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坦克电控部件在射击状态下动态特性分析

2016/8/3    来源:互联网    作者:王国辉  赵波      
关键字:坦克炮  发射动力学  ADAMS  火控计算机  
在简化坦克整车结构的基础上,结合三维建模软件Solidworks和动力学仿真软件ADAMS构造了某新型丰战坦克的整车动力学仿真模型并进行了发射仿真,对比实验和仿真结果,验证了模型的正确性和可靠性。在仿真的基础上,得到了火控计算机在坦克炮射击过程中动态特性,为分析火控计算机及其内部结构在冲击下的故障机理奠定了基础,对该型坦克进行故障诊断、维修性改进和配套保障有一定参考价值。

0 引言

    某新型主战坦克采用大量高新技术和新型电控器件,如火控计算机、激光测距仪等,使武器系统由原有的以机械系统为主变为机、光、电、液一体化的复杂系统,战斗力提升的同时,坦克炮射击对系统的冲击振动也大幅提升,电控部件故障率增大且故障模式复杂。通过实验对电控部件进行发射冲击特性研究,对测试设备要求高,高速冲击易造成设备损坏,成功率低,且一些部件在现有实验条件下难以测得其运动、载荷情况。采用虚拟样机技术,仿真坦克炮发射,可以有效解决以上问题。笔者以三维建模软件Solidworks和动力学仿真软件ADAMS/ATV联合构建了某型坦克虚拟样机,并在ADAMS中进行了发射仿真,得到炮尾后坐运动曲线,验证了虚拟样机的正确性,并获取了典型电控部件火控计算机在发射过程中受冲击载荷情况。

1 坦克虚拟样机模型

1.1 坦克整车结构关系

    坦克整车结构复杂,根据研究内容不同,需要对车辆部件、结构、载荷和系统等进行简化,以提高分析效率。简化后的坦克整车分为车体部分和武器部分,拓扑关系如图1所示。

图1 坦克整车拓扑关系

图1 坦克整车拓扑关系

    根据发射过程中各部件运动特性和连接关系,对部件施加各类约束副。身管、炮尾以及复进机和驻退机的后坐部分通过固定副约束,作为整个仿真过程中的后坐部分。身管沿摇架的方向前后运动,施加滑移副,同时炮尾与摇架有碰撞,添加接触约束。摇架与炮塔之间使用旋转副定义,用于改变身管射角,炮塔与座圈之间使用万向节副连接,同时定义碰撞接触。座圈固定在车体上,车体与履带之间通过车轮约束。

1.2 坦克三维模型建立

    如图2所示,采用三维建模软件Solidworks构造炮塔及武器系统模型并进行装配。

图2 炮塔及武器系统模型

图2 炮塔及武器系统模型

    车体部分虚拟样机采用ADAMS/ATV构造。利用ATV中模板化的履带、车轮及地面模型,通过修改相关参数,建立车体部分模型,如图3所示。根据动力学分析原理,不需要车体模型外观与实车完全一致,只需要二者质量、质心、惯性矩等物理量相同即可满足仿真要求。

    Solidworks是一个功能非常强的三维CAD软件,它采用最新的Parasolid核心,支持众多CAD模型文件格式,与ADAMS具有良好的接口,可以方便地实现在两者之间交换数据。将武器系统装配体以xt.格式导入ATV,通过Tools/Merge two models功能合并炮塔和车体,添加相应约束,完成坦克整车虚拟样机建模,如图4所示。

图3 车体模型

图3 车体模型

图4 坦克整车模型

图4 坦克整车模型

2 模型仿真与验证

    坦克炮发射时,虚拟样机主动力与约束力主要有炮膛合力、反后坐装置后坐阻力、炮身与摇架摩擦力、驻退机与复进机机杆间摩擦力,都有对应的计算公式。

    其中,炮膛合力Fpt是时间t的分段函数,0~t1时间段是从击发到弹丸出炮口,tl~t2时间段是弹丸出炮口到后效作用结束,其计算公式为:

计算公式

    将炮膛合力施加到炮尾与身管中轴线交点处,采用样条插值函数Akima导入曲线数据完成力的定义。复进机力是后坐位移x的函数,调用DX()函数定义,驻退机力是后坐位移x和后坐复进速度v的函数,调用DX()和vx()函数定义。

责任编辑:屈婷婷
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