徐曉樂,劉樹華
(中北大學 機電工程學院,山西 太原 030051)
鑒于現代作戰(zhàn)模式與戰(zhàn)場環(huán)境中迫擊炮已成為陸戰(zhàn)場不可或缺的火力支援兵器,如何適應現代戰(zhàn)場環(huán)境成為迫擊炮研究的重點,其中輕量化是其主要方向之一。本文應用CAE技術對迫擊炮后坐復進運動進行分析,進而對迫擊炮射擊穩(wěn)定性進行分析和預測,為迫擊炮輕量化設計提供理論基礎。
通過分析迫擊炮后坐運動過程,得到其動力學微分方程如下:
其中:mh為全炮質量;x為后坐位移;Fpt為炮膛合力;FR為后坐阻力,FR=R(t)+Fc+Fz+Ff,R(t)為土壤抗力,Fc為阻尼力,Fz為緩沖簧的緩沖力,Ff為系統(tǒng)的摩擦力。
迫擊炮復進運動微分方程為:
圖1為迫擊炮緩沖機結構示意圖。
計算緩沖機彈簧力時,對后坐階段和復進階段分別計算。后坐階段緩沖機彈簧力為:
復進階段緩沖機彈簧力為:
其中:K1,K2,K3分別為緩沖結構中彈簧1,2,3的剛度;F1,F2分別為彈簧1,2的初始力;x為后坐位移,當x>0時,座鈑與土壤接觸,當x≤0時,座鈑與土壤不接觸。
圖1 迫擊炮緩沖機結構示意圖
圖2為基于Simulink的后坐系統(tǒng)仿真模型。
圖2 后坐系統(tǒng)仿真模型
本文的研究對象是迫擊炮在射角45°主射擊平面內的射擊穩(wěn)定性,利用ANSYS軟件對模型進行動力學分析,計算得到全裝藥時在硬土、中硬土、軟土3種土壤情況下后坐部分的位移、速度以及后坐阻力的變化曲線。
(1)圖3~圖5分別為硬土情況下后坐部分的速度、位移及后坐阻力的變化曲線。
(2)圖6~圖8分別為中硬土情況下后坐部分的速度、位移及后坐阻力的變化曲線。
(3)圖9~圖11分別為軟土情況下后坐部分的速度、位移及后坐阻力的變化曲線。
圖3 硬土時后坐部分速度v-t曲線
圖4 硬土時后坐部分位移x-t曲線
圖5 硬土時后坐阻力FR-t曲線
圖6 中硬土后坐部分速度v-t曲線
圖7 中硬土后坐部分位移x-t曲線
圖8 中硬土后坐阻力FR-t曲線
圖9 軟土后坐部分速度v-t曲線
圖10 軟土后坐部分位移x-t曲線
圖11 軟土后坐阻力FR-t曲線
表1為后坐部分在3種土壤中的運動極限值。由圖4、圖7和圖10可知:硬土中后坐部分跳離地面大約為4.80mm;中硬土中后坐部分復進回彈大約為3.60mm;在軟土中后坐部分沒有復進回彈。
表1 后坐部分在3種土壤中的運動極限值
本文應用ANSYS軟件對迫擊炮的后坐系統(tǒng)在3種類型土壤45°角射擊進行動力學仿真。數值計算結果很好地表明了迫擊炮在不同類型土壤射擊情況下的穩(wěn)定性,為下一步迫擊炮輕量化及其他優(yōu)化設計提供了參考。
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