为减小某型线膛火炮身管膛线起始部和炮口部导转侧力,编制了涵盖等齐、渐速、混合三种膛线类型以及常见膛线曲线的膛线导转侧力通用计算程序,构建了合理的目标函数,以膛线类型以及膛线曲线参数为自变量,分析了各参数变化对目标函数的影响,并用非线性优化算法、模拟退火算法和遗传算法对目标函数进行了优化,为该型火炮选取了合适的膛线类型和膛线曲线。研究也发现目前文献中推荐的正弦膛线曲线是不正确的。

火炮身管压坑允许深度曲线是战场判定受损身管能否继续使用的依据。在分析身管压坑允许深度曲线成因基础上,借助数值仿真方法研究了火炮射击条件变化对压坑允许深度曲线的影响。研究标明:目前使用的火炮身管压坑允许深度曲线存在较大的安全裕度,容易引起战场误判;不同射击条件下身管压坑允许深度曲线是不一样的;装药温度、装药号和药室增长量对身管压坑允许深度曲线有较大影响。

为考察不同强度理论下自紧身管强度的差异,对基于第三强度理论、第四强度理论开端、第四强度理论闭端自紧身管加工时、加工后和射击时身管截面应力分布进行了数值仿真,并计算了不同强度理论下某型火炮局部自紧身管的强度。研究标明:不同强度理论下自紧身管截面上应力分布曲线相似;在自紧度相同情况下,基于第三强度理论、第四强度理论开端、第四强度理论闭端的自紧身管强度依次变大。

单筒身管是目前火炮广泛采用的身管,我国单筒身管基于第二强度理论进行设计,要基于其他强度理论设计单筒身管,必须寻求与强度理论匹配的安全系数,确保不同强度理论设计出来的身管壁厚基本一致。文中通过研究给出了适合我国使用的基于第三和第四强度理论的单筒身管设计方法,数值仿真算例证明了方法的有效性。

目前火炮复进机利用弹簧和气体作为储能介质。为减小复进机体积和质量,提出了一种利用可压缩液体作为储能介质的液体式复进机结构,并分析了其力学特性。依托某型火炮,给出了液体式复进机代替液气式复进机的设计方案,仿真结果证明了其可行性。

身管压坑允许深度曲线是战场判断身管能否使用的依据,但是目前只在单筒身管上使用。文中提出将压坑允许深度曲线用于自紧身管的必要性,并参考单筒身管给出了自紧身管压坑允许深度曲线的计算方法,仿真算例证实了该方法的有效性。相对单筒身管,自紧身管压坑允许深度曲线计算的安全系数不同,强度公式不同,尤其理论外形计算因涉及管壁弹性区和塑性区而十分复杂。研究也发现,目前我国自紧身管存在较大的安全裕度。

枪炮身管设计压力曲线是设计身管壁厚的依据,考虑到目前确定身管设计压力曲线的方法较为复杂,提出用直线代替曲线的简化方法,该方法计算工作量减少一半以上,仍然具有足够的精度。两种典型火炮的数值仿真结果证明了该简化方法的有效性。该研究为枪炮身管快速设计提供了参考。

复进机液量检查是一项重要的火炮勤务工作。在分析气温对复进机气压和液量影响的基础上,提出了一系列简化方案:不用人工后坐的液量正常检查,人工后坐长度任意化,安装温度和压强传感器,开发专用计算器。这些方案可以大大减少复进机液量检查的勤务工作量。研究表明,在复进机无漏液漏气情况下,气温对压强影响较大,对液量影响极小。

为了更好地理解反后坐装置的作用,基于反后坐装置反面问题模型,对某型火炮射击过程中反后坐装置的能量消耗进行了数值仿真。研究发现,该火炮有效能量占火药总能量的22.36%,后坐能量占火药总能量的0.33%;火炮后坐能量在后坐时被消耗约80%,被驻退机消耗约91%,被液压阻力消耗约92%;复进机利用后坐能量约20%将后坐部分推回原位。

目前枪炮自紧身管都是通过内自紧来实现的。文中提出用外自紧来完成身管自紧的设想,推导了外自紧相关理论公式,仿真分析了内、外自紧身管应力分布和强度的区别。研究标明:外自紧也能达到身管自紧的目的,外自紧身管强度低于内自紧身管。研究为自紧身管制造指出了新的思路。