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第一章绪论 研究意义和目的炮兵作为陆军主要的兵种之一 在现代国

归档日期:07-10       文本归类:火药残余成分      文章编辑:爱尚语录

  第一章绪论 研究意义和目的炮兵作为陆军主要的兵种之一 在现代国防中依旧占据着重要地位。自行火炮由于其具有较强的威力 一定的防护性和灵活的机动性而发展迅猛 成为炮兵部队装备发展的主要趋势。 自行火炮中由于战斗室内比较拥挤 广泛采用了抽气装置 抽气装置用来消除射击时战斗室内的火药残余气体和炮尾焰 保证装

  第一章绪论 研究意义和目的炮兵作为陆军主要的兵种之一 在现代国防中依旧占据着重要地位。自行火炮由于其具有较强的威力 一定的防护性和灵活的机动性而发展迅猛 成为炮兵部队装备发展的主要趋势。 自行火炮中由于战斗室内比较拥挤 广泛采用了抽气装置 抽气装置用来消除射击时战斗室内的火药残余气体和炮尾焰 保证装备和乘员的安全。 自行火炮抽气装置的工作过程可分为充气和排气两个工作阶段。充气过程开始时 由于膛内压力高于贮气筒内压力 膛内火药气体经喷嘴向贮气筒充气。当弹丸出炮口后 膛内压力迅速下降 火药气体便从贮气室经喷嘴冲向炮膛 在这股高速气流的后面形成了一个气体稀薄的锥体 而炮膛和药筒内的火药气体便被吸引到该锥体内 并喷射到炮口外面去。开闩后 抽气装置继续工作 由于喷嘴高速气流的引射作用 战斗室中气体连续不断地被吸入膛内 连同膛内火药气体一起从炮口排出。 自行火炮射击后打开炮闩 有时会看到从炮尾喷出一股浅红色的火焰 这就是炮尾焰。它不仅易暴露目标 而且还会引燃供弹机上的炮弹 引起战斗室失火。这是由于当开闩退壳时 由于炮膛内外的压力差 发生向后抽气作用 这些高热状态的可燃气体 冲出炮尾遇到空气中的氧 就立即燃烧形成炮尾焰。炮尾焰的生成 主要是火药在膛内有燃烧不完全而遇氧继续燃烧的气体 如CO H2 CH4 等。当射击后因退出药筒而带进战斗室的火药气体含CO 浓度达到40 就会对人体器官有害当浓度超过0 2毫克 很快使炮手工作效率降低严重威胁炮手安全。因而研究自行火炮的抽气装置对于保证炮手的安全 保证装备的安全 增强自行炮兵的战斗力有着重要的意义。 影响炮尾焰生成的因素很多 如装药结构及火药性质 火炮构造 射击特点及外界条件等。所以 至今尚未找到一种绝对可靠的消焰方法。 自行火炮抽气装置在射击时 直接受高温、高压火药气体的腐蚀 其工作环境十分恶劣 而抽气装置的可靠性直接影响到炮手的工作环境与装备、人员的安电子科技大学硕士学位论文 全。本项目的目的就是使抽气装置更有效地完成抽气作用更多地排除膛内和战斗室内残余的火药气体 增强自行火炮抽气装置的可靠性。 某一产品的可靠性是指产品在规定的条件下 在规定的时间内 无故障地完成其规定功能的能力。产品的可靠性是衡量机械产品质量的一个重要指标。实践证明 任何机械不论在设计、制造和装配等过程中的质量达到多高 使用了一定时间后 其零、部件必将产生正常磨损或意外损伤 而且也必然会导致机构的劣化故障或损伤性故障 逐渐严重影响其功能的发挥。对于武器装备 为了保持和提高战斗力 我们要尽力避免在使用过程中出现任何故障或意外 这就要求武器装备要具有很高的可靠性。研究武器装备的可靠性不仅可以控制其寿命周期的费用 更关键的是提高武器装备的作战能力 使其可靠地发挥应有的性能。