【摘要】：軍用車輛在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著舉足輕重的作用。軍用車輛的機(jī)動性能是其充分發(fā)揮武器效能、完成機(jī)動作戰(zhàn)任務(wù)和提高戰(zhàn)場生存能力的重要前提。在戰(zhàn)場機(jī)動過程中,軍用車輛的機(jī)動性能主要由其在不同戰(zhàn)地工況中的牽引特性決定。隨著我軍作戰(zhàn)樣式的不斷變化,軍用車輛在渡海奪島,沙漠、山林作戰(zhàn)等砂壤戰(zhàn)地環(huán)境中的牽引特性也尤為重要。目前牽引特性的研究理論主要是輪-壤相互作用理論,可以實(shí)現(xiàn)對軍用車輛驅(qū)動扭矩、沉陷量、牽引力和牽引效率的簡單預(yù)測。為提升牽引特性預(yù)測的工況適用性和系統(tǒng)性,進(jìn)一步提高預(yù)測精度,文章針對軍用車輛砂壤戰(zhàn)地機(jī)動的研究背景,提出了一種軍用車輛多工況牽引特性輪-砂相互作用(Sand-Wheel Interaction,SWI)理論,開展了以下研究:1)提出了軍用車輛多工況牽引特性SWI理論。針對現(xiàn)有車輛牽引特性SWI理論對大尺寸輪刺效應(yīng)預(yù)測精度低、考慮工況單一的問題,基于能量守恒原理,混合使用了輪刺效應(yīng)等效半徑理論和Rankine土壓力理論,改進(jìn)了輪刺效應(yīng)計(jì)算方法,提出了車輛直線行駛、三自由度傾斜行駛和轉(zhuǎn)向行駛的多工況牽引特性SWI理論,為文章軍用車輛多工況牽引特性的分析提供了理論前提。2)開展了軍用車輛多工況牽引特性數(shù)值建模與仿真研究。針對目前車輛牽引特性數(shù)值模型以輕載、小型車輛直線行駛工況為主的現(xiàn)狀,基于砂壤基本物理試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)結(jié)果,利用PFC3D離散元分析軟件,建立并驗(yàn)證了大載荷軍用車輛直線行駛、三自由度傾斜行駛和轉(zhuǎn)向行駛的多工況牽引特性數(shù)值模型,為文章多工況牽引特性SWI理論驗(yàn)證研究提供了重要依據(jù)。3)開展了軍用車輛多工況牽引特性SWI理論驗(yàn)證研究。針對軍用車輛多工況牽引特性SWI理論驗(yàn)證問題,開展了廣泛的數(shù)值仿真試驗(yàn),通過參數(shù)化分析和對比驗(yàn)證了SWI理論在直線工況、傾斜工況和轉(zhuǎn)向工況的適用性。驗(yàn)證結(jié)果表明:文章提出的車輛多工況牽引特性SWI理論可以準(zhǔn)確地預(yù)測牽引特性變化趨勢,具備良好的系統(tǒng)性和適用性,可以滿足軍用車輛多工況牽引特性預(yù)測的實(shí)際需求,具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值和推廣前景。
【圖文】：

早用于解決二戰(zhàn)時期軍用車輛、坦克的越野性能問題。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展與實(shí)踐，目前車輛地面力學(xué)在各種領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。民用方面，，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的快速發(fā)展，各式大型農(nóng)業(yè)機(jī)械化裝備越來越多地運(yùn)用在土地耕作、農(nóng)作物收割等農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，這就要求在水網(wǎng)稻田中作業(yè)的重型機(jī)械化設(shè)備具有良好的牽引性和靈活性。我國幅員遼闊，在西北廣袤的沙漠地域，蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)、石油和天然氣資源，亟待研發(fā)在沙漠路面上具備極強(qiáng)承載能力、通過能力和效率的工程運(yùn)輸車輛。隨著東南沿海地區(qū)海洋資源的不斷開發(fā)和沿海工程的建設(shè)，各類工程裝備也需在大面積的瀕海砂壤路面上作業(yè)，這對工程裝備適應(yīng)不同含水狀態(tài)砂壤路面的牽引特性提出了更高的要求。同時，我國正積極地開展南北極的科研考察工作，其中車輛裝備在冰面、雪面的牽引性能研究更是一大難題。此外，隨著我國探月工程的不斷推進(jìn)，火星探測計(jì)劃將也于 2020 年啟動，星球探測車輛承擔(dān)著重要的科研任務(wù)。在星球表面難以預(yù)測的工作環(huán)境中，“玉兔號”等深空行走裝置需具備充足的牽引能力以克服承載力極差的松軟月壤和復(fù)雜的路面狀況�？梢姡囕v地面力學(xué)在民用領(lǐng)域具有十分現(xiàn)實(shí)和重要的研究意義。

我軍軍用車輛要求有很強(qiáng)的溫度適應(yīng)能力，許多試驗(yàn)都是在-40°的極低溫下進(jìn)行，目的是為了保障車輛在我國東北部冬季高寒地帶良好的作戰(zhàn)性能，這不僅包括機(jī)械傳動和武器的低溫性能，還包括車輛冰雪路面的牽引性能。我國的西北部分布著廣袤的沙漠和沙漠化土壤，為了提升我國陸軍全域機(jī)動的機(jī)械化作戰(zhàn)能力，軍用車輛必須具備足夠的砂壤越野能力[3]。在 2016 俄羅斯國際軍事競賽修理營大賽接力賽中，我軍代表隊(duì)就因車輛砂壤路段機(jī)動時間過長而屈居第二。同時，我國覆蓋著廣闊的林地，林地穿越和作戰(zhàn)同樣極大地考驗(yàn)著戰(zhàn)車的機(jī)動性，2016 珠海航展上，具有高機(jī)動特點(diǎn)的輕型山貓全地形系列越野車也集中亮相。另一方面，具有偵查、破拆、通訊、攜帶武器等功能的靈巧戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人也在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中發(fā)揮過出色的作用，此類小型機(jī)械裝備隱蔽性、快速機(jī)動性和越障性的特點(diǎn)成為完成任務(wù)的關(guān)鍵。此外，隨著我國邁向海洋強(qiáng)國并大力發(fā)展海軍力量的建設(shè)，渡海與奪島成為新一輪戰(zhàn)略目標(biāo)，故研發(fā)出能快速通過淺灘并遂行搶灘登陸的機(jī)械裝備也勢在必行，這也是本文研究的重點(diǎn)。戰(zhàn)機(jī)微妙，稍縱即逝，機(jī)動性就是軍用車輛的生命力。所以，車輛地面力學(xué)在軍用方面也具有非常實(shí)際的應(yīng)用價值和迫切的研究需求。
【學(xué)位授予單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TJ810

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本文編號：2607597