炮控性能参数测试系统设计【1张CAD图纸】

炮控性能参数测试系统设计

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摘  要

　　　为全面提高我国装甲车辆（或类似系统）炮控系统定型试验的效率和水平，甲方提出了研制新型炮控性能参数测试系统的要求。乙方依据甲方提出的具体技术要求并依托GJB 2977A-2006《火炮静态检测方法》和GJB 6361-2008《装甲车辆炮控系统定型试验规程》，完成了“炮控性能参数测试系统”的设计方案。

　　　炮控性能参数测试系统是典型的机电一体化非标测试系统。系统由施力系统、测角系统和控制系统构成，能严格按照相应国军标中的规定完成所有炮控性能参数的测试。系统自动化程度较高，测试精度较高。

　　　本文是以炮控性能参数测试系统为研究对象展开工作的，主要是对施力的结构进行设计计算，论述了炮控性能参数测试系统的研制依据、系统组成、工作原理、施力结构、精度分析、关键元件的说明等。分析了整体结构对工作稳定性的影响。本文也有重点的介绍了各组成部分的功能﹑特点，包括直线电机、力传感器、光纤陀螺等。　　

关键词： 光纤陀螺 ；直线电机 ；激光测距仪 ；力传感器

Abstract

　　　In order to improve?our?armored vehicle?(or similar)?gun control?efficiency and?level of the system?test,?the?control?performance parameter test systemdevelopment of a new type of?gun?party.?Party A Party B pursuant to?the specific?technical requirements?and relying on?GJB?2977A-2006?"artillery static?detection method"?and GJB?6361-2008?"armored vehicle?gun control system?test?procedures",?to complete the design?of the?"gun controlperformance parameter test?system".

　　　Gun control?test system of performance parameters?are typical electromechanical?non-standard?test system.?The system?is composed offorce system,?measuring?system and control system,?strictly by?national military standards?photographic?should?complete all?gun control?performance parameter testing.?A higher degree of automation system,?high testing precision.

　　　According to the practical work?of key components of?gun control?test system of performance parameters of?needs,?from the structure?of key parts of?the whole of the?gun control?test system of performance parameters?and?drive select?two parts,?introduces the design?principle?and the structure?of some of the measures taken,?through several?different?schemes,?further illustrates the?performance,?characteristics of the key?components?of gun control?test system of performance parameters.

　　　This paper?is based on the?gun control?test system of performance parameters of?work?as the research object,?mainly on the?structure?force?are designed and calculated,?discusses?the development basis?of gun control,system?performance parameter testing?system composition,?working principle,?structure,?precision analysis,?etc.?Shi Li.?Analysis of the?overall structure of the?working stability.?This paper?also?introduces the focusfunction,?the components of the system,?including the?linear motor,?force sensor,?fiber optic?gyro.

Key word：　optical fibre gyro ; linear motion actuator;

            Laser?range finder ; force sensor

目录

摘  要I

AbstractII

第1章  绪论1

　　　1.1  课题背景1

　　　1.2  炮控系统及其性能参数测试技术国内外研究现状1

　　　　　1.2.1基本系统1

　　　　　1.2.2第二代系统2

　　　　　1.2.3指挥仪型系统3

　　　　　1.2.4炮控系统相关技术研究现状3

　　　　　1.2.5炮控系统性能参数测试技术国内研究现状4

第2章  设计方案6

　　　2.1  系统组成6

　　　2.2  工作原理6

　　　2.3  机械台体6

　　　　　2.3.1总体结构6

　　　　　2.3.2机械台体的工作原理7

　　　　　2.3.2结构有限元分析8

　　　　　2.3.4定位8

第3章  施力系统10

　　　3.1  施力系统结构10

　　　3.2  施力系统有限元分析10

　　　3.3  施力补偿原理13

　　　3.4  力传感器14

　　　3.5  直线电机15

　　　3.6  精度分析17

第4章  测角系统21

　　　4.1  测角系统组成与原理21

　　　4.2  测角系统关键元件23

　　　4.3  地球自转补偿24

　　　4.4  测角系统精度26

　　　4.5  施力机构精确对中工作流程27

结论28

致谢29

参考文献30

第1章  绪论

1.1  课题背景

   坦克自1915年问世以来己经有90多年的历史。几十年间，坦克的发展在技术上经历了三次更新换代，截至现在，主战坦克己经发展到第四代。全世界108个国家和地区共装备约16万多辆主战坦克。由于坦克具有火力强、机动灵活和防护性好等特点，自第一次世界大战末期一出现，便成为陆战之王。

　　　坦克装甲车辆在战场上的作战性能，常被描述为“先敌开火，首发命中”，这其中包含了两方面的含义:一是系统反应的快速性;二是首发弹的射击精度。其中影响射击精度的主要因素有三项，称为命中目标三要素，即瞄准精确、解算正确、控制准确，其中控制准确就是对炮控系统性能的具体要求。

1.2  炮控系统及其性能参数测试技术国内外研究现状

　　　提高坦克战地机动性，即提高坦克在行进间射击能力，而不是坦克只能在静止时射击目标。这种需求还要求火炮控制系统使车体行进对坦克主要武器装备的影响减至最小，特别是使车体行进时对命中目标的能力的影响减到最小。期望达到这个目标的基本系统早在上个世纪30年代就设计出来了。自从基本系统采用以来，它们己大为改进，并且在大多数的情况下继续被采用。其间经历了基本系统、第二代系统以及指挥仪型系统。