随着科技的发展 军事斗争准备的日益严峻 新式武器装备在不断地研制、生产和装备部队 这些新式武器装备结构越来越复杂 科技含量越来越高 同时我们也不得不要面对一些问题 费用急剧增加 保障难度加大 可靠性的要求也越来越高。 2研究的思路和方法可靠性是一门新兴的综合性学科 它所研究的对象面非常广泛 基本上涉及到产品就涉及到可靠性 它所运用的知识领域也非常广泛 如数学、物理、管理学、各种工程技术等等 尤其是数学包含了概率、统计、随机过程、模糊数学等。不同的领域不同的产品对可靠性的要求也不同 研究的广度和深度也不同。对于武器装备来说也是一样 可靠性是一门工程学科 它有自己的体系、方法和技术。主要内容包括三个方面 即可靠性工程、可靠性分析和可靠性数学。可靠性工程是指为了保证产品在设计、生产及使用过程中达到预定的可靠性指标 应该采取的技术和组织管理措施 主要包括设计、试验、制造、使用等几个阶段。可靠性分析主要通过试验 发现产品的薄弱环节 研究导致薄弱环节的内因和外因 研究导致薄弱环节的机理 找出规律 提出改进措施等。可靠性数学主要研究产品故障的统计规律 研究产品的可靠性设计、分析、预测、分配、评估和验收等技术的数理统计学方法。 和电子设备可靠性相比 机械可靠性的研究起步较晚 并且发展较慢 研究难度大 但对武器装备来说机械可靠性是可靠性研究的基础 也是可靠性工程研究的重点。以往人们对机械设备可靠性的研究走的也是以强度和寿命为主要指标的路子 这对于普通的机械 或者强度低性能稳定的机械还适用 但随着机械向第一章 绪论 高速、高精密、高要求发展尤其是现代工业向大规模自动化生产发展以及航空航天技术的发展 特别是关系重大的载人航天的实施 人们认识到机构运动精度或者准确性越来越重要了 也许一个机构一个小小的动作不到位就可能是一个大的系统失效或停止工作 造成巨大的经济损失 甚至酿成惨剧。因此对使用阶段的机械产品 尤其是武器装备等精密或关系重大的机械产品 人们非常关心它动作的准确性 使用时要确保在使用寿命内动作的可靠性 如枪炮的击发装置、控制卫星太阳能电池板的运动等。因为对于机械产品来说 它最终的目的是执行某项功能 这也就是说对机械动作可靠性的研究是机械产品可靠性最关键的地方之一 但这在以往的可靠性研究中却是一个较为薄弱的环节。 本项目主要是围绕自行火炮抽气装置的固有可靠性和使用可靠性这两个方面进行的。固有可靠性是装备在设计、制造过程中赋予的 在理想的使用及保障条件下的可靠性。它是可靠性的设计基准。对于具体装备设计、工艺确定后 其固有可靠性是固定的。而使用可靠性是装备在实际使用过程中呈现出来的可靠性。它包括设计、安装、质量、环境、使用、维修的综合影响。不同使用环境下的装备所表现出来的可靠性是不同的。 在分析研究自行火炮抽气装置的固有可靠性时 运用火炮内弹道学、火炮动力学、热力学等理论对抽气装置各个工作阶段中内弹道的气体参数和抽气装置工作时贮气筒中的气体参数进行了分析 建立了可靠性数学模型 运用MATLAB软件进行了数值计算 然后分析通过改变抽气装置结构参数而引起的固有可靠性的变化 并设计出2套有利于提高抽气装置工作效能的结构参数改进方案。在分析研究自行火炮抽气装置的使用可靠性时 主要针对目前自行火炮抽气装置在使用与保养过程中出现的一些难题 提出了通过改进贮气筒的结构、增强自行火炮抽气装置排除气体杂质的能力、完善自行火炮抽气装置的保养保管制度来提高自行火炮抽气装置的使用可靠性。 国内外研究状况可靠性工程 的诞生可以追溯到20世纪40年代即第二次世界大战期间对飞机、火箭及电子设备的可靠性研究。