Метод Нелдера-Мида решения задачи оптимизации геометрической формы ствола автоматической пушки для улучшения колебательных характеристик
Автор: Суфиянов В.Г., Клюкин Д.А., Русяк И.Г.
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Информатика, вычислительная техника и управление
Статья в выпуске: 4 т.25, 2023 года.
Бесплатный доступ
В работе представлена постановка задачи оптимизации геометрической формы поперечного сечения ствола автоматической пушки на основе взаимосвязанных математических моделей внутренней баллистики и напряженно-деформированного состояния ствола в процессе стрельбы очередями. Исследуются стволы автоматической пушки с классическим поперечным кольцевым сечением и с ребрами жесткости двух типов. Целевая функция задачи оптимизации - минимизация амплитуды поперечных колебаний ствола. Ограничениями в задаче оптимизации являются максимальная масса ствола и минимально допустимая толщина стенок канала ствола, определяемая в соответствии с теорией наибольших деформаций. Управляемыми переменными для ствола с классическим кольцевым сечением являлись внешние диаметры ствола, а для стволов с ребрами жесткости - их геометрические характеристики. Динамка распределения давления внутри ствола определялась из решения задачи внутренней баллистики. Колебания дульного среза определялись на основе решения задачи напряженно-деформированного состояния ствола в одномерной постановке. Поиск оптимальной геометрической формы ствола осуществлялся методом Нелдера-Мида, ограничения учитывались с помощью метода штрафной функции. Показана возможность уменьшения амплитуды колебаний ствола и повышения кучности стрельбе более чем в 2 раза.
Математическое моделирование, численные методы, колебания ствола, оптимизация, автоматическая пушка, баллистика
Короткий адрес: https://sciup.org/148327947
IDR: 148327947 | DOI: 10.37313/1990-5378-2023-25-4-121-131
Список литературы Метод Нелдера-Мида решения задачи оптимизации геометрической формы ствола автоматической пушки для улучшения колебательных характеристик
- Богомолов, С.Н. Влияние колебаний ствола автоматической пушки на кучность стрельбы / С.Н. Богомолов, Н.Д. Федянин, М.А. Филиппов // Научный резерв. - 2018. - № 1. - С. 13-20.
- Богомолов, С.Н. Влияние виброколебаний ствола на результаты стрельбы из 30-мм автоматических пушек / С.Н. Богомолов, В.В. Колесов // Сборник материалов III Научно-практической конференции Омского автобронетанкового инженерного института. - 2016. - С. 44-49.
- Yu О., Yang G., Sun О. Dynamics analysis on barrel considering the temporal and spatial dis-tribution of propellant gas by numerical simulation // Journal of Vibroengineering. 20(4). 2018. pp. 1588-1602. DOI: 10.21595/jve.2018.19623.
- Русяк, И.Г. Исследование влияния упругих деформаций и колебаний ствола на точность стрельбы / И.Г. Русяк, В.Г. Суфиянов, Д.А. Клюкин // Интеллектуальные системы в производстве. - 2020. - C. 98108. - DOI: 10.22213/2410-9304-2020-4-98-108.
- Chaturvedi E. Numerical investigation of dynamic interaction with projectile and harmonic behaviour for T-finned machine gun barrels // Defence Technology. 2020. Vol. 16. Issue 2. P. 460-469. doi: 10.1016/j.dt.2019.07.018.
- Karahan F., Pakdemirli M. Vibration analysis of a beam on a nonlinear elastic foundation // Structural Engineering and Mechanics. Vol. 62. No. 2. 2017. P. 171-178. doi: 10.12989/sem.2017.62.2.171.
- Благонравов А.А. Основания проектирования автоматического оружия / А.А. Благонравов. - М.: Оборонгиз. - 1940. - 485 с.
- Орлов, Б.В. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий: монография / Б.В. Орлов, Э.К. Ларман, В.Г. Маликов. - М.: Машиностроение, 1976. - 432 с.
- Хоменко, Ю.П. Математическое моделирование внутрибаллистических процессов в ствольных системах: монография / Ю.П. Хоменко, А.Н. Ищенко, В.З. Касимов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. - 256 с.
- Русяк, И.Г. Одномерная математическая модель колебаний ствола с поперечным сечением произвольной формы / И.Г. Русяк, В.Г. Суфиянов, Д.А. Клюкин // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2022. -№ 80. - С. 133-146. - DOI: 10.17223/19988621/80/12.
- Работнов, Ю.Н. Сопротивление материалов / Ю.Н. Работнов. - М.: Физматгиз, 1963. - 456 с.
- Самарский, А.А. Введение в теорию разностных схем / А.А. Самарский. - М.: Наука, 1971. - 553 с.
- Жаркова, Н.В. Прикладные задачи динамики упругих стержней / Н.В. Жаркова, Л.В. Никитин // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. - 2006. - № 6. - С. 80-98.
- Nelder J.A., Mead R. A simplex method for function minimization // Computer Journal. 1965. vol. 7. p. 308-313. DOI: 10.1093/COMJNL/7.4.308.
- Серебряков, М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. Третье издание дополненное и переработанное / М.Е. Серебряков. Оборонгиз. - М., 1962. - 703 с.
- Русяк, И.Г. Моделирование баллистики артиллерийского выстрела с учетом пространственного распределения параметров и противодавления / И.Г. Русяк, В.А. Тененев // Компьютерные исследования и моделирование. - 2020. - С. 1123-1147. DOI: https://doi.org/10.20537/2076-7633-2020-12-5-1123-1147.
- Самарский, А.А. Численные методы / А.А. Самарский . - М.: Наука. 1989. - 432 с.
- Дмитриевский, А.А. Внешняя баллистика: монография / А.А. Дмитриевский, Л.Н. Лысенко. М.: Машиностроение. - 2005. - 608 с.
- Королев, С.А. К вопросу о точности решения прямой задачи внешней баллистики / С.А. Королев, А.М. Липанов, И.Г. Русяк // Вестник Том. гос. ун-та. Математика и механика. - 2017. - № 47. - C. 63-74.
