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車載炮設計理論和方法 版權信息
- ISBN：9787030740328
- 條形碼：9787030740328 ; 978-7-03-074032-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
車載炮設計理論和方法 內容簡介
本書較系統地講述了車載炮總體設計的理論和方法，其中包括總體設計的基本步驟和方法、總體性能綜合優化設計、火炮的威力與彈道設計、車載炮各分系統設計、射擊精度設計、結構防沖擊波設計、載荷緩沖與分離設計、彈藥供輸機構設計、身管壽命提升理論與方法、信息與控制系統設計、電磁兼容性設計、系統人機環設計、故障診斷與健康管理等。本書是對中大口徑車載炮系統研制成果的總結和凝練，適應了現代火炮全域高機動發展方向的需要。
車載炮設計理論和方法 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景和意義 1
1.2 車載炮的特點 1
1.3 車載炮研制過程中的技術難點 3
1.4 車載炮技術研究概況 5
1.5 車載炮武器系統 12
1.6 本書主要內容 13
第2章 車載炮總體設計 15
2.1 總體設計基本原理 15
2.2 車載炮總體設計流程 17
2.3 車載炮作戰使用流程設計 19
2.4 車載炮設計中的關鍵技術 21
2.5 總體布置設計 28
2.6 初步校核方法 35
2.7 車載炮效能評估 57
2.8 *終總體方案的確定 58
第3章 系統總體性能優化設計 60
3.1 車載炮綜合能力評價指標體系 60
3.2 評估指標權重的確定 62
3.3 ADC 效能模型 64
3.4 模糊評估效能模型 65
3.5 車載炮綜合評估效能 66
3.6 車載炮作戰效能優化 72
3.7 案例分析 73
第4章 彈丸威力與彈道設計 88
4.1 概述 88
4.2 彈丸威力設計 88
4.3 外彈道設計 99
4.4 內彈道設計 114
第5章 車載炮分系統設計 123
5.1 概述 123
5.2 發射系統設計原理 123
5.3 底盤系統設計原理 132
5.4 火控電氣信息系統設計原理 146
第6章 射擊精度設計 161
6.1 基本假定和坐標系及坐標轉換 161
6.2 射擊精度概念 168
6.3 彈丸空中飛行狀態方程 176
6.4 彈丸炮口狀態變量對射擊密集度的影響規律 185
6.5 發射過程彈丸膛內運動狀態 189
6.6 彈丸膛內運動狀態參數概率特性分析 204
6.7 射擊精度設計原理 206
6.8 彈帶塑性變形保形性能一致性設計 210
6.9 射擊準確度修正方法 224
第7章 駕駛室防沖擊載荷結構設計 230
7.1 概述 230
7.2 炮口沖擊波對駕駛室結構的作用機理 231
7.3 地雷爆炸對駕駛室結構的作用機理 245
7.4 槍彈榴彈破片對駕駛室結構的作用機理 251
7.5 駕駛室防護材料體系 258
7.6 駕駛室結構防沖擊波拓撲優化設計 268
7.7 裝甲駕駛室設計 283
第8章 載荷緩沖與分離設計 295
8.1 概述 295
8.2 駐退機和復進機設計 295
8.3 高平機設計 308
8.4 底盤載荷分離設計 322
第9章 彈藥輸送裝置設計 338
9.1 概述 338
9.2 總體設計 339
9.3 結構系統設計 349
9.4 控制系統設計 363
9.5 性能設計與評估 368
第10章 身管壽命提升的理論和方法 387
10.1 概述 387
10.2 身管壽命的影響機制 389
10.3 身管壽命提升方法 397
10.4 身管壽命提升綜合技術 407
第11章 信息與控制系統設計 414
11.1 概述 414
11.2 信息與控制系統綜合化 414
11.3 信息與控制系統理論 418
11.4 信息與控制系統詳細設計 447
第12章 車載炮電磁兼容性設計 470
12.1 電磁兼容概述 470
12.2 車載炮電磁兼容性及要求 470
