火炮动力学文献综述和参考文献
火炮自动机构件繁多且结构复杂多样，彼此之间运动关系各种各样，各构件间还存在着摩擦和碰撞，所以对自动机进行动力学研究是十分困难的。因自动机机构中各构件的摩擦不确定,传统火炮动力学以达朗伯原理和虚位移原理为基础采用了相当质量、传速比和传动效率等概念来对火炮自动机构进行分析,其中传动效率的引入简化了摩擦因素,大大简化了机构的求解。第二类拉格朗日方程是从物体的动能和势能的角度出发,建立方程时需要对动能求偏导,这将花费大量的时间,并且计算广义力时也不容易,而且在最后得到动力学方程中,角速度又和广义坐标耦合在一起,这对方程的求解是比较困难的,尤其是构件较多时计算更为复杂。美国著名学者凯恩提出的凯恩方法应用于多刚体动力学,他提出了广义主动力 和广义惯性力 的概念,并得出了著名的凯恩方程 ,但凯恩方程运用是否得当,在于准速度的选择。如果准速度选择得当,则建立动力学方程简便,否则方程会很复杂,要运用凯恩方程时,还必须对偏速度和偏角速度有很好的理解和把握。人们在对火炮自动机构的运动研究时针对不同的机构采用不同的方法,有人采用Kane一Huston方法建立了连续射击冲击激励作用下自行火炮的多刚体动力学模型,并提出了约束矩阵的概念。国内也有许多用拉格朗日方法建立火炮动力学模型,但更多的是运用火炮动力学方法建立模型。现在更为先进的火炮动力学已将柔性理论引入,形成了刚柔耦合的多体动力学。论文网
先进的设计方法会大大提高火炮的研制水平[2]。计算机仿真技术的出现不仅方便了火炮设计更提高了火炮的性能。利用虚拟样机技术建立的虚拟样机模型包含了火炮全寿命周期信息，主要包括物理样机的几何信息、材料信息和供仿真分析的数学模型信息，这种模型实际上是一种设计—分析一体化的模型，可分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供依据，实现火炮设计的优化，最大限度地降低研制成本。如美国在研制膨胀波火炮时，采用的技术方案是：
1)建模、仿真与虚拟样机技术。
2)设计。
3)物理样机研制。
4)性能试验。
5)向陆、海、空和两栖武器领域推广应用。
在第一个阶段，他们开展了反后坐装置、炮口制退器、冲击波、热传导等过程建模，后喷气流热传导建模和结构振动分析，烧蚀建模、冲击波场建模等。经过多年深入的仿真计算研究，得到了大量的实验数据。根据这些仿真实验数据，他们很好地进行了膨胀波火炮物理样机的研制，并取得了突破性的进展，震撼了整个武器界，引起各国军方的广泛关注。
除了膨胀波火炮，美国在执行“未来战斗系统”发展规划中的间瞄火炮研制时，同样采用了这种设计方法，即建模与仿真，火炮全系统用三文CAD软件建模，广泛采用现代分析方法，包括有限元结构分析，有限元动态响应分析，流场动力学分析以优化炮口制退器结构。然后，完成系统设计，物理样炮研制、试验验证 。
美国国家防务工业协会Steven D．Liss，P．E．等人通过总结过去工作经验，在他们发表了题为“建模和仿真是火炮研制的一种工具”的文章中指出建模与仿真在火炮设计中的地位和作用。建模仿真与部件设计的关系是，首先建立仿真模型，然后对火炮进行动力学分析、内弹道分析、终点弹道分析，最后完成部件设计。采用PRO—E软件完成建模，采用ANSYS软件、ABAQUS软件等进行动力学分析。在未来战斗系统研制中，流体动力学仿真明显减少了物理样机制造成本和试验成本。用ADAMS软件对火炮和弹药进行建模分析，使武器系统研制在较短的时期内就达到了成熟的程度。采用软件分析方法，得到了射击条件下身管内膛阴线和阳线结构的应力大小和分布，而任何类型的实验方法都无法得到这样的应力结果。采用软件分析可以完成可靠性预测，美国海军在进行M61A1火炮射击时，出现卡弹而停射现象，要求尽快查明原因。课题研究小组通过应用ADAMS分析软件，查明了卡弹的原因，修改了弹丸导引块和排壳齿轮后，问题得到了解决。分析结果和试验结果表明，ADMAS动力学分析软件是分析卡弹原因的有用工具，能明显减少解决复杂问题的时间，对未来火炮研制和试验很有帮助。
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