某舰炮中腹摆弹机摆体结构设计与优化及疲劳分析

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1、ContentsAppendix2APDLCodes..............................................................................................72ResearchAchievementsandProjectsDuringMasterEducation...................................78Acknowledgements...........................................................

2、...................................................79IX江苏科技大学工学硕士学位论文X第1章绪论第1章绪论1.1选题背景及意义随着科技水平的不断提高和近现代作战环境的变化，与传统海战相比，攻守方式与形势上都发生了巨大的变化。火炮作为水面舰载的常规性作战武器使用已有四百多年的历史，在二次世界大战结束前，舰炮一直是军舰最主要的攻击武器。20世纪60年代，精确制导反舰武器的出现，曾一度严重削弱舰炮的主导地位，不过这并未使火炮完全从军舰上消失。当舰炮配以普通弹药时，射击距离越近，弹药能够攻击到的实[1]际范围越小，但是射

3、击精度却越高，所以舰炮对近距离防身的意义很大，这是导弹所无法比及的。同时，舰炮还具有耗用低、作战指挥灵活等多种特点。现代舰艇上架设的中小口径舰炮基本都具备反应速度快、发射效率高、射击精度高等特点，在作战[2]时，与导弹武器配合使用，可以更加完美的完成多项海陆空任务。在炮弹中结合以雷达或光电/红外制导技术，更使舰炮具有跟踪和预警反偷袭的功能，成为舰艇末端防御的主要手段之一。[3]供弹系统是舰炮的核心部位，供弹的稳定性和供弹的效率直接决定了舰炮武器系统的性能指标供弹系统需要完成取（接）弹、输弹和供弹的过程，机构在输供弹的过程中的承载了复杂多变的载荷历程，其运动历程亦是复

4、杂。正是由于该复杂多变性，又为了结构能够有很好的可靠性，传统舰炮供弹系统的设计多采用保守设计。致使舰炮机构庞大、笨重，甚至影响输供弹的效率与精度。本文以有限元理论为基础，根据静力学理论和动力学理论，建立了中腹摆弹机的动力学模型，通过matlab软件编程计算输出了包含摆体六个载荷步的运动学和动力学解。以摆体的总体积为目标函数，应力最大值和位移变化最大值为状态变量，选定各板厚为设计变量，优化了组成摆体的各板厚。通过对舰炮摆臂部分进行模态分析，得到摆体各阶模态的振型和固有频率，为防止工作总发生共振提供了参考。根据分载荷步的静力学分析获得了摆臂的应力-时间历程。在FE-SA

5、FE中读取了静力学分析结果，基于疲劳载荷谱与损伤累积基本理论，利用Brown-Miller算法估算摆臂的疲劳寿命。改善产品性能，缩短开发周期，降低生产成本同时确保了装置的使用强度。1.2舰炮的研究现状现代大中口径舰炮主要作为舰艇主炮，身管长度一般为40倍口径以上。随着对舰1江苏科技大学工学硕士学位论文载炮弹的供弹系统的研究的不断深入，舰炮补弹方式自动化程度不断提高，供弹系统的综合性能也不断提高。发展特点是弹丸初速高、弹道平直、射程较远；可多管联装、结构紧凑；火炮射界大、射速较高；操作灵活，破坏威力大。国外舰炮的发展逐渐走向自动化、信息化、高速度、高效率。更有将多项技

6、术集于一身，使得舰炮的打击能力和自我防护能力大大提高。[4]AGS155毫米先进舰炮系统是DD(X)1000型“朱姆沃尔特”级驱逐舰的主炮，是一种具有垂直发射和倾斜发射两种发射方式的155mm口径舰炮，射程范围达76公里（41海里）到117公里（63海里），炮口初能35-36MJ，其炮弹重100公斤，炮管长度为62倍口径，达9.61米，俯仰角度区间达-5°～+70°，12发/分钟的射击速度，有效射程可达185公里。如图1.1所示为AGS垂直装填系统的供弹装置组成图。图1.1AGS垂直装填系统的供弹装置组成Fig.1.1AGSbombdeviceforvertical

7、loadingsystemcomponentsAGS垂直装填系统首次实现了全程自动化弹药供给，并采用先进的模块化弹药仓[5]库管理模式，使得供弹速度得到了很大的提高。美国MK-38ModZ型舰炮，装备于海军巡洋舰、驱逐舰和两栖船坞登陆舰，主要[6]用于防护小型舰艇和飞机的威胁。MK-38ModZ型舰炮使用了M242型25毫米舰炮，有效作战距离为1690米，该舰炮采用了雷达或光电/红外制导技术，在锁定目标后可以自动进行跟踪，可支持自动和手动两种作战模式；另一款有特殊功能的舰炮属由“海[7]军舰炮”改造的C-RAM反偷袭系统，该系统的核心武器是美国海军舰艇上的“密集