最早提出可靠性理论的是德国科学家在研制V 1火箭中 提出了火箭系统的可靠性等于所有元件可靠度的乘积 即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。可靠性理论与技术从四十年代出现到现在 经历了萌芽、创建、发展和成熟几个阶段 成为系统工程理论的重要分支。在它电子科技大学硕士学位论文 的发展历程中自始至终与武器装备紧密相连。40年代 由于各种复杂电子设备的相继出现 电子设备的可靠性问题严重地影响装备效能的发挥 出于军事装备效能研究的目的 美国首先在1943年成立了电子管研究委员会专门研究电子管的可靠性问题。主要讨论采用新材料和新工具 发展质量控制及检验统计技术来提高电子管可靠性的途径问题。50年代 为解决军用电子设备和复杂导弹系统的可靠性问题 美国国防部于1952年成立了一个由军方、工业部门和学术界组成的电子设备可靠性咨询组 并开始有计划地从装备的设计、试验、生产和使用等全面地实施了一个可靠性发展计划 并于1957年发表了《军事电子设备可靠性》的研究报告 从此奠定了可靠性研究发展的基石标志着可靠性已成为一门独立的学科。20世纪50年代 前苏联为了保证人造地球卫星发射与飞行的可靠性 开始了可靠性的研究工作。同时为了解决作战导弹可靠性的要求 一些国家也先后开展了对可靠性的研究与应用。也就在这一时期 日本企业家认识到 要在国际市场上取胜 必须进行可靠性的研究。1958年日本科学技术联盟成立了“可靠性研究委员会” 专门对可靠性问题进行研究。60年代 在各种军事装备的设计研制过程中 可靠性理论不断成熟 有关可靠性的分析与设计 可靠性的分配及估计 故障模式及影响分析 故障树分析 冗余设计 可靠性试验与测验 可靠性评估等理论和方法有了全面的发展。1961年 前苏联发射第一艘有人驾驶的宇宙飞船时 宇航员对宇宙飞船安全飞行和安全返回地面的可靠性提出了0 999的概率的要求 可靠性研究人员把宇宙飞船系统的可靠性转化为各元器件的可靠性进行研究取得了成功。也就在这一时期 前苏联对可靠性问题展开了全面的研究。70年代后 可靠性研究更加系统化 不仅在可靠性设计与计算方面有进一步发展 同时在可靠性政策、标准、手册的制定等方面也取得了进展。进入80年代以来 可靠性研究向着更深更广的方向发展。在技术上 深入开展了软件可靠性、机械可靠性以及光电器件可靠性的研究 全面推广了计算机辅助设计技术在可靠性领域的应用。同时积极采用模块化、综合化、容错设计、光电纤维和超高速集成电路等新技术来全面提高现代武器系统的可靠性。 如前所述 可靠性技术起源于电子产品和设备 电子设备可靠性的技术体系比较完整和成熟。相对而言 机械可靠性发展比较缓慢。这是由机械可靠性的一些固有特点所决定的。机械设备和电子设备在可靠性方面的比较可见表1 1可知机械设备的失效模式种类繁多 要识别它本身就很困难。由于应力因素对机械产品的失效率的影响难以准确预计 再加上机械产品的老练和寿命试验都很昂贵 工程上很少采用 使机械产品的可靠性数据资源非常缺乏。第一章 绪论 所有这些都在很大程度上限制了机械可靠性的发展。 失效模式应力因素 老练以排除失效 偶然故障期 耗损故障期 预期寿命 寿命试验 推荐的维修 可靠性数据 简单 可以预计 经济上合理 通常可维持较长时间 如果已存在 则较早报废 较短 便宜而有效 更换优先于修复 已经形成很好的文件 复杂 难以准确预计 通常太昂贵 较短或不是 通常在使用寿命的早期阶段突然开始 较长 困难而昂贵 修复和更换并重 缺少好的数据 MechanicalSystems Paston Press 1988 P15。 