在世界各国军队的强杀伤性武器装备中,数量最多的是火炮装备,其使用次数最频繁。在近现代战争中,火炮为获得战争胜利发挥了巨大的作用,但火炮连续发射后带来的炮膛清洗问题一直没有得到有效解决。传统的清洗方式清洗效果差,清洗时间长,已经不能满足现代化战争的需求,急需一种高效、便携、适应性强的设备来完成炮膛清洗的工作。在前人设计的便携式超声波炮膛清洗机器人的基础上,本文主要针对其中的超声波清洗模块进行研究,从而确定合适的超声波清洗模块设计参数,为后续超声波清洗模块的设计提供理论指导。首先,对积碳的形成过程进行简要分析,结合积碳的组成和超声波清洗的工作原理,分析了超声波清洗积碳的作用机理。通过对单一空化气泡的溃灭时间进行仿真分析,结合材料力学相关理论和清洗实验,对积碳的破坏形式进行了探讨,并确定了积碳的破坏强度。其次,基于基尔霍夫-亥姆霍兹积分公式,对换能器的轴向声压分布函数和轴线声压分布函数进行了推导,研究不同因素对声压分布的影响。其中,重点研究了在特定条件下炮膛的声压分布规律,确定了换能器端面与炮膛的距离和换能器端面半径的优化范围。然后,推导了双空化气泡的动力学方程,利用镜像气泡法得到了近壁条件下空化气泡的动力学方程,并建立其动力学仿真模型。研究气泡参数、液体特性以及超声波特性对空化气泡运动的影响。其中,重点探讨了超声波频率和声压幅值对溃灭压强的影响规律,通过数据拟合得到了溃灭压强的计算公式。最后,在前文分析的基础上建立了超声波清洗模块设计参数的优化模型,以清洗模块的工作频率、工作距离、端面振速、端面半径为决策变量,针对不同的优化目标,对超声波清洗模块的设计参数进行优化。