武器装备轻量化结构正向设计方法及应用

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作者 王普毅 范天峰 +3 位作者 张太平 汪立国 周加永 刘丹 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期150-158,共9页

为满足武器装备轻量化的迫切需求,提升装备结构优化设计水平,提出了一种代理模型辅助多目标优化的结构正向设计方法。按照从概念设计到参数优化设计的流程,通过优化信息交互和代理模型重构来实现结构多目标优化设计。以轻型车载高炮弹... 为满足武器装备轻量化的迫切需求,提升装备结构优化设计水平,提出了一种代理模型辅助多目标优化的结构正向设计方法。按照从概念设计到参数优化设计的流程,通过优化信息交互和代理模型重构来实现结构多目标优化设计。以轻型车载高炮弹箱架优化设计为例,首先,根据拓扑优化获得的最佳传力路径,建立几何模型和有限元分析模型。其次,通过灵敏度分析缩减设计变量,建立以一阶模态频率和结构强度为约束、最小化质量和最大化刚度为目标的优化模型。然后,使用差分进化算法求解基于Kriging模型的多目标优化问题;在优化过程中,通过比较中间优化结果调整优化模型,并采用基于期望改进的填充样本策略重构代理模型。最后,兼顾结构轻量化和安全,筛选44组优化解中的3组优势方案与初始设计进行比较,结果显示:在满足弹箱架结构性能的前提下,重量分别可减轻31.2%、24.7%和21.8%;所提结构正向设计方法能够明显提升轻量化效果,也可为相关结构优化设计提供参考。 展开更多

关键词 车载防空武器 结构优化 正向设计 轻量化 多目标优化

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自行防空武器校轴装备构型与力学分析

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作者 孟凡哲 范天峰 +2 位作者 田亚锋 黄诚 李银河 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期184-190,共7页

校轴装备用于检验防空武器轴系间距尺寸与理论设计尺寸的一致性,其性能对防空武器的火力打击精度影响巨大。某自行防空武器具有轴系繁多、轴系间距尺寸大的特点,现有装备无法满足其校轴需求,故结合主支板配置、连接结构方式等提出了一... 校轴装备用于检验防空武器轴系间距尺寸与理论设计尺寸的一致性,其性能对防空武器的火力打击精度影响巨大。某自行防空武器具有轴系繁多、轴系间距尺寸大的特点,现有装备无法满足其校轴需求,故结合主支板配置、连接结构方式等提出了一种新型校轴装备构型。对该校轴装备建立系统整体有限元计算模型,基于真实使用场景下的受力条件对其依次开展静力学、屈曲及振动模态仿真分析,获得了校轴装备的力学与外激励响应特征。新型校轴装备在使用条件下具有良好的刚强度特性,装备构型稳定性能好,能避免运输环境下的振动损伤,满足校轴指标要求,对校轴装备的构型设计与力学分析具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 自行防空武器 校轴装备 构型 有限元 力学分析

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某高射速自动炮多体瞬态传热及应力研究

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作者 吴映锋 马佳佳 +3 位作者 黑玉明 范天峰 吴冲华 何子轩 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2024年第3期93-97,共5页

为提高拦截概率,提高发射速率是高炮武器系统的重点发展方向之一,以期单位时间内发射较多的弹丸至目标区域。然而,高射速发射造成的热效应反过来又会影响火炮自动机中多体关键件的工作效率,最终影响火炮射击安全性。为提高高射速自动机... 为提高拦截概率,提高发射速率是高炮武器系统的重点发展方向之一,以期单位时间内发射较多的弹丸至目标区域。然而,高射速发射造成的热效应反过来又会影响火炮自动机中多体关键件的工作效率,最终影响火炮射击安全性。为提高高射速自动机射击速率和射击安全性,解决影响其关键件寿命的热效应问题,需对高射速自动炮自动机多体关键件瞬态传热及应力变化进行研究。以某转膛型高射速自动炮为研究对象,采用瞬态传热学理论,建立了自动机关键件传热模型,采用有限元分析软件ANSYS Workbench进行了多体瞬态传热及应力变化仿真研究,仿真结果表明:随着射击频次的增加,关键件形变、温度急剧增加,最终会引起多体部件运动干涉影响射击安全性。仿真结果能够为自动机的设计、使用和维护保养提供理论支撑。 展开更多