12.3 車載炮電磁兼容仿真理論與分析 472
12.4 車載炮電磁兼容設計 487
12.5 車載炮電磁兼容性評估 494
第13章 車載炮人機環工程設計 501
13.1 概述 501
13.2 車載炮用戶分析 501
13.3 車載炮任務邏輯 509
13.4 車載炮人機工程設計細則 516
13.5 車載炮人機環境設計 528
13.6 車載炮人機標識設計 535
第14章 車載炮故障診斷與健康管理 539
14.1 概述 539
14.2 故障診斷與健康管理方法 540
14.3 車載炮故障診斷與健康管理系統設計 542
14.4 系統關鍵狀態信息記錄設計 553
14.5 車載炮部件故障診斷實例 555
參考文獻 567
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景和意義 1
1.2 車載炮的特點 1
1.3 車載炮研制過程中的技術難點 3
1.4 車載炮技術研究概況 5
1.5 車載炮武器系統 12
1.6 本書主要內容 13
第2章 車載炮總體設計 15
2.1 總體設計基本原理 15
2.2 車載炮總體設計流程 17
2.3 車載炮作戰使用流程設計 19
2.4 車載炮設計中的關鍵技術 21
2.5 總體布置設計 28
2.6 初步校核方法 35
2.7 車載炮效能評估 57
2.8 *終總體方案的確定 58
第3章 系統總體性能優化設計 60
3.1 車載炮綜合能力評價指標體系 60
3.2 評估指標權重的確定 62
3.3 ADC 效能模型 64
3.4 模糊評估效能模型 65
3.5 車載炮綜合評估效能 66
3.6 車載炮作戰效能優化 72
3.7 案例分析 73
第4章 彈丸威力與彈道設計 88
4.1 概述 88
4.2 彈丸威力設計 88
4.3 外彈道設計 99
4.4 內彈道設計 114
第5章 車載炮分系統設計 123
5.1 概述 123
5.2 發射系統設計原理 123
5.3 底盤系統設計原理 132
5.4 火控電氣信息系統設計原理 146
第6章 射擊精度設計 161
6.1 基本假定和坐標系及坐標轉換 161
6.2 射擊精度概念 168
6.3 彈丸空中飛行狀態方程 176
6.4 彈丸炮口狀態變量對射擊密集度的影響規律 185
6.5 發射過程彈丸膛內運動狀態 189
6.6 彈丸膛內運動狀態參數概率特性分析 204
6.7 射擊精度設計原理 206
6.8 彈帶塑性變形保形性能一致性設計 210
6.9 射擊準確度修正方法 224
第7章 駕駛室防沖擊載荷結構設計 230
7.1 概述 230
7.2 炮口沖擊波對駕駛室結構的作用機理 231
7.3 地雷爆炸對駕駛室結構的作用機理 245
7.4 槍彈榴彈破片對駕駛室結構的作用機理 251
7.5 駕駛室防護材料體系 258
7.6 駕駛室結構防沖擊波拓撲優化設計 268
7.7 裝甲駕駛室設計 283
第8章 載荷緩沖與分離設計 295
8.1 概述 295
8.2 駐退機和復進機設計 295
8.3 高平機設計 308
8.4 底盤載荷分離設計 322
第9章 彈藥輸送裝置設計 338
9.1 概述 338
9.2 總體設計 339
9.3 結構系統設計 349
9.4 控制系統設計 363
9.5 性能設計與評估 368
第10章 身管壽命提升的理論和方法 387
10.1 概述 387
10.2 身管壽命的影響機制 389
10.3 身管壽命提升方法 397
10.4 身管壽命提升綜合技術 407
第11章 信息與控制系統設計 414
11.1 概述 414
11.2 信息與控制系統綜合化 414
11.3 信息與控制系統理論 418
11.4 信息與控制系統詳細設計 447
第12章 車載炮電磁兼容性設計 470
12.1 電磁兼容概述 470
12.2 車載炮電磁兼容性及要求 470
12.3 車載炮電磁兼容仿真理論與分析 472
12.4 車載炮電磁兼容設計 487
12.5 車載炮電磁兼容性評估 494
第13章 車載炮人機環工程設計 501
