1、第 45 卷 第 2 期国防科技大学学报Vol 45 No 22023 年 4 月JOUNAL OF NATIONAL UNIVESITY OF DEFENSE TECHNOLOGYApr 2023doi:10 11887/j cn 202302024http:/journal nudt edu cn多轴特种车辆轮胎系统抗毁伤能力等毁线表征方法*黄通1，高钦和1，刘志浩1，王冬1，马栋1，朱家萱2(1 火箭军工程大学 导弹工程学院，陕西 西安710025;2 中北大学 军民融合协同创新研究院，山西 太原030051)摘要:为了探究战场威胁下多轴特种车辆轮胎系统的生存概率，对轮胎系统的抗毁伤能力
2、进行量化表征，提出了一种基于等毁线的轮胎系统抗毁伤能力表征方法。针对轮胎毁伤状态下对整车的影响，基于车辆动力学对轮胎系统的力学特性进行量化表征，建立了轮胎系统功能毁伤的计算模型;采用毁伤理论对冲击波超压场进行弹目交会和量化分析，建立了轮胎系统物理毁伤的计算模型;根据爆心与车辆的位置关系，采用面向车辆全面域的计算特征线，建立了轮胎系统等毁线计算模型。以某型五轴特种车辆为例，进行了表征方法验证。研究结果表明:该表征方法可应用于战场威胁下多轴特种车辆轮胎系统的抗毁伤能力表征，为后续听语音聊科研与作者互动机动规避和防护能力提升奠定模型基础。关键词:抗毁伤能力;物理毁伤;功能毁伤;计算特征线;等毁线中图
3、分类号:E92文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1001 2486(2023)02 208 07Isodamage curves characterization methods of anti damagecapability for multi axle special vehicle tire systemHUANG Tong1，GAO Qinhe1，LIU Zhihao1，WANG Dong1，MA Dong1，ZHU Jiaxuan2(1 College of Missile Engineering，ocket Force University of E
4、ngineering，Xian 710025，China;2 esearch Institute of Collaborative Innovation of Military-Civilian Integration，North University of China，Taiyuan 030051，China)Abstract:In order to explore the survival probability of multi-axle special vehicle tire system under battlefield threat and quantitativelychar
5、acterize the anti-damage capability of tire system，a new method based on isodamage curves was proposed to characterize the battlefield anti-damage capability of the tire system Aiming at the influence of tire damage on the whole vehicle，the mechanical characteristics of tire system werequantitativel
6、y characterized based on vehicle dynamics，and the calculation model of tire system functional damage was established Based on thedamage theory，the collision and quantitative analysis of shock wave overpressure field were carried out，and the calculation model of tire systemphysical damage was establi
7、shed According to the position relationship between the burst core and the vehicle，the calculation model of the tiresystem isometric line was established by using the characteristic line for the vehicle in the whole area A five-axle special vehicle was taken as anexample to verify the characterizati
8、on method esults show that this characterization method can be applied to the characterization of the anti-damage capability of the multi-axle special vehicle tire system under battlefield threat，which lays a model foundation for the improvement ofmaneuvering avoidance and protection ability in the