1.2.1  基本系统

为使坦克能在行进间射击而设计的基本系统，包括使用两个闭环伺服系统，一个是控制火炮的高低轴，另一个是控制炮塔的旋转轴。每个闭环系统加装一个陀螺仪，分别检测火炮高低和方位运动的角速度。陀螺仪检测到的速度与炮手控制的速度之间的差值，使高低和方位伺服电机按相反的方向转

第2章  设计方案

2.1  系统组成

　　　炮控性能参数测试系统由机械台体、施力系统、测角系统、控制系统构成。其中测角系统包括常温测角系统和环境试验测角系统。

2.2  工作原理

　　　施力平台具有三个平动自由度，三组直线运动单元可以同步驱动施力平台沿XYZ方向平动，便于对中炮口的施力卡箍。当施力平台就位后，三个平动自由度锁定，安装在其上的四个正交布置的直线施力机构在控制器的驱动下完成施力。如果需要进行角度、角速度、角加速度测量，则安装在身管尾部的光纤陀螺测角系统将同时工作。测角系统具有宽温工作范围，可以在环境实验室中工作。

2.3  机械台体

2.3.1  总体结构

　　　如图2－1所示，机械台体由底座、脚轮、支撑、XY平台、Z向运动单元、施力平台、施力框架、直线电机单元和外罩等附件构成。台体重量约700Kg，重心位置在底座上面约120mm处。

　　　台体的结构具有以下特点：

　　　1）整个台体呈现闭式框架结构以利于提高刚度；

　　　2）XYZ运动部分具有辅助框架结构以提高刚度；

　　　3）台体的XYZ运动部分以及加载系统尽可能采用铝合金材料以减轻重量；

　　　4）台体底座采用钢板焊接结构，在密度上和其上的运动框架有很大差别，利于降低台体重心，提高台体在移动、支撑和加载时的稳定性；

　　　5）控制系统硬件部分集成在台体底座内，人机界面部分和底座固连，保证了整个台体对外只有一条电源线，便于台体移动；

2.3.2  机械台体的工作原理

　　　通过后面的推手或前面的拉手可以人工将机械台体移动到测试初步位置，炮管中心与环形运动导轨中心完成粗定位。然后进行微调：通过施力系统中的激光测距仪，测出炮管卡箍到施力框架的相位点距离，反馈给XYZ平移系统进行自动对中，使炮管卡箍处于施力框架的中心位置。然后通过XYZ平移系统进一步精确定位，使炮管中心与环形运动导轨中心近似重合，满足测试要求。自动定位过程如2-1：　　　简化、圆角和倒角特征的简化等等，这些简化能显著提高分析效率并且对分析结果影响不大。

　　　XYZ平动单元、直线电机导轨、框架、导轨等材质为铝合金，其余部分材质为钢，材料属性如表2-1所示。

表2-1 用于有限元分析的材料属性

材料密度（kg/m3）弹性模量（GPa）泊松比

钢79002000.27

铝合金2800700.3

　　　机械台体的1～6阶模态分析，模态分析的综合结果如表2－2所示。

表2-2 炮控性能参数测试系统机械台体模态分析列表

阶次数值（Hz）变形方向

112.62台体沿X方向变形

213.48台体沿Y方向变形

321.41台体绕Z轴扭曲变形

425.22　　　Z支架绕Z轴扭曲变形，底座略微变形

531.56Z支架沿Y方向变形

639.04台体绕Z轴扭曲变形

　　　机械台体的整体有限元分析结果表明：台体具备各向较均匀的刚度分配，底座具备足够的刚度，最低模态高于加载控制频带一个数量级，可以很好地提供加载所需的支撑环境。　　　本文主要介绍了系统的组成、工作原理及主要性能，重点讲述了施力系统结构和测角系统结构。依据国家军用标准对炮控系统设计定型试验的要求，我在本文中提出：在力学方向利用直线电机和力传感器配合可以提高精度，而且是现在科技水平所能达到的最高精度。直线电机可以实现高定位精度和力传感器分两档，一档位的最低档到最高档是20倍、二档位的最低档到最高档是10倍均是力传感器的最优配比，完全满足设计要求，更为总结构留出了余量

　　　在测角方向利用光纤陀螺进行炮控系统性能参数测试的新方法。通过建立光纤陀螺在地理坐标系下的物理和数学模型，从理论上分析计算了地球自转因素对光纤陀螺测量角速度参数的影响;分析计算了坦克座圈倾斜度及陀螺安装偏差角因素对测角精度的影响和积分时间因素对角位移测量精度的影响;以某型坦克为被试对象、以炮控性能参数测试系统为数据采集平台，对炮控性能参数测试精度及影响因素进行试验研究，通过试验研究验证了理论分析的正确性、误差补偿方法的有效性。

　　　炮控性能参数测试系统的关键部件的结构设计，整体结构在有限元分析过程中，得出了我的设计方案在施力系统结构、测角系统结构等都有充分的余量。在进行精度分析过程中，整体都符合设计要求。说明了此次设计的正确性。通过本次课题设计使我更好的掌握设计的基本知识，让我学到了产品设计的合理过程，在今后的学习和工作中打下了良好的基础。

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