关键词 传热学 高射速 自动炮 多体关键件 转膛体

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基于改进型前馈控制的轻型高炮随动控制策略研究

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作者 王保华 范天峰 +1 位作者 荀盼盼 李赛楠 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2023年第2期33-38,共6页

针对轻型高炮连续射击过程中车体姿态快速变化造成的随动控制精度降低的问题,提出一种基于改进型前馈控制的轻型高炮随动系统控制策略。该策略基于传统的火炮前馈控制模型,利用ARMA模型对前馈补偿量进行预测,提前给定随动位置指令,加快... 针对轻型高炮连续射击过程中车体姿态快速变化造成的随动控制精度降低的问题,提出一种基于改进型前馈控制的轻型高炮随动系统控制策略。该策略基于传统的火炮前馈控制模型,利用ARMA模型对前馈补偿量进行预测,提前给定随动位置指令,加快响应速度,补偿由于时滞和车体姿态快速变化等因素造成的前馈控制效果不足,提高控制精度。仿真和试验结果表明,在不增加传感器的前提下,基于改进型前馈控制的火炮随动系统控制策略能够实现随动控制的快速稳定补偿,满足轻型高炮连发射击的精度要求。 展开更多

关键词 兵器科学与技术 轻型高炮 随动控制策略 改进型前馈控制

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一种迫弹自动装填的新型结构技术研究 被引量：2

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作者 范天峰 崔青春 +1 位作者 田亚锋 刘忠喜 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2014年第3期54-57,共4页

针对中大口径迫击炮后装填发射时,弹药在膛内前窜的问题,通过研究膛内闭气与定位机理,并且以此为基础采用理论计算、试验验证的方法,研发了一种迫弹后装填的闭气与定位技术,该技术实现了迫击炮的任意角后装填和射击,赋予了迫击炮直瞄射... 针对中大口径迫击炮后装填发射时,弹药在膛内前窜的问题,通过研究膛内闭气与定位机理,并且以此为基础采用理论计算、试验验证的方法,研发了一种迫弹后装填的闭气与定位技术,该技术实现了迫击炮的任意角后装填和射击,赋予了迫击炮直瞄射击的新功能,同时为实现大口径迫击炮高速发射、自动装填等奠定了技术基础。 展开更多

关键词 机械设计 迫弹 后装填 闭气 定位

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分形特征表面接触磨损模拟 被引量：10

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作者 宿月文 陈渭 +2 位作者 朱爱斌 范天峰 郭彩霞 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期52-56,共5页

为实现粗糙表面微观接触磨损的精确预测,根据分形理论对传统的只考虑弹性-塑性两状态的二维分形接触模型进行了修正,并构建了包含弹性-弹塑性-塑性完全状态的三维粗糙表面分形接触模型。通过去除塑性接触微凸体在截断平面作用下形成的... 为实现粗糙表面微观接触磨损的精确预测,根据分形理论对传统的只考虑弹性-塑性两状态的二维分形接触模型进行了修正,并构建了包含弹性-弹塑性-塑性完全状态的三维粗糙表面分形接触模型。通过去除塑性接触微凸体在截断平面作用下形成的球台方法来模拟微观磨损,磨损系数由被去除的球台体积与总接触微凸体体积之比来表征,采用数值仿真分析了磨损系数与分形参数、载荷和材料等因素间的依赖关系。计算结果表明,磨损系数随表面粗糙程度的增大而增大,随接触载荷的增大而减小并趋于相对稳定。接触副材料属性决定了微凸体临界接触面积,进而影响了磨损系数。该模型给出了微观磨损机理的数学描述,为界面接触磨损研究提供了新思路。 展开更多

