摘要
为了给84mm口径无后坐炮武器系统设计和优化提供参考，从理论分析、数值模拟和试验研究等方面对无后坐炮内弹道解算与优化设计、无后坐炮动不平衡问题以及无后坐炮击发系统运动过程等方面进行研究。 针对无后坐炮武器系统内弹道设计问题，以经典无后坐炮内弹道学数学模型为基础，采用MATLAB软件编制内弹道解算程序对无后坐炮内弹道进行解算，并利用遗传算法对绝热指数、燃速指数、次要功系数、火药力和流量修正系数等参数进行优化修正，优化得到的最大膛压和初速与试验结果吻合程度高，提高了内弹道程序的精确性及预见性。并从发射药药量、药室容积、弹重、火药力和喷喉面积等设计参数研究其对无后坐炮内弹道性能的影响，得到了上述设计参数所对应的内弹道膛压和速度与时间的关系曲线。研究表明：发射药药量、药室容积、火药力和喷喉面积对膛内最大压力的影响比对弹丸初速的影响大，而弹重对初速的影响比对膛内最大压力的影响大，故进行无后坐炮内弹道设计时，可根据实际战技要求并利用以上结果调整设计参数。 针对无后坐炮武器系统内弹道的多目标优化设计问题，将Pareto遗传算法与无后坐炮内弹道学数学模型结合在一起，建立了基于Pareto遗传算法的多目标优化设计问题的优化模型，提出了基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化设计方法，得到了在一定约束条件下的内弹道设计参数的组合，且所设计的无后坐炮在最大膛压基本不变的条件下炮口初速可提高3.8%，故设计人员可根据需要从中选择无后坐炮内弹道的最优方案，且设计人员也可利用该方法提高无后坐炮内弹道性能。 针对无后坐炮武器系统动不平衡问题，介绍了其气动力模型，并建立了无后坐炮发射时的动不平衡数学模型，利用MATLAB软件将其与内弹道学数学模型耦合交叉解算，分析并研究了主要设计参数对无后坐炮动不平衡的影响，得到了各轴向力与设计参数之间的关系曲线，研究表明：喷喉面积增加使得喷管轴向作用力、坡膛轴向作用力和炮身轴向作用力减小，表现为减小后坐。身管膛线缠角、弹丸惯性半径和弹炮间摩擦系数增大均使得弹丸对炮身轴向作用力增大，表现为增大前冲冲量。而药室前端横截面积增大使得作用于坡膛的轴向作用力增大，表现为增大前冲冲量。弹丸起动压力影响喷管轴向作用力、坡膛轴向作用力、炮身轴向作用力和炮身上不平衡力的变化趋势和一致性，表现为增大前冲冲量，但增加幅度较小，故进行无后坐炮动不平衡设计或试验时，可综合以上因素影响特点，有效提高无后坐炮动不平衡设计效率及性能。 针对无后坐炮击发系统能否安全可靠地击发底火问题，应用软件ADAMS对无后坐炮武器系统的击发系统进行运动仿真分析并采用软件ANSYS/LS-DYNA对击锤撞击击针的动态过程进行仿真分析，得到了击发系统击锤运动特性及击锤撞击击针的动态特性，击发系统中击锤撞击击针前所具有的动能为1.41J，当连接杆材料为7020铝合金时，击针撞击底火时动能为0.31J，当连接杆材料为35CrMnSiA时，击针撞击底火时动能为0.25J，将仿真结果与高速摄影试验结果对比，验证了击发系统击发底火的可靠性，并对击发过程能量转换进行了分析。研究表明：当击发系统连接杆材料分别为7020铝合金和35CrMnSiA时，击锤撞击击针过程中的能量分别转换了21.99%和17.73%。
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