唐建，廖振強(qiáng)，王濤

（南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京 210094）

0 引言

現(xiàn)在戰(zhàn)爭(zhēng)要求部隊(duì)機(jī)械化程度越來(lái)越高，對(duì)于能夠符合質(zhì)量輕、機(jī)動(dòng)性好、射程遠(yuǎn)、威力大等特點(diǎn)的12.7 mm的重機(jī)槍，無(wú)疑大有用途。而榴彈發(fā)射器——被人們認(rèn)識(shí)的被譽(yù)為“步兵槍炮”的優(yōu)秀單兵武器系統(tǒng)［1］，對(duì)面殺傷密度的提高，以及火力壓制和支持的迅速提供，有著顯著的作用。

本文是基于12.7 mm步機(jī)槍下掛35 mm榴彈發(fā)射器，對(duì)其SolidWorks三維建模，運(yùn)用ADAMS軟件仿真，其受力和仿真和實(shí)際基本一致，動(dòng)態(tài)的分析發(fā)射過(guò)程中不同半徑的導(dǎo)氣孔對(duì)槍口穩(wěn)定性和射擊精度的影響［4］。

1 機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器原理

本文研究的機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器的原理是12.7 mm機(jī)槍在內(nèi)彈道期間產(chǎn)生的火藥氣體通過(guò)側(cè)向?qū)夤軐?dǎo)入35 mm榴彈發(fā)射器尾端的導(dǎo)氣室，當(dāng)導(dǎo)氣室壓力達(dá)到一定值時(shí)，榴彈金屬底火薄膜被壓破，從而點(diǎn)燃底火和發(fā)射藥，以此發(fā)射榴彈。

該機(jī)槍和榴彈發(fā)射器與導(dǎo)氣室的相聯(lián)通的孔分別設(shè)置為A孔和B孔。通過(guò)改變A、B兩孔孔徑研究對(duì)榴彈發(fā)射的初速度的影響，方案一設(shè)置直徑3 mm的孔A和3 mm的孔B各一個(gè)，此為榴彈低速發(fā)射。方案二設(shè)置兩個(gè)直徑8 mm的孔A和一個(gè)直徑5 mm的孔B，此為榴彈高速發(fā)射。導(dǎo)氣孔A、B如圖1所示。

圖1 導(dǎo)氣孔A、B示意圖

2 機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器仿真模型建立

2.1 仿真模型的建立

對(duì)于的模型的仿真分析主要用ADAMS軟件。仿真模型的建立有多種方法［2］，但由于機(jī)槍下掛的榴彈發(fā)射器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件較多，因而直接采用在SolidWorks中建立實(shí)體模型，12.7 mm機(jī)槍下掛35 mm榴彈發(fā)射器實(shí)體裝配圖如圖2。將總裝配體另存為為Parasolid（*.x_t）格式導(dǎo)入ADAMS/View中，完成仿真模型的建立。

圖2 12.7 mm機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器實(shí)體裝配圖

2.2 模型約束和載荷添加

對(duì)于已建立好的模型，需要對(duì)零件間添加約束來(lái)限制他們的相對(duì)運(yùn)動(dòng);同時(shí)需要添加載荷來(lái)檢查運(yùn)動(dòng)副的響應(yīng)。通過(guò)Matlab軟件編程獲取機(jī)槍和榴彈發(fā)射器的膛內(nèi)壓力曲線。由于篇幅有限，不具體詳述。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 低速情況下武器系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真分析

對(duì)于低速條件下的發(fā)射，設(shè)定直徑3 mm的孔A和3 mm的孔B各一個(gè)。

a）武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)角度

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)角度，如圖3所示。

圖3 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口跳動(dòng)角度

在圖3中得到:槍口上下跳動(dòng)的角度，t=2.1 ms時(shí)，θ1=0.023 8°，在t=5.03 ms時(shí)，θ2=0.106 5 °。當(dāng)前取子彈離開(kāi)槍口和榴彈離開(kāi)榴彈發(fā)射器時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)角度。

b）武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的上下跳動(dòng)距離

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的上下跳動(dòng)距離，如圖4所示。

圖4 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口上下跳動(dòng)距離

因武器系統(tǒng)發(fā)射時(shí)，因?yàn)闀r(shí)間間隔比較短，所以從上圖只要取子彈離開(kāi)槍口時(shí)，即t=2.1 ms時(shí)，槍口上下跳動(dòng)的距離，從圖4 得出:t=2.1 ms時(shí)，H=0.378 mm。

c）維持三腳架前腳架穩(wěn)定所需的力

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時(shí)，三腳架前腳架的受力圖，如圖5所示。

圖5 三腳架前腳架的受力圖

從圖5得出:三腳架前腳受力的情況，要想保持三腳架穩(wěn)定，則要取上圖中的最大力Fmax=7 229 N。

d）槍托上的抵肩力

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時(shí)，作用在槍托上后坐力圖，如圖6所示。

圖6 槍托上的后坐力圖

從圖6得出:機(jī)槍槍托上的后坐力情況，取圖中的最大受力Fmax=815 N。

e）機(jī)槍子彈出槍口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度

在機(jī)槍子彈出槍口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度，如圖7所示。

圖7 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口跳動(dòng)速度

當(dāng)子彈離開(kāi)槍口時(shí)，即t=2.1 ms時(shí)，槍口上下跳動(dòng)的速度，從圖 5、3、10 得出:t=2.1 ms時(shí)，V1=0.462 m/s。

f）榴彈離開(kāi)榴彈發(fā)射器膛口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度

機(jī)槍子彈出槍口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度，如圖8所示。

圖8 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口跳動(dòng)速度

當(dāng)榴彈離開(kāi)榴彈發(fā)射器膛口時(shí)，即t=5.03 ms時(shí)，機(jī)槍槍口上下跳動(dòng)的速度，V2=0.792 m/s。

