火炮磁流变阻尼器试验分析与动态模型

　　磁流变阻尼器( Magneto-rheological damper，MRD)因为具有阻尼力可调、响应快速，输出阻力大等优点，目前正广泛应用于建筑、桥梁、车辆和机械等领域［1 －3］。武器系统的反后坐装置及后坐运动规律影响武器的射击精度和毁伤率，把磁流变减振技术应用于武器系统的反后坐装置以减小振动，是具有应用价值的研究方向。目前，国内外已经开始研究将 MRD 应用武器系统的减振，如 Ahmadian 等人研究的磁流变阻尼器应用在中到大口径的枪械系统，研制了用于控制 50口径步枪后坐规律的磁流变阻尼器，研究结果表明，使用磁流变液进行后坐主动控制可减小后坐质量、减小后坐力、提高射击精度和系统稳定性［4］; 南京理工大学设计了用于冲击试验台架的长行程磁流变阻尼器，并通过台架模拟试验的方法分析了磁流变阻尼器的动态特性［5 －6］。

　　相对于传统的反后坐装置，磁流变反后坐装置的最大的优点是可以实现半主动控制，而半主动控制的效果很大程度上依赖于 MRD 动力学模型的优劣。由于 MRD 的动力学性能受到外加磁场、所受载荷的特点等因素的影响，呈现出强非线性，目前还没有一致公认的磁流变阻尼器的力学模型。国内外学者研究较多的磁流变阻尼器模型主要有 Bingham 模型以及考虑剪切稀化的 Herschel-Bulkey 模型，Bouc-Wen 及其现象模型，修正的 Dahl 模型以及 Sigmoid 模型［7 －8］等。而这些模型绝大多数都是应用在低速载荷条件下，火炮的后坐过程在高速高冲击条件下因其载荷与低速条件差别很大，其动力学模型也不同。本文以试验分析为基础建立火炮磁流变阻尼器的动力学模型。设计了火炮磁流变阻尼器及其试验装置，并进行了性能测试，验证了该阻尼器在火炮反后坐系统中应用的可行性。提出了火炮磁流变阻尼器的多项式模型，并应用非线性最小二乘法进行了参数识别，在不同控制电流下对比了计算结果和实测结果。结果表明，该模型形式简洁，精度较高，能较好的反映反后坐过程的阻尼力特性，并且易于求解逆模型，有利于实时控制的实现。

　　1 磁流变阻尼器反后坐试验分析

　　1. 1 磁流变阻尼器反后坐试验装置

　　反后坐装置试验台由某型号火炮改造设计而成，如图 1 所示，由固定炮架( 包含导轨) 、炮身、后坐配重、磁流变阻尼器、复进弹簧、轴套、力传感器和位移/速度传感器等组成。其中，力传感器安装在活塞杆和固定炮架之间，测量由磁流变阻尼器引起的输出力; 阻尼器的外筒与后坐质量固连，形成筒后坐形式; 所有后坐部分安装在固定炮架的导轨上; 位移/速度传感器安装在固定炮架的底部，可同时测量后坐位移和后坐速度。由八根线性弹簧组成复进机构，主要作用是提供复进力，同时还提供一部分后坐阻力。安装弹簧时使弹簧有一定的预紧力，其目的是保证后坐部分在复进时能回复到初始位置。