除了表1 1所示的区别外 机械零部件的寿命分布通常均服从对数正态分布或威布尔分布 这和电子元器件的寿命分布服从指数分布的假设有很大的不同。此外 对机械制造企业而言 材料和制造工艺的质量 包括检验技术 例如 材料的机械性能、零部件加工和装配精度、焊接工艺、表面处理和无损检验等等 都对产品的可靠性有重大影响。机械产品的可靠性改进周期较长 费用也高 可靠性对传统技术的依赖程度也较高。 国外可靠性技术的研究对火炮的发展产生了巨大的推动作用 尤其像自行火炮这样复杂的火炮系统 从设计到使用、维修的各个阶段都离不开可靠性技术的支持 特别是大口径的155自行火炮系统更是如此 在可靠性技术日益完善的今天 大口径的155自行火炮的性能才有了较为可靠的保证。我军陆军武器装备的可靠性研究工作 由于多种因素的影响和制约 相对来说起步比较晚 发展也比较慢 20世纪60年代 我国在雷达、通信机、电子计算机等方面也提出了可靠性问题。70年代 由于我国国家重点工程的需要 以及消费者的强烈要求 电视机的质量问题 对各行各业开展可靠性的研究起到了巨大的推动作用。从1973年起 原国防科工委和原四机部为了解决国家重点工程元器件的可靠性问题 多次召开有关提高可靠性的工作会议。1978年提出《电子产品可靠性“七专”质量控制与反馈科学实验》计划 并组织实施。随着科学技术的发展对机械产品的可靠性要求也日益提高 进入80年代后 我国掀起了电子行业可靠性工程和管理的第一个高潮 组织编写可靠性普及教材 组建了全国统一的电子产品可靠性信息交换网 并颁布了GJB299 87《电子设备可靠性预计手册》 有力地推动了我国电子产品可靠性工作。同时机械产品的可靠性也越来越受到人们的重视 尤其电子科技大学硕士学位论文 是武器装备的可靠性问题作为一个具有明确内涵的新概念 才在我国逐步被认识、接受、并普及开来。特别是我国武器装备研制和使用维修实践中出现的许多重大质量问题 使全军更进一步加深了对可靠性、维修性和保障性的重要性的认识 促进了可靠性维修性保障性工作的发展。我军陆续编译出版了一批可靠性、维修性和保障性文献资料 制定了一批急需的可靠性维修性保障性军用标准、手册 颁发了一些有关可靠性维修性保障性工作的指令性文件 如GJB368《装备维修性通用规范》、GJB450《装备研制与生产的可靠性通用大纲》、GJB1371《装备保障性分析》以及国防科工委《关于加强可靠性维修性工作的若干规定》、《关于进一步加强武器装备可靠性维修性工作的通知》等。从总的情况来看 陆军武器装备的可靠性工作虽然取得了很大的进步 但还存在很多问题。例如武器装备的技术性能有很大的提高 但在研制过程中没有把可靠性、维修性和保障性放到重要的位置 有些对在研制中的各个阶段没有做可靠性的跟踪分析 尤其是对某些关键重要的系统和部件做详细的可靠性分析。有些武器装备虽然提出了比较完善的可靠性维修性保障性要求 但在研制和生产过程中没有良好的保证和约束机制来监督可靠性、维修性和保障性的确实落实。这就造成很多我国自行研制的武器装备的总体性能已经能够和国际上先进发达国家的武器装备相媲美 但在实际运用中对比发现 我们的武器装备质量还存在很多问题 造成这些的根本原因就是可靠性、维修性和保障性方面。 4主要研究工作本研究报告研究的是自行火炮抽气装置的可靠性问题 可靠性问题是一个复杂的问题 尤其是机械可靠性问题 而自行火炮抽气装置可靠性的研究又要涉及到火炮内弹道学、火炮动力学、热力学等多门学科 研究的内容十分广泛 研究的难度相当大。