火炮的发射过程是一个复杂的高温、高压过程。本文以某轻型牵引火炮为研究对象,对其方向机空回特性、刚度特性和过载保护特性进行分析,建立弹炮耦合全炮发射动力学有限元模型,以弹丸起始扰动表征火炮射击精度,研究方向机特性对弹丸起始扰动的影响,为提高火炮射击精度提供一定的参考。本文主要研究内容有:(1)方向机是一个典型的齿轮传动机构,由齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等组成。该传动机构的各个部件在制造和安装过程中难免会存在误差,这样就会在传动链中形成间隙,造成传动的空回特性。根据各部件在制造中的精度等级要求及其他各尺寸误差要求,查阅相关设计手册及文献资料,按照各传动部分传动间隙的计算公式计算其传动间隙。最后根据各部分传动比折算到方向机主轴上,即得该方向机空回量。(2)方向机是一个串联机构,其系统刚度由各部分刚度串联而成。根据石川公式计算齿轮啮合刚度;将齿轮轮体简化为一个圆盘和一个薄壁圆筒,从而计算其扭转刚度;按照材料力学中的公式计算阶梯轴的扭转刚度;将蜗轮蜗杆传动简化为齿轮齿条传动,计算其啮合刚度。将所得各部分刚度串联起来,即得方向机系统刚度。(3)该牵引炮方向机采用预压碟簧组作为过载保护装置。只有当碟簧组所受的力达到其预压载荷时,该过载保护装置才会发生作用;当传递到碟簧组上的力超过其残余压缩量时,该过载保护装置遭到破坏,无法正常工作。参照火炮设计手册及碟簧设计国标手册,完成该碟簧组的相关特性分析。(4)基于弹炮耦合基本假设,建立该牵引炮弹炮耦合全炮发射动力学有限元模型,根据弹丸起始扰动的组成,分析该方向机特性对弹丸起始扰动的影响。本文主要研究方向机空回特性和刚度特性对弹丸起始扰动的影响,并得到相应的影响规律。(5)以弹丸起始扰动最小为目标,对方向机结构参数进行优化。选取合适的设计参量,建立相应的优化数学模型。采用多岛遗传算法进行方向机参数优化匹配,并对所得优化结果进行一定程度的检验校核。