3.2 高速情況下武器系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真分析

對(duì)于高速條件下的發(fā)射，設(shè)定兩個(gè)直徑8 mm的孔A和一個(gè)直徑5 mm的孔B。

a）武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)角度

武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)角度，如圖9所示。

圖9 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口跳動(dòng)角度

在圖9中得到:槍口上下跳動(dòng)的角度，t=2.1 ms時(shí)，θ1=0.023 9°;t=3.3 ms時(shí)，θ2=0.043 °。當(dāng)前取子彈離開(kāi)槍口和榴彈離開(kāi)榴彈發(fā)射器時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)角度。

b）機(jī)槍槍口的上下跳動(dòng)距離

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)擊發(fā)時(shí)，機(jī)槍槍口的上下跳動(dòng)距離，如圖10所示。

圖10 武器射擊時(shí)機(jī)槍槍口上下跳動(dòng)距離

取子彈離開(kāi)槍口時(shí)，即t=2.1 ms時(shí)，槍口上下跳動(dòng)的距離，H=0.377 6 mm。

c）維持三腳架前腳架穩(wěn)定所需的力

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時(shí)，三腳架前腳架的受力圖，如圖11所示。

圖11 三腳架前腳架的受力圖

從圖11得出:三腳架前腳受力的情況，要想保持三腳架穩(wěn)定，則要取上圖中的最大力Fmax=6 962 N。

d）槍托上的抵肩力

通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時(shí)，作用在槍托上后坐力圖，如圖12所示。

圖12 槍托上的后坐力圖

從圖12得出:機(jī)槍槍托上的后坐力情況，取圖中的最大受力Fmax=843 N。

e）機(jī)槍子彈出槍口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度

機(jī)槍子彈出槍口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度，如圖13所示。

圖13 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口跳動(dòng)速度

當(dāng)子彈離開(kāi)槍口時(shí)，即t=2.1 ms時(shí)，槍口上下跳動(dòng)的速度，V1=0.359 m/s。

f）榴彈離開(kāi)榴彈發(fā)射器膛口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度

機(jī)槍子彈出槍口時(shí)，機(jī)槍槍口的跳動(dòng)速度，如圖14所示。

圖14 武器系統(tǒng)射擊時(shí)機(jī)槍槍口跳動(dòng)速度

當(dāng)榴彈離開(kāi)榴彈發(fā)射器膛口時(shí)，即t=5.03 ms時(shí)，機(jī)槍槍口上下跳動(dòng)的速度，V2=0.131 m/s。

4 結(jié)論

將高低速下機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器的不同發(fā)射情況和表1中12.7 mm機(jī)槍無(wú)下掛的仿真結(jié)果做對(duì)比。得出機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器在高低速下發(fā)射和無(wú)下掛進(jìn)行對(duì)比結(jié)果如表1所示。

1）不管高速還是低速發(fā)射的槍口跳動(dòng)角度都比無(wú)下

掛時(shí)大;有下掛時(shí)，子彈出槍口（2.1 s時(shí)）低速和高速情況下槍口跳動(dòng)角度相近，但榴彈出膛口時(shí)（5.03 s時(shí)）高速下槍口跳動(dòng)角度比低速下降低了59.6%。

2）射槍口跳動(dòng)距離有所變化，低速情況下發(fā)比無(wú)下掛時(shí)下增大了16.6%，高速情況下增大了16.5%。

3）三腳架前腳架維持穩(wěn)定力都有所變化，低速情況下穩(wěn)定力比無(wú)下掛增大9.2%，高速情況下增大了5.2%。

4）槍托抵肩力也必然會(huì)相較于無(wú)下掛時(shí)增大，低速情況比無(wú)下掛時(shí)增大0.5%，高速情況下增大3.9%。

5）除了榴彈出膛口高速發(fā)射時(shí)槍口跳動(dòng)速度降低外，其他發(fā)射情況下跳動(dòng)速度較無(wú)下掛時(shí)均有所增大。其中子彈出槍口時(shí)高速情況下的槍口跳動(dòng)速度比低速時(shí)降低了22.3%，榴彈出膛口時(shí)高速情況下槍口跳動(dòng)速度比低速時(shí)降低了83.5%。

綜上分析，機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器時(shí)考察的各個(gè)參數(shù)值大多數(shù)情況下均不同幅度增大;高速情況下發(fā)射時(shí)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性和精度要優(yōu)于低速情況下的發(fā)射，高速發(fā)射下對(duì)于抵肩力比低速發(fā)射要大，可以采用彈簧或液壓緩沖器降低。

表1 機(jī)槍下掛榴彈發(fā)射器在高低速下發(fā)射和無(wú)下掛進(jìn)行對(duì)比結(jié)果對(duì)比表

［1］楊曉紅.自動(dòng)榴彈發(fā)射器發(fā)展評(píng)析［J］.輕兵器.2006（3）:8－9.

［2］郭衛(wèi)東.虛擬樣機(jī)與ADAMS應(yīng)用實(shí)例教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［3］陳德民，魁創(chuàng)鋒，張克濤.精通ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.

［4］于道文，涂光蘇，殷仁龍.自動(dòng)武器學(xué)（自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)分冊(cè)）［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1992.