无后坐炮的膛压较低,故其身管较一般火炮身管的壁厚要薄。研究此种薄壁身管在发射过程中的动态特性对分析其刚强度及无后坐炮发射的密集度性能具有意义。本文主要阐述的内容如下:(1)针对使用涡轮尾翼弹的滑膛式无后坐炮,考虑到弹后涡轮结构的存在对内弹道性能的影响,对其内弹道模型做了改进,计算结果与实验结果接近。为求得涡轮尾翼弹在身管内运动的转速情况,模仿汽轮机叶片转速分析方式,推导了弹的转速公式,为后续研究提供了必要的数据准备。(2)建立身管-膛压-弹体三者耦合的有限元模型,分析了身管在发射过程中的应力分布和应力幅值等情况,并尝试使用钛合金材料代替原有炮钢材料和利用遗传算法的思想对身管尺寸进行优化设计,以起到减轻身管质量的效果。结果显示,身管在受膛压和弹体同时作用时其应力值未超过自身材料的屈服极限,应力分布在身管尾部;钛合金材料的身管能够承受住同种载荷且性能更优;利用Python编写Abaqus的二次开发程序对身管尺寸的优化可使身管体积明显变小,质量下降。(3)将身管比作受移动载荷的悬臂梁模型,探讨了Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁两种模型在使用于本例研究的短、薄身管上时的优劣。分析结果表明考虑了剪切变形与转动惯量的Timoshenko梁模型得到的身管振动特性比Euler-Bernoulli梁模型更接近于有限元法的解;而后,利用Timoshenko梁模型分析了弹体质偏对身管振动的影响,可为合理控制弹体质心范围提供参考。(4)鉴于无后坐炮存在手持发射的情况,建立了人体手臂-身管-弹这一多体发射动力学模型,分析了弹体质偏对弹体扰动的影响并对士兵持炮握姿进行优化,优化后弹体出炮口扰动变小,提升了此种无后坐炮的密集度性能。此外还比较了线膛无后坐炮和滑膛无后坐炮的差异,证明了滑膛炮比线膛炮在手持发射时有优势。