装备虚拟样机及动态性能评估研究

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1、装备虚拟样机及动态性能评估研究贾长治王兴贵火炮工程系军械工程学院摘要：首先对机械系统动力学研究的必要性做了说明，对虚拟样机的特点进行了阐述，在分析火炮后坐部分主要受力的基础上，将ADAMS的应用引入到武器装备研究领域，结合Fortran语言编程在ADAMS平台上首次建立了火炮虚拟样机。仿真与试验对比结果证明了火炮虚拟样机建立的可信性，在此基础上，将虚拟样机仿真方法和传统建模方法进行了对比，克服了火炮传统建模方法中“对称、平面、静平衡”假设的缺陷，进一步证明了将ADAMS引入武器装备领域仿真研究的可

2、行性。最后，提出了火炮动态性能分级评估方案，定义了故障评判函数的概念，并对虚拟样机的应用前景进行了展望。关键词：虚拟样机；火炮；建模；ADAMS中图分类号：TP303+.4;TP391.9文献标识码：A0引言计算机的出现以及计算机技术的发展，为仿真技术提供了强有力的手段和工具。由于在计算机上建立系统的数学模型并能够迅速、灵活地进行虚拟试验，为研制部门产品设计和制造方而带來了巨人的社会效益与经济效益，因而计算机仿真在产品设计研制中占有越來越更耍的地位。由丁•仿真实验的可重复性，大大方便了实验数据采集

3、、数据分析和结果分析等工作，在很大程度上提高了系统仿真结果的准确性和可靠性。仿真技术现在已成为机械系统分析、研究、设计中不可缺少的重要手段，在降低系统的研制成木，提高试验及训练的安全性方面起着越來越重要的作用。传统的火炮设计理论对火炮射击的运动和受力进行分析时，人都基于“平血、对称及静平衡”三个基木假设山，因此，在对火炮进行建模与分析时，虽然引入了多种经验符合系数,仿真结果与实际仍有较人的差界。出现上述现象的原因在于，传统的分析方法实际上是准静态的分析方法，而火炮实际射击时，是一个受冲击的过程，应

4、采用动力学的方法进行分析。所以，建立一个全面反映火炮射击现象并准确描述各零部件的运动和受力的动力学模型，是火炮领域研究面临的首要问题。众所周知，对火炮射击榕度影响最大的是火炮的起始扰动，且起始扰动与火炮结构特性有关⑵。如果要满足现代战争对火炮射击性能及质量评佔等方面捉出的新要求,就必须研究火炮系统的动态特性。因此，建立符合火炮实际条件的动力学模型，并对具进行仿真研究,不仅有利于提高武器系统性能，而口对于缩短新型火炮的研制周期，减少火炮研制经费的投入，都是非常必要的。本文对火炮后处和复进过程受力进行

5、了分析，采用Fortran语言编程，在ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)'卜台上建立了火炮虚拟样机。在传统的火炮仿真建模研究屮，由于认为驻退机力和复进机力等后坐阻力作用在射击对称平面内，结果导致理论分析和实际测试资料之间总存在较大的误差。本文在火炮系统建模中采用了大型仿真分析系统ADAMS,各后处阻力分別作用在各自的轴线上，避免了作用力在対称平面内引起的弊端，以期使得对火炮的分析和研究更为符合实际。在此基础上，基于火炮虚拟样机仿真提出

6、火炮动态性能评估方案。1虚拟样机技术随着新技术的不断涌现，建模与仿真技术自身的不断发展，新的建模与仿真方法学的提出，计算机系统仿真已跻身于高新技术领域，与人工智能技术、优化理论、三维图像处理技术以及多媒体技术等融合，并逐步步入虚拟样机仿真⑶。虚拟样机技术是采用计算机仿真与虚拟技术，在计算机上通过CAD/CAM/CAE等技术把产品的资料集成到一•个可视化的环境中，实现产品的仿真、分析⑷，机械系统虚拟样机建立的步骤如图1所示。虚拟样机技术作为一项工程分析和预测技术，口前tl益显示出强大的生命力，其应用

7、范I韦I已经超越了国家、地区和行业的界限，在航空、航天、车辆等机械领域已经有了广泛的应用，并且随着仿真技术的发展，焜拟样机技术越來越起着比实物试验更重要的作用⑸，如美军研制F22第四代战斗机的虚拟样机与风洞试验的经费比是6：4,充分说明了虚拟样机技术的重要性。另外美国航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)成功地实现了火星探测器探路号在火星上的软着陆，成为轰动一时的新闻。在探测器发射之前，JPL的工程师运用虚拟样机技术预测到探测器可能在着陆吋滚翻。因此，工程师们针对这个问题修改了技术方案，

8、将灵敏的科学仪器安全送抵火星，保证了火星登陆计划的顺利完成。虚拟样机技术利用虚拟环境在可视化方而的优势，交互式地探索虚拟机械系统的功能，研究人员可以将口己的经验和想彖结合在计算机的虚拟样机屮，让想彖力充分发挥。ADAMS作为世界范围内笫一个具冇仿真整个机械系统工作性能的人型仿真分析系统，可以建立机械系统的虚拟样机，而且该仿真系统的“二次开发”功能还提供了强大的用户口定义程序模块，用户可以根据口己的需要进行额外编程，为修改研究系统屮特定参数提供了极人方便。用八自定义函数格式如下而函数