基于虛擬樣機技術(shù)的坦克步兵戰(zhàn)車實戰(zhàn)演習(xí)仿真*

朱苛婁， 蘇計東， 李旭榮

(1.國家電網(wǎng)平高集團技術(shù)中心 智能控制研究所，河南 平頂山 467000； 2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

基于虛擬樣機技術(shù)的坦克步兵戰(zhàn)車實戰(zhàn)演習(xí)仿真*

朱苛婁1， 蘇計東1， 李旭榮2

(1.國家電網(wǎng)平高集團技術(shù)中心 智能控制研究所，河南 平頂山 467000； 2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

BMP-2是前蘇聯(lián)時期制造的步兵戰(zhàn)車，該戰(zhàn)車雖制造年代久遠，但對以后世界步兵戰(zhàn)車的發(fā)展起到引導(dǎo)作用。其主要特點是坦克配備一門機關(guān)炮和拱肩反坦克導(dǎo)彈。為了實現(xiàn)該步兵車實戰(zhàn)演習(xí)過程，在ADAMS中建立該步兵車的虛擬樣機模型，對模型的各部件添加約束和驅(qū)動，并進行運動仿真，以顯示該型步兵戰(zhàn)車的強大作戰(zhàn)力。

步兵戰(zhàn)車；建模 添加約束；驅(qū)動力及函數(shù)；動態(tài)仿真分析

Abstract: BMP-2 is a kind of infantry chariot manufactured in the former Soviet Union , which plays a guiding role for the later development of the infantry fighting vehicles though the chariot has an old age. Its main feature is that the tank is equipped with a cannon and spandrel antitank missile. In order to realize the simulation for the infantry vehicle actual process, the virtual prototype of the infantry vehicle in ADAMS need to be made, and add constraints and drive to the components of the model, and then the simulation exercise is done to show the powerful combat force of infantry chariot.

Key words: infantry chariot; modeling; add constraint; drive and function; dynamic simulation analysis

0 引 言

坦克是現(xiàn)代陸上作戰(zhàn)的主要武器，它是一種具有強大的直射火力、高度越野機動性和很強的裝甲防護力的履帶式裝甲戰(zhàn)斗車輛，反坦克的武器與坦克的激烈對抗，促進了坦克和現(xiàn)代步兵戰(zhàn)車的飛速發(fā)展。其中前蘇聯(lián)研制BMP系列步兵戰(zhàn)車，是世界上裝備數(shù)量最多、裝備國家最多的步兵戰(zhàn)車，引領(lǐng)當(dāng)時世界反坦克步兵戰(zhàn)車的發(fā)展趨勢。這里選取具有代表性的BMP-2型步兵戰(zhàn)車為例建立虛擬樣機模型，觀察及分析其實戰(zhàn)演習(xí)過程。

BMP-2步兵戰(zhàn)車主要武器為1門高平兩用機關(guān)炮和“拱肩”反坦克導(dǎo)彈4枚。因此，在模型塑造方面，采用坦克式戰(zhàn)車機構(gòu)，并搭配一管防空導(dǎo)彈。步兵車可以分為車身，前后車輪，前后車輪軸，主炮，發(fā)射架底架，發(fā)射架上升架，導(dǎo)彈旋轉(zhuǎn)架，導(dǎo)彈等[1]。為了分析該步兵車實戰(zhàn)演習(xí)運動過程，筆者應(yīng)用ADAMS軟件對步兵車模型進行運動仿真分析，以達到對戰(zhàn)車靈活性檢驗的目的。

1 戰(zhàn)車虛擬樣機模型的建立

筆者在Pro/E軟件中進行了各部件的三維建模與裝配，然后導(dǎo)入到ADAMS軟件中，進行運動仿真[1]。該模型的主要部件就是塔克、坦克上面被攔截導(dǎo)彈、發(fā)射導(dǎo)彈和飛機。其中前三個部件是最重要的，所以它們的具體尺寸[2]見圖1～3。坦克上面的攔截導(dǎo)彈的直徑為10 mm,總長度為140 mm,尖端長度為30 mm,側(cè)翼的厚度為2 mm，發(fā)射導(dǎo)彈直徑為15 mm，總長度為150 mm，尖端長度為30 mm，側(cè)翼的厚度為2 mm。最后總裝配尺寸與效果見圖4[3]。

圖1 坦克模型 圖2 坦克上面被攔截的導(dǎo)彈

圖3 發(fā)射導(dǎo)彈 圖4 總體布局

2 戰(zhàn)車實戰(zhàn)演習(xí)運動分析

步兵戰(zhàn)車在演習(xí)時主要有以下六個運動：①戰(zhàn)車勻速前進。②發(fā)現(xiàn)移動活靶并停止，旋轉(zhuǎn)炮臺主炮并發(fā)射炮彈擊中活靶。③炮臺主炮復(fù)位，同時發(fā)現(xiàn)直升機扔下炸彈。④車身旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)彈底座上升架上升，導(dǎo)彈旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)并發(fā)射導(dǎo)彈攔截炸彈成功。⑤旋轉(zhuǎn)架復(fù)位，上升架下降到底座正常位置。⑥橋面合龍，坦克演習(xí)結(jié)束勻速前進。