本研究报告着重研究自行火炮抽气装置的固有可靠性与使用可靠性 综合运用多门学科 通过建立自行火炮抽气装置的可靠性数学模型 运用MATLAB软件进行了数值计算 对自行火炮抽气装置的固有可靠性进行了分析。在分析研究自行火炮抽气装置的使用可靠性时 主要针对目前自行火炮抽气装置在使用与保养过程中出现的一些难题 提出了通过改进贮气筒的结构、增强或增加自行火炮抽气装置排水能力、完善自行火炮抽气装置的保养保管制度来提高自行火炮抽气装置的使用可靠性。因此本文主要研究内容如下 建立了评估自行火炮抽气装置固有可靠性的数学模型第一章 绪论 对抽气装置的结构参数与其固有可靠性的关系进行了数值分析并提出了抽气装置结构参数的改进方案 对自行火炮抽气装置的使用可靠性进行了分析研究并提出了对抽气装置进行喷涂、对贮气筒的结构进行改进设计、完善抽气装置的保养制度等措施。电子科技大学硕士学位论文 第二章抽气装置固有可靠性分析 自行火炮抽气装置主要有带活门式与不带活门式两种类型。xx式xx型自行榴弹炮抽气装置为带活门式 xx式xx型自行加榴炮的抽气装置和xx式xxx型反坦克炮的抽气装置为不带活门式。 xx式xx型自行榴弹炮的抽气装置位于身管前部 在这段身管上方 前后个各有一个与炮身轴线垂直的进气弹子孔。孔内放有钢珠。在两进气孔之间 沿身管周围等距分布着六个斜形孔 孔内旋有喷嘴。在进气孔和喷嘴外围 套有储气筒 并被闭气环及螺栓等固定 以形成储气室。储气筒下方有排水孔 该抽气装置在充气时活门打开以充分充气 而排气时活门关闭 延长排气时间 适用于中小口径低膛压火炮。 xx式xx型自行加榴炮抽气装置结构第二章 抽气装置固有可靠性分析 xx式xx型自行加榴炮抽气装置的贮气筒套在身管中部其后端顶在身管凸缘上 并用销钉限制其转动 前端由固定螺栓固定。沿身管圆周等距分布12个喷嘴。贮气筒内通过喷嘴与炮膛相通 如图22。该抽气装置适用于大中口径火炮。 xx式xx型反坦克炮抽气装置由贮气筒和身管上的八个气孔组成。储气筒两端有密封圈、用螺帽固定在身管外面。其两端用密封圈密封 构成密闭气室 与身管上的八个气孔相通 如图2 抽气装置的工作过程自行火炮抽气装置的工作过程可分为充气和排气两个工作阶段。 1充气过程如图2 火炮发射时当弹丸运动到弹带越过喷嘴时 由于膛内压力高于贮气筒内压力 充气过程开始 膛内火药气体经喷嘴向贮气筒充气。当弹丸出炮口后 膛内压力迅速下降 膛内气体压力于后效期前期与贮气筒内压力达到平衡 充气过程结束 同时排气过程开始。 电子科技大学硕士学位论文10 2排气过程如图2 排气过程开始后火药气体便从贮气室经喷嘴冲向炮膛 在这股高速气流的后面形成了一个气压较低、气体稀薄的锥体 而炮膛和药筒内的火药气体便被吸引到该锥体内 并喷射到炮口外面去。开闩后 抽气装置继续工作 由于喷嘴高速气流的引射作用 战斗室中气体连续不断地被吸入膛内 连同膛内火药气体一起从炮口排出。 内弹道计算内弹道计算主要是根据给定的一些初始参量 在MATLAB软件的平台上 计算出弹丸在膛内运动时期包括后效期 不同的时间段 步长为10 3s 所对应的膛内压力、温度、密度和弹丸的速度及行程。同时通过特殊点的计算确定膛内的最高压力点、最高温度和炮口速度。 1内弹道零维模型内弹道零维模型 17 是内弹道学中所采用的一种最经典的模型 它是建立在如下假设的基础上的 火药燃烧生成物的成分不变与成分有关的特征量均为常量 认为弹带是瞬时挤进的挤进功不考虑 膛壁热损失忽略不计采用减小火药潜能的办法加以修正

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