13.1 概述 501
13.2 車載炮用戶分析 501
13.3 車載炮任務邏輯 509
13.4 車載炮人機工程設計細則 516
13.5 車載炮人機環境設計 528
13.6 車載炮人機標識設計 535
第14章 車載炮故障診斷與健康管理 539
14.1 概述 539
14.2 故障診斷與健康管理方法 540
14.3 車載炮故障診斷與健康管理系統設計 542
14.4 系統關鍵狀態信息記錄設計 553
14.5 車載炮部件故障診斷實例 555
參考文獻 567
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車載炮設計理論和方法 節選
第1章緒論 1.1背景和意義 車載火炮武器（簡稱車載炮）是火炮、彈藥、輪式軍用卡車底盤與信息化系統有機組合而形成的一類輪式自行火炮，在高機動、低成本、大威力、高精度、輕量化、遠程化、高可靠性、人機環等方面具有獨*的優勢。車載炮武器系統是圍繞車載炮有效作戰使用而組成的包括偵察、指揮、通信、打擊（車載炮）、評估、保障等裝備在內的有機集成系統。 車載炮是20世紀90年代迅速發展起來的一類新型火炮武器，與同類火力的履帶/輪式裝甲自行火炮、牽引火炮相比，其戰略機動性、越野機動性、行戰/戰行轉換、快速反應能力、打擊威力、列裝成本、使用維修性能等方面具有非常高的使用效能。通過與信息化的有機融合，發揚高機動性和高偵察水平，可換取車載炮戰場生存能力的不足。采用載荷分離技術，讓發射載荷不經底盤輪橋系統直接傳遞至地面，使車載炮與所采用的底盤具有相同等級的機動性和可靠性。通過控制彈丸發射過程中狀態參數的概率密度演化規律，降低彈丸飛離炮口的擾動，提高了車載炮發射非控彈藥的打擊精度。特別是，車載炮不受彈藥裝填空間限制，能發射長度較長的精確制導彈藥，使其既能對點目標、移動目標進行精確打擊，還能對裝甲目標進行有效打擊，大大提高了火炮的作戰威力，擴大了火炮的使用面。上述車載炮所具有的綜合優勢得到了世界各國，尤其是軍事強國的青睞，使車載炮成為一種現代高機動、信息化、自動化的火炮武器裝備。 為了提高車載炮總體設計水平，提升我國車載炮國際競爭力，實現車載炮在高機動、低成本、大威力、高精度、輕量化、遠程化、高可靠性、人機環等方面的獨*優勢，又好又快地創新我國車載炮工程實踐，為廣大火炮技術從業者提供服務強大國防的能力和手段，本書就是在這樣的背景下，經過7型車載炮的工程實踐和近20年的理論、方法和試驗等方面的凝練和總結，形成了現代車載炮總體設計理論和方法。 1.2車載炮的特點 車載炮具有以下顯著的優點： （1）戰術和戰略機動性好。車載炮行駛平穩，操作方便，平均公路行駛速度在80km/h以上，這一速度遠遠高于履帶式自行炮。車載炮具有良好的戰術機動性，無道路越野的速度在30km/h以上，*大續駛里程在600km以上。今天許多國家的公路網十分發達，非常適宜于車載炮高速機動。另外，車載炮的外形較小、質量輕，能通過各種大型運輸機運送，大大縮短了各戰區間武器運送時間，具有良好的戰略機動性。例如一架C130大型運輸機能運送2門“凱撒”（CAESAR）155毫米車載炮，或1門“凱撒”155毫米車載炮和1輛“凱撒”155毫米彈藥輸送車。 （2）可靠性高、維修性和耐久性好。軍用越野底盤的可靠性高、壽命長，在越野工況條件下，行駛無故障里程在3000km以上。由于車載炮采用越野卡車底盤，部隊使用和戰場維修費用較低，耐久性好。 （3）易實現發射載荷與機動載荷的分離，大大提高系統的可靠性。車載炮用卡車底盤為非承載式底盤，可以通過結構設計使發射載荷不經底盤的車輪結構直接定向自適應傳遞到地面，減少了發射載荷對底盤的作用。 （4）研制周期短、價格便宜和使用成本低。車載炮通常是成熟底盤與制式火炮的合理結合，它的構造比較簡單，一般在2年之內就能完成研制，因此其研制和生產費用較低。車載炮所選用的軍用卡車生產量大，每個零部件的成本較低，使得車載炮的使用維護成本也較低。 （5）噪聲小和乘員舒適性好。由于車載炮采用的是輪式底盤，乘員舒適，且噪聲小，有利于提高和保持乘員的體力，提高戰斗力。 （6）信息化程度高。