机械工程学报

作者：袁晓明, 王储, 赵士宜, 张立杰

单位：1. 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室 秦皇岛 066004;2. 燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室 秦皇岛 066004;3. 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室 杭州 310027

关键词：消防炮,自适应炮头,射流系统,自由振动,模态试验；

基金：国家自然科学基金青年科学基金（51805468）、河北省自然科学基金青年科学基金（E2017203129）、浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室开放基金课题（GZKF-201820）和燕山大学基础研究专项青年课题（16LGB001）资助项目。

消防炮自适应炮头可根据流体压力和流量变化自动调整炮口开度，从而提高消防炮的射流性能，快速高效地扑灭大型火灾。但炮头末端的自适应机构使射流系统具有流固耦合特性，在高速高压作用下，射流系统可能会发生振动乃至共振，进而影响灭火效率。考虑射流系统中流体域和固体域间的流固耦合效应以及炮头内连续体芯杆和端盖与其他离散结构间的连续离散耦合效应，通过集中质量法确定了芯杆和端盖结构的刚度矩阵，采用集中参数法建立了消防炮自适应炮头射流系统的动力学模型及方程。对射流系统进行了自由振动分析，确定了系统各阶固有频率及模态振型，分析了流体初始体积含气量和流体压力对系统固有频率的影响规律。由样机模态试验可知，理论与试验确定的一阶固有频率偏差仅为0.51%，验证了消防炮自适应炮头射流系统动力学模型的准确性。本项研究可为消防炮自适应炮头射流系统的动力学优化提供理论依据。

来源：2020年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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