随着现代战争中火炮扮演的角色越来越重要,对炮弹的发射精度也提出了更高的要求,因此维护炮膛身管的内部环境得到更多的重视。炮膛身管内的积碳不能得到彻底清除会引起内膛腐蚀甚至影响炮弹发射精度。由于炮管口径太小、身管过长,内部阴阳线凹凸槽构造造成膛内清洁困难。传统人力清洁炮膛身管费时费力,由于膛内工作环境的特殊性,又加大了炮膛清洁机器人模型构建的难度,国内、外针对炮膛自动清洗机器人的设计资料并不丰富。针对以上问题,本文对炮膛自动清洁机器人展开研究。本文首先通过建立炮膛自动清洁机器人三维模型完成了炮膛自动清洁机器人的结构设计,通过机械加工、3D打印等方式装配实验样机。针对管道机器人的运动特点,分别介绍四种常用变径机构的原理及各自优缺点,对他们进行力学特性分析,最终确定了采用弹簧预紧变径机构作为机身自适应调整机构。根据炮膛自动清洗机器人的运动学分析建立了数学模型,在Adams中分别进行变径机构运动学仿真分析以及轮壁接触良好时机器人运动分析和轮壁接触不良时机器人运动分析,验证了机身结构设计合理性和稳定性。针对炮膛自动清洗机器人的清洁液喷淋、清洗问题,本文从水射流的基本理论出发,考虑了喷孔内部结构对射流清洗特性的影响,并以圆柱型喷嘴内流道为基础,建立水射流喷孔模型并结合κ-ε湍流模型,分析喷头中不同参数的喷孔结构以及压力条件对水射流喷淋、清洗效果的影响。最终确定实验方案,测试在不同压力条件下喷头射流特性,对比数值模拟仿真结果进行分析,验证数值模拟仿真结果的合理性。最后,本文对主要工作及研究内容进行了总结,并对今后的研究方向做出了展望。