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智能森林灭火航弹研究
作 者: 邓波
导 师: 刘少刚
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 子母弹 TRIZ理论 降落伞 气囊抛射 有限元法
分类号: S762
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
森林火灾是一种危害严重的自然灾害。在各种类型的森林火灾中,以树冠火为主的森林火灾危害最大,现有的扑救设备都无法直接有效地实施扑救。本课题源于哈尔滨工程大学中央高校基本科研业务费专项基金“智能森林消防航弹研究”(项目编号:HEUCFZ1025),并与九江中船消防设备有限公司合作研究。课题目标是针对目前难以扑救的以树冠火为主的森林火灾研制一种智能森林灭火航弹,该航弹以子母弹形式制作,由直升机挂载,在火场上方投放。在控制系统的智能控制下,能够完成母弹开舱、子弹分离和抛出降落伞减速等一系列动作,最终使子弹在火场内爆炸,弥散灭火剂,达到较好的灭火效果。本文介绍了森林火灾的分类以及扑救现状,利用TRIZ理论对以树冠火为主的森林火灾扑救过程中的矛盾进行分析求解,获得了航弹的概念模型和各个子系统。并结合实际情况,确定了子母弹的总体结构。针对总体技术要求,结合子母弹飞行的具体条件,建立子弹外弹道模型。并通过MATLAB软件进行数值仿真,获得子弹外弹道曲线和弹道参数。利用外弹道参数,进行降落伞的具体参数计算,求得降落伞的具体参数。根据降落伞的抛伞要求和抛伞程序研究了伞弹连接器和抛伞装置。根据各种子弹分离方式的特点,确定燃气抛射作为子弹分离方式。结合外弹道参数,建立了抛射过程的动力学模型,确定抛射气囊的各参数。阐述了子母弹分离系统各部件的具体设计过程。最后,对子母弹工作流程中的子母弹分离和子弹开伞对系统的冲击进行仿真研究。利用有限元法和有限元分析软件ANSYS对上述两个流程进行数值仿真,验证系统的可靠性。通过分析计算,结果表明,系统强度足够能够可靠的完成整个工作流程。
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全文目录
摘要 5-6ABSTRACT 6-11第1章 绪论 11-19 1.1 课题研究背景 11-12 1.2 树冠火的扑救现状 12-14 1.3 灭火弹研究现状 14-18 1.4 本论文的研究工作 18-19第2章 森林灭火弹总体结构研究 19-36 2.1 引言 19 2.2 TRIZ理论概述 19-21 2.2.1 TRIZ理论解决问题的一般方法 19-20 2.2.2 TRIZ理论的主要内容 20-21 2.3 基于TRIZ理论的灭火航伞弹设计过程 21-28 2.3.1 问题分析 22-23 2.3.2 问题的抽象 23-24 2.3.3 冲突确定 24 2.3.4 问题求解 24 2.3.5 初步方案的确定 24-25 2.3.6 新问题的求解 25-27 2.3.7 最终总体方案的确定 27-28 2.4 弹体具体结构方案的确定 28-35 2.4.1 子母弹弹体气动外形的确定 29-30 2.4.2 弹体内部各子系统的设计 30-32 2.4.3 弹体材料的选择 32 2.4.4 灭火剂的选择 32-33 2.4.5 灭火弹总体结构简图 33-34 2.4.6 灭火弹的技术参数 34-35 2.5 本章小结 35-36第3章 子弹减速系统研究 36-56 3.1 引言 36 3.2 航伞弹弹道研究 36-44 3.2.1 母弹自由落体阶段 36 3.2.2 子弹平抛减速阶段 36-43 3.2.3 算例及弹道仿真 43-44 3.3 减速伞研究 44-52 3.3.1 减速伞的技术要求 45 3.3.2 减速伞的总体参数 45-46 3.3.3 减速伞具体结构设计 46-47 3.3.4 减速伞纺织材料的选择 47-48 3.3.5 减速伞各部件的设计计算 48-52 3.4 伞弹连接器和抛伞装置的结构设计 52-55 3.4.1 伞弹连接器的功能分析 52 3.4.2 伞弹连接器的结构设计 52-53 3.4.3 抛伞程序的分析 53 3.4.4 抛伞装置的结构设计 53-54 3.4.5 抛伞速度的确定 54-55 3.5 本章小结 55-56第4章 子母弹分离系统 56-68 4.1 引言 56 4.2 子弹分离系统总体研究 56-58 4.2.1 抛撒参数的确定 56-57 4.2.2 分离方式的选择 57-58 4.3 分离系统结构设计 58-64 4.3.1 弹燃气发生系统 58-61 4.3.2 燃气输送和分配系统 61-62 4.3.3 抛射气囊及托弹巢 62-64 4.4 抛射过程动力学模型的建立 64-67 4.4.1 抛射过程的简化 64 4.4.2 动力学模型的建立 64-67 4.5 本章小结 67-68第5章 灭火航弹关键部件仿真分析 68-75 5.1 引言 68 5.2 有限元法和ANSYS软件介绍 68-69 5.3 子弹开伞抗冲击数值模拟 69-71 5.3.1 有限元模型的建立 69-70 5.3.2 数值模拟结果及分析 70-71 5.4 子弹抛射仿真 71-74 5.4.1 最大加速度的确定 71-73 5.4.2 数值模拟及分析 73-74 5.5 本章小结 74-75结论 75-76参考文献 76-80攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 80-81致谢 81
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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 森林保护学 > 林火
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