由于有動力，使車載炮實現信息化成為可能。火控系統能在**時間解算獲得火炮射擊諸元，通過操瞄自動化快速賦予身管射向。車載炮可以采用模塊化設計，對信息化設備實行高、中、低三種配置。高端配置，可以安裝信息化程度高的慣性導航設備，通過輸入或通過衛星獲得車載炮起始運動位置信息，實現車載炮全程定位定向。中端配置，可以安裝數字化方向盤，使火炮進入陣地后通過數字化方向盤與數字化周視鏡進行對瞄，從而確定車載炮的位置和方向信息。低端配置，可以在車載炮上安裝雙衛星定位系統，建立基于衛星的定位定向模型，由軟件通過差分計算，獲得車載炮的位置和方向信息。 車載炮具有以下缺點： （1）防護性能差。車載炮的缺點是沒有炮塔，火炮發射時人員暴露在外，防護性能差。防護主要包括對彈片、槍彈、地雷和路邊炸彈等的防護，以及對人員進行沖擊波的防護。盡管車載炮也可以對駕駛室進行裝甲化加強，但與裝甲自行火炮相比，其防護性能薄弱。經裝甲強化的車載炮駕駛室僅能抗一些低動能的彈片；在陣地發射時，由于人員在駕駛室外操作，不具備對彈片、槍彈等的防護能力。同樣，由于炮手在車上或地面上發射，這些炮手位置沒有設置防炮口沖擊波的封閉空間，因此車載炮對炮手抗沖擊波的防護性能較差。 （2）自動化程度低。由于車載炮結構上的限制，目前除了瑞典的“弓箭手”（ARCHER）155毫米車載炮、捷克的“達納”（DANA）152毫米車載炮和塞爾維亞的B52（NORA）155毫米車載炮具有帶一小炮塔的自動供輸彈系統外，其余的車載炮基本采用人工供彈的半自動輸彈系統，而“弓箭手”為了實現自動化致使其總體設計非常不合理。因此，與具有全自動功能的自行火炮相比，車載炮的自動化程度較低。 隨著科學技術的不斷進步，自動化程度較低的缺點相信能很快被克服，使車載炮成為全自動化的裝備，將炮手從繁重的體力活動中解放出來，提高裝備的作戰效能。同時可增加主動防護系統來提升車載炮的主動防護能力，亦可通過操作流程的智能化實現快打、快撤，提高車載炮裝備在戰場的生存能力。 1.3車載炮研制過程中的技術難點 要發揚車載炮的上述優點，需要有一個優異的車載炮總體設計方案，也需要有支撐實現優異總體設計方案的核心關鍵技術。為此，在車載炮總體方案設計時，需要密切關注以下幾個技術問題。 （1）總體方案構型的選擇。總體方案的構型是指車載炮射擊方向、炮手操炮、射擊功能、射擊性能等與底盤相互關系的總和，構型選擇是能否發揮車載炮性能的關鍵。相對于機動行駛方向，車載炮的射擊方向主要有兩大類，一類與行駛方向相同，另一類與行駛方向相反。**類車載炮的優點是行軍轉換到射擊狀態時，炮手比較習慣于與機動行駛相同的方式進入陣地，無需過多地進行大范圍調炮，行軍戰斗轉換時間短、系統反應速度快，在行軍通過狹窄通道遭遇敵軍需要運用火力時，火力壓制反應迅速，總體結構布置比較合乎人們的習慣。第二類車載炮的優點是總體設計比較簡單，回避了沖擊波作用下駕駛室和結構的強度問題，也能實現零度直射功能。**類車載炮設計的難點是要解決駕駛室和車體結構的抗沖擊波設計、防沖擊波車身重量對前橋載荷的影響、火線高對炮手在地面操炮功能的影響、火炮前向直射功能與結構防護的矛盾等。第二類車載炮的缺點是由于車載炮回轉部分要進行大范圍（180°）調炮，行軍戰斗、戰斗行軍轉換時間較長，雖具有直射功能，但平射彈道高（超過兩米），同時炮手只能站在車體上操炮，致使底盤晃動影響瞄準精度，導致射擊精度，尤其是方向射擊精度的下降，同時還會帶來炮手射擊時無遮擋、安全性差等不利因素。 國內外大量的車載炮工程實踐表明，由于**類車載炮總體結構方案形態能大幅提升車載炮的總體性能，但涉及的核心關鍵技術也*復雜，因此本書將基于**類總體方案來討論車載炮的總體設計。 （2）車炮共用和變拓撲結構的總體設計方法。底盤的行駛功能與火炮的發射功能是兩種完全不同的工況條件。例如，高機動需要系統質量輕，且離地間隙高；高射擊精度需要系統有足夠大的穩定質量，且火線高要低；車炮在功能上存在結構性的矛盾。這就要求在車載炮總體設計階段，根據車載炮的功能要求進行剖析分解。針對功能相融的結構體系，如車炮架結構等，采用車炮結構體系共用、性能優化的設計方法，實現體系的一體化設計，形成功能融合緊湊、性能優越的車載炮總體。