关键词 分形表面 接触 磨损 模拟

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C形一体电枢的结构设计及接触压力分析 被引量：6

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作者 范薇 苏子舟 +3 位作者 范天峰 张涛 张洪海 刘勇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1969-1976,共8页

轨道起始段良好的电接触性能是确保轨道炮正常发射的必要条件。为增强起始段枢轨电接触性能,从枢轨接触面和接触压力两方面对C形一体电枢结构进行优化设计。利用高频涡流仿真方法计算分析接触面对电枢电磁特性的影响,获得电枢电流密度... 轨道起始段良好的电接触性能是确保轨道炮正常发射的必要条件。为增强起始段枢轨电接触性能,从枢轨接触面和接触压力两方面对C形一体电枢结构进行优化设计。利用高频涡流仿真方法计算分析接触面对电枢电磁特性的影响,获得电枢电流密度以及电磁受力曲线,通过对比分析获得最优枢轨接触面大小与位置。为避免电枢在起始运动中出现接触失效问题,对传统接触压力设计方法“安克法则(1g/1A)”进行修正优化,形成“安克法则”瞬态应用方法,有效地模拟接触压力瞬态变化特性。应用该方法计算不同接触面的枢轨接触压力,获得的接触压力曲线均在某临界直线如“1g/1A”曲线之上,结果表明枢轨接触良好。基于“安克法则”瞬态应用方法设计的电枢在最优接触面下进行5发试验,实现了较好的起始段电接触性能。以上结论可供未来电枢设计时参考。 展开更多

关键词 电磁轨道炮 C形电枢 枢轨接触面 电枢结构 接触压力 数值计算 发射试验

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某高炮炮塔轻量化设计研究 被引量：3

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作者 田亚锋 范天峰 +3 位作者 张太平 薛庆阳 宁变芳 王华亭 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2019年第2期82-87,共6页

依据试验样机炮塔本体仿真计算结果,分析炮塔本体加强筋承载形式,通过调整加强筋的截面形状及几何尺寸、在同载荷同约束下,采用改进-评估-再改进的优化策略,基于ANSYSworkbench仿真平台,计算加强筋在竖直方向的刚强度,设计出满足刚强度... 依据试验样机炮塔本体仿真计算结果,分析炮塔本体加强筋承载形式,通过调整加强筋的截面形状及几何尺寸、在同载荷同约束下,采用改进-评估-再改进的优化策略,基于ANSYSworkbench仿真平台,计算加强筋在竖直方向的刚强度,设计出满足刚强度要求、且质量最小的加强筋截面方案。采用改进后的加强筋截面形状,对改进后的炮塔本体进行仿真计算,通过与样机方案刚强度计算结果对比分析,完成了炮塔本体的轻量化设计。 展开更多

关键词 炮塔本体 静刚度 优化设计 轻量化设计

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面向士兵体力增强的单兵助力机器人设计 被引量：2

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作者 周加永 胡浩 +2 位作者 范天峰 王保华 冯博琳 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2022年第4期96-103,共8页

为了解决士兵负重携行时体力消耗过大,易于出现骨骼肌肉损伤的问题,设计了一款士兵体力增强的无动力助力机器人,可实现士兵负重能力与持续作战能力的提升。结合人体运动负重原理,采用相容性的机构设计、变刚度的柔性仿生脊柱设计、四边... 为了解决士兵负重携行时体力消耗过大,易于出现骨骼肌肉损伤的问题,设计了一款士兵体力增强的无动力助力机器人,可实现士兵负重能力与持续作战能力的提升。结合人体运动负重原理,采用相容性的机构设计、变刚度的柔性仿生脊柱设计、四边形铰链式结构的自适应膝关节设计等关键技术,对单兵助力机器人采用了拟人化结构设计,确保了与士兵的有效融合,能够协助士兵在战场上负载装备而不影响其战术动作;利用ANSYS软件对其关键零/部件进行强度分析,以验证整体结构设计的稳定性和正确性,仿真结果表明,单兵助力机器人安全可靠,能够有效协助士兵携行负重。对单兵助力机器人的应用前景进行了分析,对士兵体力增强的研究具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 体力增强 单兵 无动力 助力机器人 仿生设计