9、futureKeywords:anti-damage capability;physical damage;functional damage;calculate characteristic line;isodamage curves多轴特种车辆轮胎系统作为车辆与地面唯一接触的部件，是多轴特种车辆完成大型武器系统承载和运输发射任务，实现在复杂道路工况和恶劣运行环境下高机动性和可操作性的重要保障1 3。与普通车辆相比，多轴特种车辆的轮胎系统具有结构尺寸大、数量多，防护能力薄弱的特点，在战场环境中极易遭受敌方各种类型的打击破坏，进而影响机动作战任务的完成。如果能够合理表征多轴特种车辆轮胎系统的抗
10、毁伤能力，则在进入战场环境前，就可以预先给出作战力量的生存概率，为指挥员决策提供参考。然而，目前国内外相关研究学者主要在目标毁伤评估方面进行了深入的研究，重点研究了武器装备的毁伤度4 5，而针对武器装备的抗毁伤能力评估和表征领域的研究还相对较少。基于此，本文采用如图 1 所示的研究流程，根*收稿日期:2021 04 19基金项目:国家自然科学基金资助项目(51905541);陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2020JQ487);陕西省高校科协青年人才托举计划资助项目(20190412)作者简介:黄通(1995)，男，陕西咸阳人，博士研究生，E-mail:tongh201126 com;刘志
11、浩(通信作者)，男，山东德州人，副教授，博士，硕士生导师，E-mail:zhliu201126 com第 2 期黄通，等:多轴特种车辆轮胎系统抗毁伤能力等毁线表征方法据多轴特种车辆面临的实际打击威胁，以大当量爆炸冲击波毁伤为作用背景;基于轮胎系统结构毁伤对整车系统的功能影响，建立轮胎系统冲击波毁伤概率模型;考虑到战场环境中，车载定位设备与来袭战斗部轨迹跟踪和爆心位置估计，提出了一种基于等毁线的抗毁伤能力表征方法，多轴特种车辆轮胎系统的等毁线表征如图 2 所示。图 1轮胎系统等毁线研究流程Fig1esearch process of isodamage curves for tire syste
12、m图 2等毁线表征示意图Fig 2characterization of Isodamage Curves等毁线是把车辆周围造成轮胎系统毁伤概率相等的爆心位置连接起来的闭合曲线，基于等毁线的抗毁伤能力表征方法能够根据车辆与来袭战斗部爆心的相对位置关系，估计出车辆可能遭受的毁伤概率。本文以爆炸冲击波超压毁伤准则6 9 为基础，基于轮胎 整车功能影响关系10 12，引入功能毁伤程度13 14，建立了轮胎系统毁伤评判准则，进而采用等毁线对轮胎系统的抗毁伤能力进行表征。1轮胎系统毁伤评判准则1 1轮胎系统功能毁伤程度量化1 1 1承载能力设某型多轴特种车辆的轮胎系统共有 n 个轮胎，各轮胎的接地位置坐
13、标为 Qi(xqi，yqi，zqi)，车辆的质心 M 的坐标为 M(xm，ym，zm)，则各轮胎接地位置至车辆质心的距离矢量为:ri=(xqi xm，yqi ym，zqi zm)(1)由于运动状态下会产生附加的动载荷，大于静止状态的轮胎力，因此采用静止状态下的轮胎即可进行计算。设静止状态下各轮胎力的作用力分别为各轮胎纵向摩擦力 fxi，侧向摩擦力 fyi和垂向力 Fzi，则各轮胎的矢量力为:Fi=(fxi，fyi，Fzi)(2)即有各轮胎力对车辆质心的力矩为:Mi=ri Fi(3)则建立轮胎系统承载能力计算模型为:ni=0Fzi=mgni=0Fyi=0ni=0Fxi=0ni=0Mi=0(4)式
14、中，m 为簧载质量。若轮胎系统中各轮胎垂向力大于轮胎的标准最大承载力，轮胎出现爆胎，此时轮胎系统失效。即:Fzi Fzmax(5)式中，Fzmax为轮胎的标准最大承载力。1 1 2驱动能力设运动状态下各驱动轴的轮胎纵向力为 Fxi，各驱动轮的纵向摩擦力、非驱动轮的摩擦力以及车辆风阻等阻力总和为 fFx，即有:m?v=ni=1Fxi fFx(6)式中，v 为车辆行驶速度，?v 为速度求导。其中，各轮胎纵向力可由轮胎魔术公式(magic formula，MF)进行求解15:Fxi=f(，Fzi)(7)式中，为轮胎侧偏角，为轮胎滑动率。若轮胎系统中各轮胎纵向力总和所提供的车辆行驶速度小于车辆作战所需
15、的最小机动速度，此时轮胎系统失效。即:v vxmin(8)式中，vxmin为车辆作战所需的最小机动速度。1 1 3转向能力针对多轴特种车辆在轮胎系统毁伤状态下，可能会出现的转向侧翻现象，一般是由于车辆的一侧车轮同时离地发生的失稳，因此可以采用车辆横向载荷转移率进行侧翻分析。目前相关研究中主要使用的侧翻评价指标为车辆 横 向 荷 载 转 移(lateral load transferrate，902国 防 科 技 大 学 学 报第 45 卷LT)、静态稳定因子(static stability factor，SSF)、侧翻稳定性判断(rollover stability advisor，SA)等
16、评价指标，本文选用 LT 作为侧翻评价指标:VLT=Fl FrFl+Fr(9)式中:Fl为左侧轮胎垂向力总和;Fr为右侧轮胎垂向力总和;VLT为 LT 值，取值范围为 1，1。在理想稳定状态，两侧轮胎垂向力相等，LT值为 0。运动转向状态时，还应当考虑到侧倾动态作用力的影响，设 G 为车辆质心，C 为车辆侧倾中心，h 为侧倾中心到地面的高度，为侧倾角，ay为侧向加速度，e 为侧倾中心到质心的距离，B 为车轮轴距。即有:FlB2+mayecos+mgesin FrB2=0Fl+Fr=mg(10)由于侧倾角较小，可有:ecose(1 )(11)esine(12)且侧向加速度可由侧向力求解，各轮胎侧向力可由 MF 轮胎魔术公式进行求解，设运动状态下各驱动轴的轮胎侧向力为 Fyi，则有:may=ni=1Fyi(13)Fyi=f(，Fzi)(14)结合式(10)(12)可得:VLT=2(1)aye 2gegB(15)若轮胎系统中 LT 值大于车辆侧翻临界LT 值，此时轮胎系统失效。即:VLT VtLT(16)式中，VtLT为车辆侧翻临界 LT 值。1 2轮胎系统物理毁伤量化1 2 1爆心位置多轴