針對功能不相融的結構體系，如越野機動性與射擊穩定性等是一對結構性的矛盾，采用變拓撲結構設計，釋放設計自由度，使車載炮在行駛和發射工況下具有不同的構型，實現車炮功能在時間和空間上的解耦設計，化解車炮在原理上出現的結構性矛盾。針對性能時變的結構體系，如輸彈卡膛力和卡膛深度變化等，構建車載炮全壽命運用過程中輸彈、卡膛動力學模型，實現卡膛深度的自適應控制；通過建立彈丸運動狀態時變概率密度演化模型，獲得全壽命周期穩定的射擊精度，形成模型驅動、性能綜合優化的設計方法。通過車炮共用和變拓撲結構的總體設計，變革車載炮“車+炮”的固有總體設計模式，釋放車載炮總體設計的自由度。 （3）基于質量約束的輕質駕駛室抗沖擊載荷設計。駕駛室通過懸置安置在前橋附近的車架大梁上，其質量大小對前橋載荷影響極大，為了提高車載炮的機動性和可靠性，前橋載荷又不能超過其許允載荷。駕駛室受三種沖擊載荷的作用： 一是受彈丸飛離炮口引起的沖擊波場的作用，沖擊波強度與炮口壓力、炮口制退器結構形式、距炮口的位置有關，還與沖擊波與結構的相互作用有關，駕駛室抗沖擊波設計會增加駕駛室的質量；二是防槍彈和榴彈碎片沖擊動量的作用，為了乘員和設備的安全，駕駛室需要進行防彈設計，防彈設計會增加駕駛室的質量；三是防地雷和路邊炸彈的沖擊波作用，同樣為了乘員和設備的安全，駕駛室底部也需要進行防沖擊波設計，這種設計同樣會增加駕駛室的質量。滿足沖擊載荷作用下駕駛室結構的剛強度設計需要增加質量，滿足前橋*大允許極限載荷設計需要減少質量，完成相互矛盾工況條件下的設計目標是車載炮總體設計的技術難題。 （4）發射與行駛工況底盤載荷分離設計。軍用卡車的輪橋承載在4噸/5噸/6.5噸級，而155毫米車載火炮的發射緩沖載荷在50噸級，遠遠超出6×6、8×8底盤的承載能力。履帶/輪式裝甲自行火炮的發射載荷直接通過其輪橋系統傳遞到地面，車載炮若亦采用此類設計模式，必然會導致底盤輪橋結構可靠性下降。若車載炮滿足底盤承載設計要求，則其越野機動性是有保障的；若發射載荷不經輪橋系統傳遞，則底盤的越野可靠性也是有保障的。為此需要發展一種將發射與行駛兩種工況下底盤輪橋系統免發射載荷作用的分離結構設計方法，在車載炮發射載荷傳遞到一體化車炮架時，通過旁路增加與任意地面工況自適應、可協調、直接傳遞地面上的液壓載荷傳遞機構，確保發射載荷不影響車載炮的機動性和可靠性，從而實現系統整體與底盤分系統具有相同量級的機動性和可靠性。為了提高射擊穩定性和行駛機動性，需要采用可升降、可閉鎖的液壓油氣懸架設計，實現底盤高度的可升降；發射時將油氣懸架置于低位、降低火力線高度，閉鎖油氣懸架，使系統簧下質量成為穩定質量，實現對射擊穩定性、炮身角運動、射擊前后系統姿態變位等的有效控制；機動和機動遇障時分別將油氣懸架置于中位和高位，提高底盤離地間隙，實現越野的高機動性能。 （5）高射擊穩定性和高射擊精度的體系化設計。高機動車載炮需要系統重量輕，這與系統高射擊穩定性和高射擊精度是一對矛盾的設計目標。為此，首先需要創新火炮高射擊精度設計方法，構建火炮發射從膛內到空中飛行全過程彈丸狀態參數概率密度演化方程，建立彈丸狀態參數在物理空間和概率空間之間的映射模型，結合外彈道理論辨識影響射擊精度的彈丸炮口狀態參數和本征參數，并獲得滿足射擊密集度要求的參數誤差（單因素和綜合因素）的包絡空間；基于彈炮耦合動力學方程，辨識影響彈丸炮口狀態參數的火炮關鍵參數（包括彈丸初始狀態參數），基于概率密度演化方程優化得到火炮關鍵參數名義值和誤差包絡空間，為火炮的高射擊精度設計提供技術路徑。其次需要創新控制彈丸膛內運動一致性的設計方法，通過采用高剛度、自協調、緊湊型輸彈機來控制彈丸膛內運動初始條件的一致性，實現彈丸卡膛狀態的一致性；為了控制彈帶塑性大變形后出現翻邊影響彈丸飛行空氣動力特性，需要揭示輸彈機安裝位置對彈帶塑性翻邊的影響規律，探尋控制彈帶保形一致性的輸彈機安裝位置的有效區間；為了控制彈丸前定心部與身管內膛間由于彈丸章動引起的碰撞，需要構建相應的實驗驗證系統，提
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