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基于激波机理的抗式消声器设计与试验研究 被引量：1

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作者 田亚锋 范天峰 +3 位作者 孙耀东 檀虎 寇钰 樊赫 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2020年第2期77-81,共5页

以激波消声机理为理论基础,采用试验研究与仿真分析相结合的手段,进行了高炮用炮口消声器的设计与研究;采用多腔室消声碗结构,使火药燃气在消声器中产生激波而损失能量,达到降低炮口压力,实现降低炮口噪声的目的。通过仿真分析、试验验... 以激波消声机理为理论基础,采用试验研究与仿真分析相结合的手段,进行了高炮用炮口消声器的设计与研究;采用多腔室消声碗结构,使火药燃气在消声器中产生激波而损失能量,达到降低炮口压力,实现降低炮口噪声的目的。通过仿真分析、试验验证,结果表明安装消声器(内径为Φ50 mm光孔)后,在436 m处,火炮噪声比光膛口时降低了18.34 dB,对高炮安装炮口消声器的研究具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 激波机理 多腔 抗式消声器 数值仿真

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双向Buck/Boost变换器在自行系统上的应用研究

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作者 刘文逸 范天峰 +1 位作者 张艳利 付小强 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2019年第3期34-38,共5页

针对自行高炮行进间因底盘发动机转速波动导致电源系统发电机输出无法满足炮车用电需求的问题,提出了一种电源功率补偿系统,设计了一种适合于该功率补偿系统的双向Buck/Boost变换器,分析了该变换器在自行高炮不同工作状态下的工作模式,... 针对自行高炮行进间因底盘发动机转速波动导致电源系统发电机输出无法满足炮车用电需求的问题,提出了一种电源功率补偿系统,设计了一种适合于该功率补偿系统的双向Buck/Boost变换器,分析了该变换器在自行高炮不同工作状态下的工作模式,建立了相应模式下的小信号动态模型和在相应工作模式下的控制框图。结合工程实际需要,研制了实验样机,实验结果表明:设计的双向Buck/Boost变换器在自行高炮行进间两种不同工作模式下或者不同工作模式之间切换的过程中,系统响应时间较快,电压和电流超调量较小,能够满足自行高炮电源功率补偿系统的应用要求。 展开更多

关键词 双向Buck/Boost变换器 自行高炮 动态模型 功率补偿系统

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某自行高炮动力学分析 被引量：2

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作者 范天峰 李魁武 王宝元 《火炮发射与控制学报》 北大核心 2005年第3期11-14,共4页

结合某自行高炮的工程实践,对自行高炮的射击过程进行了动力学分析与研究。把自动机与全炮动态耦合为一体,尝试建立了新的力学模型;同时考虑身管弹性变形,建立了火炮发射时的多刚体动力学模型。运用 Kane-Huston 方法推导了高炮射击时... 结合某自行高炮的工程实践,对自行高炮的射击过程进行了动力学分析与研究。把自动机与全炮动态耦合为一体,尝试建立了新的力学模型;同时考虑身管弹性变形,建立了火炮发射时的多刚体动力学模型。运用 Kane-Huston 方法推导了高炮射击时的运动微分方程组,对高炮模型进行了动力学仿真计算与分析,获得了全炮的动态响应。 展开更多

关键词 固体力学 自行高炮 动态耦合 动力学模型

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歌舞娱乐放映游艺场所防排烟设计探讨

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作者 范天峰 朱利伟 《科技信息》 2012年第27期377-377,422,共2页

说明歌舞娱乐场所设置防排烟设施的必要性,探讨该类场所防烟与排烟方式的选择,防排烟设置部位,机械排烟量计算等,并指出机械排烟系统与通风系统相结合的可行性。

关键词 歌舞娱乐放映游艺场所 通风防排烟

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