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1。2 国内外研究现状

1。3 本课题主要工作 了解自行火炮的结构特性以及系统地学习并且掌握多体系统传递矩阵法： 第一步，数学建模。在多体系统矩阵法下对自行火炮进行数学建模，根据自行火炮的实

际模型建立自行火炮系统动力学模型和动力学模型拓扑图。 第二步，推导计算。利用多体系统矩阵法，根据典型元件的传递方程，推导自行火炮系

统各个部件的传递方程和传递矩阵，进而推导出自行火炮系统总的传递方程和传递矩阵。并 做相关的计算变化。

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第三步，进行编程工作。利用Matlab计算机软件，编制自行火炮系统振动特性仿真程序， 仿真获得自行火炮系统的频率和振型，并且分析地面联接刚度对自行火炮振动频率的影响， 为自行火炮发射动力学的计算和射击精度的提高奠定基础。

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2 自行火炮的介绍及动力学模型建模

2。1 自行火炮介绍

图 2。1 自行火炮实体图

自行火炮的实体图如图 2。1 所示，以美国 M109A6 为例，也称帕拉丁自行火炮，M109 火 炮是美军主要的火力支援武器。A6 在原有的基础上，改进了火炮和火控系统，增强了战斗力， 尤其是在防护方面，并且安装有自动灭火装置。是 M109 系列的新型号。

履带式自行火炮赋予了火炮机动性。在作战中，炮兵总是要跟进部队，自行火炮提供了 强大的支援。可以在作战中快速跟进。最先，是在二战中，德国实现了炮兵与战车的完美结 合，实现了炮兵、弹药随装甲部队的快速跟进，以及闪电式地移动。

19 世纪 60 年代，军队火炮使得炮兵以及弹药都能够处于坚硬的装甲保护之下，这样便 产生了 M109 系列，良好的机动性使得它成为了主要的火力支援武器。

按照自行火炮的结构，自行火炮主要由炮口装置，身管，炮尾，反后坐装置，摇架，高 低机，平衡机，炮塔，方向机，底盘，扭杆，平衡肘，减振器，履带，负重轮等组成[10]。

按照运动状态的分类，可分为五个部分，分别为：一是由炮口装置、身管、炮尾、反后 座装置等组成的后座部分；二是指能够跟随俯仰部分运动的回转部分，这部分包括有全部后 座部分、高低机和平衡机等；三是回转部分，全部的起落部分都属于回转部分，还有炮塔、 方向机等，这部分随着炮塔一起运动；四是保证机动性，负重轮与履带组成，支撑坦克的行 走部分；最后一部分是悬置部分，这一部分主要起了连接自行火炮底盘和行走部分的作用， 扭杆、平衡肘、减振器都属于这一部分。

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2。2 自行火炮系统动力学模型及拓扑图

本节内容主要在上节所述自行火炮的基本组成的基础上，建立自行火炮多体系统动力学 模型以及自行火炮系统拓扑图。

由第一章可知，自行火炮模型是一个复杂的系统，由于系统中的刚弹耦合互相作用的结 果，使得坦克自行火炮的振动特性的研究变得十分复杂。因此对于自行火炮振动特性的研究， 动力学模型的建立变得十分重要。

由多体系统法可知，动力学模型的建立应该满足以下两点：为了结果的准确度，一是所 建立的动力学模型与实际的模型必须尽可能地接近；二是为了研究计算的方便，所建立的模 型必须具备计算快速方便的特点。芮筱亭[10]等，将多体系统矩阵法应用于自行火炮振动特性 的研究，同时满足了这两个特点。因为在多体系统传递矩阵法中，只需要考虑外力。由于弹 性力与重力相互抵消，因此使复杂实际受力情况变得简单，实现了快速计算的目的。