动机悬置系统的动力学模型,对影响车身位移的主要因素(发动机垂向力和路面激励)进行分析,利用拉氏变换分析得到单个减振器的刚度范围为1×106到1.17×107N/m。
  (2)根据减振器设计原则,对减振器的结构和磁路等进行了设计,当电流大小达到2A时,磁流变弹性体的最小磁感应强度为694 mT,分布均匀,满足设计要求。
  (3)分别制备了硅橡胶基与天然橡胶基磁流变弹性体样品,通过动态热机械分析仪(DMA)对其性能进行测试比较,试验表明虽然天然橡胶基磁流变弹性体的磁流变效应比硅橡胶基磁流变弹性体较小,但其弹性模量较大,在实际应用中有更大的适用性,能够满足坦克发动机悬置系统对变刚度的要求,确定用天然橡胶制备磁流变弹性体。
  (4)搭建了基于磁流变弹性体减振器的试验平台。在扫频试验中,在加载质量为30kg情况下减振器的刚度由0A时的2.7×106N/m增加到1.5A时的3.2×106N/m,相对磁流变效应达到19.3%,加载质量为75kg情况下减振器的刚度由0A时的3.6×106N/m增加到1.5A时的4.1×106N/m,相对磁流变效应为14.9%。试验结果说明随着加载质量的增加,弹性体的相对磁流变效应有所下降;自制的磁流变弹性体有着较高的磁流变效应且悬置系统有移频的效果。在减振效果试验中,通过控制外加电流的开关,使悬置系统在低频,固有频率和高频三个工作状态下有着较好的减振效果。
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