3 添加約束和接觸及驅(qū)動

SFORCE1: PART_lanjiedaodan1與PART_lanjiedaodan2 SFORCE2: PART_lanjiedaodan2與PART_lanjiedaodan3

SFORCE3: PART_lanjieddaodan3與PART_lamjiedaodan4 SFORCE4: PART_daodan1與

PART_daodan2

SFORCE5: PART_daodan2與PART_daodan3

(5) 添加驅(qū)動。由于本裝置中驅(qū)動及函數(shù)的設(shè)置較多且復(fù)雜。具體各部件之間的驅(qū)動函數(shù)見表1。

表1 各種驅(qū)動函數(shù)

用同樣的方法添加炮彈與靶子，攔截導(dǎo)彈與導(dǎo)彈之間的載荷，車輪與橋面之間的載荷。

4 創(chuàng)建傳感器

單擊“Simulate”--“Sensor”-- “New”,在彈出的對話框中，Expression后的表達式為：DX(MARKER_393,MARKER_423) Value:0.0,Error Tolerance:0.1，其他用默認(rèn)值[4]。

再單擊“OK”即可。

5 創(chuàng)建腳本文件與腳本仿真

“Simulate”--“Script”-- “New”，彈出對話框，END TIME:5.0，STEPS:50，

在Script Type 后的下拉列表中選擇“Adams/Solver Commands”,再在Adams/Solver Commands：下的文本框中輸入下代碼，具體如圖5，再單擊“OK”。

運行仿真。單擊仿真按鈕，將仿真時間設(shè)置為9.5s，仿真步數(shù)設(shè)置為400，單擊按鈕開始仿真計算。單擊“Simulate”—“Scripted Controls”彈出對話框，單擊按鈕“〗”，開始仿真。

導(dǎo)彈被攔截的三個狀態(tài)。由仿真該坦克步兵戰(zhàn)車實戰(zhàn)演習(xí)，可見導(dǎo)彈被攔截的三個過程分別如圖6～8所示。

圖5 腳本對話框 圖6 爆炸前

圖7 爆炸中 圖8 爆炸后

6 運動數(shù)據(jù)分析

(1) 攔截導(dǎo)彈X，Y方向的運動位移分別如圖9和圖10所示。結(jié)合函數(shù)STEP(time,0,0,2.5,6.549846694)+DIM(time,6.5 )*-1611.86*time前一時間，導(dǎo)彈和車一起運動，后一時間導(dǎo)彈發(fā)射，基本符合要求。

(2) 上車身位移的變化，速度的變化如圖11、12。在3.5～7 s之間，攔截導(dǎo)彈和發(fā)射導(dǎo)彈相碰撞，車身沒有前進，根據(jù)動量守恒定律，攔截導(dǎo)彈和車身動量守恒，車身速度在接近7 s時稍有變化。

圖9 導(dǎo)彈X方向位移 圖10 導(dǎo)彈Y方向位移

圖11 上車身位移 圖12 上車身速度

7 結(jié) 語

總結(jié)共有以下幾個方面：車體，導(dǎo)彈和直升機模型的建立，在建立過程中要巧妙的利用布爾加減運算，同時要及時命名；約束的添加，模型中的約束很多，在建立約束添加動力時要連續(xù)，以免最后遺忘而使模型無法仿真；運動的分析與控制，戰(zhàn)車的運動，行進中的停止，導(dǎo)彈的發(fā)射與碰撞，導(dǎo)彈的爆炸，直升機的停止與起飛，橋面的合龍控制，傳感器函數(shù)的編輯，運動過程時間的分配?？傮w來說，通過利用ADAMS對步兵車進行建模，添加約束，最后到運動的仿真，突出顯示了步兵車良好的戰(zhàn)場適應(yīng)力和靈活性[4]。

[1] 李增剛.ADAMS入門詳解與實例[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2] 程友聯(lián).機械原理[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2008.

[3] 濮良貴，紀(jì)名剛.機械設(shè)計[M]. 第八版.北京：高等教育出版社, 2006.

[4] 周俊華,李旭榮.基于虛擬樣機的乒乓球發(fā)球機動態(tài)仿真[J].機械研究與應(yīng)用，2013(6):83-83.

The Simulation of Tank Infantry Vehicle Actual Process Based on Virtual Prototype Technology

ZHU Ke-lou1， SU Ji-dong1， LI Xu-rong2

(1.NationalGridPinggaoGroupTechnologyCenter,IntelligentControlResearch,PingdingshanHenan467000,China; 2.HuazhongAgricultureUniverstiy,CollegeofEngineering,WuhanHubei430070,China)

2014-05-04

朱苛婁(1983-)，河南禹州人，碩士，主要從事高壓開關(guān)研發(fā)、CAE仿真計算等研究工作。

JJ81

A

1007-4414(2014)04-0071-03