寧延平，李運濤，徐 娟，王 舉，呂佼珂

(西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099)

隨著現(xiàn)代軍事技術的發(fā)展，要發(fā)揮防空高炮近程防空最后一道屏障的作用，就必須提高火力部分的威力，因此，高射速自動機與高速供彈技術在高炮中的應用成為必然。由于新一代防空高炮信息化程度要求不斷提高，固有平臺空間內需要集成容納物體越來越多，同時在高射頻的要求下，攜彈數(shù)量也越來越多[1-2]。

目前，小口徑高炮使用的存儲供彈系統(tǒng)存在以下不足：炮彈只可存儲在供彈機附近的空間內，攜彈數(shù)量少；炮彈從存儲空間進入供彈機的路線長，供彈阻力大，某種程度上降低了火炮射頻；操作維修困難。

針對目前存儲供彈系統(tǒng)存在的問題[3-4]，并結合軍事發(fā)展需求，筆者提出了一種新型旋轉存儲供彈系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但滿足全程高射速情況下輸彈動作平穩(wěn)，拖彈阻力小，而且結構緊湊，輸彈時間短，攜彈量大，并且操作維修方便。

1 總體設計方案

旋轉存儲供彈系統(tǒng)主要由小彈倉、旋轉機構、承載機構、控制機構及手-機轉換機構等組成，如圖1所示。

1.1 工作原理

旋轉存儲供彈系統(tǒng)工作時，手-機轉換機構處于“機動”狀態(tài)，存儲彈箱中的4個小彈倉存儲滿炮彈，小彈倉內的最后一發(fā)炮彈卡在抱彈機構中?；鹋谏鋼魰r，當某個小彈倉中的最后一發(fā)炮彈被拉起，最后一發(fā)炮彈剛剛脫離開抱彈機構，存儲彈箱旋轉信號觸發(fā)，旋轉機構帶動存儲彈箱開始旋轉，如圖2所示。當旋轉至下個小彈倉中部與進彈口位置相對應時，傳感器發(fā)出存儲彈箱旋轉到位信號，存儲彈箱旋轉停止。

1.2 抱彈機構

旋轉存儲供彈系統(tǒng)中解決的重要問題是如何保證供彈時旋轉控制信號的可靠輸出，防止因射擊控制方式不同、操作的失誤及射擊故障而導致旋轉存儲供彈系統(tǒng)誤旋轉，針對以上問題設計了可多次重復使用，可自我鎖定的抱彈機構，如圖3所示。抱彈機構中活動卡手與固定卡手形成的大半圓箍包裹住小彈倉中最后一發(fā)炮彈，使得最后一發(fā)炮彈輸彈前可靠定位，保證炮彈在供彈過程中進入進彈口的位置不發(fā)生改變，從而保證了整個供彈過程平穩(wěn)。當最后一發(fā)炮彈一旦脫離抱彈機構時，鎖軸自動伸出，卡擋住活動卡手，除人工操作干預外，任何情況都不會出現(xiàn)開關誤觸動，誤給出旋轉信號，保證了旋轉信號的可靠性。同時活動卡手與固定卡手多次重復使用后性能可靠，沒有變形，卡彈到位信號輸出可靠。

1.3 存儲彈箱及攜彈量計算

考慮人-機-環(huán)設計要求及系統(tǒng)總體對攜彈數(shù)量的要求，存儲彈箱[4-7]由4個設計角度為75°的小彈倉組成，存儲彈箱共計300°，剩余的60°作為驅動部分的安裝空間以及后續(xù)操作維修用。

炮彈之間由彈鏈連接，呈“∽”型排列在存儲彈箱中。兩發(fā)由彈鏈連接的炮彈中心距為L，根據(jù)安裝平臺總體空間尺寸，炮彈以圓周排列，其彈鏈連接處直徑為D，帶彈鏈的兩層炮彈面對面時的中心距為C1，帶彈鏈的兩層炮彈背對背時的中心距為C2，則經彈鏈連接的兩層炮彈中心距為C：

(1)

存儲彈箱總高度為H，根據(jù)以往工程實踐，容彈系數(shù)選為1.1，則有：

(2)

(3)

式中：n為存貯彈箱中可共存儲炮彈的層數(shù)；T為總的攜彈量數(shù)。

根據(jù)目前35 mm炮彈通用尺寸及已定型產品總體空間尺寸，存儲彈箱可容納600發(fā)炮彈。

1.4 旋轉存儲供彈系統(tǒng)變形計算

旋轉存儲供彈系統(tǒng)變形主要是承載機構的變形，針對其使用工況，計算模擬方位電機急起加速度的影響，將其過程簡化為線性加速過程，則角加速度為

(4)

考慮方向機電機2倍調轉加速度，將4個小彈倉、手-機轉化機構和電機減速機構簡化為質點，計算模型如圖4所示，約束承載機構與其安裝連接面3個方向位移。

通過對承載機構受力變形和等效應力的計算，結果表明：

1)在2倍過載方向電機調轉急起加速度作用下，旋轉承載供彈系統(tǒng)變形較小，最大變形0.5 mm，具有較好的剛度。

2)結構整體應力水平較低，最大等效應力77.4 MPa，且高應力區(qū)域較小，結構有足夠的強度儲備。

1.5 小彈倉供彈過程的可靠性

1.5.1 輸彈鏈約束設計

小彈倉內腔設計為75°扇形結構，輸彈鏈呈“∽”型布置在小彈倉內，彈首指向回轉中心，為防止和減小輸彈鏈在供彈過程擺動，彈倉內腔徑向尺寸設計為炮彈全長加大10 mm, 限制輸彈鏈的徑向擺動。輸彈鏈主要是指沿彈倉圓周方向擺動，分兩種情況分析：

1)在小彈倉中最后一發(fā)炮彈未脫離抱彈機構之前，隨著射擊，倉內運動的輸彈鏈不斷加長，輸彈鏈擺動趨勢加大，由于大多數(shù)炮彈留在小彈倉中，供彈過程中輸彈鏈受倉內剩余輸彈鏈的牽制、自重的影響，運動的輸彈鏈擺動量很小，當供彈接近最后一層輸彈鏈時，運動的輸彈鏈因受進彈口和抱彈機兩點的約束和揚彈機拉力F1和拉力F2的作用，輸彈鏈擺動量只有10 mm左右，對供彈不影響。

2)在倉內最后一發(fā)炮彈脫離抱彈機構后，這時輸彈鏈呈“擺鐘”自由狀態(tài)，小彈倉開始旋轉，此時輸彈鏈擺動幅度應最大，但由于自由狀態(tài)時間很短，瞬間又受到下一個彈倉內彈鏈的拖拽，輸彈鏈又恢復到平穩(wěn)狀態(tài)。最后一發(fā)炮彈脫離抱彈機構受力狀態(tài)如圖5所示。

1.5.2 擺放的防“低頭”設計

為了具有好的彈形系數(shù)和減小抽殼阻力，35 mm制式彈藥的彈殼外形有一定的錐度，這樣輸彈鏈炮彈在彈倉內擺裝時隨著擺放層數(shù)的增多，炮彈殼錐度被逐步放大，使得最頂層炮彈的傾斜角度越來越大，出現(xiàn)彈首“低頭”現(xiàn)象，這樣有可能低頭彈藥的彈丸部分插入下層炮彈的縫隙中，造成供彈阻力增大，并有可能發(fā)生輸彈鏈卡滯現(xiàn)象。

針對此問題，在彈倉底板靠近炮彈的2/3處增設了一個扇形斜面,如圖6所示，裝彈時首先使底層彈增加了約30°傾角，也讓后續(xù)彈層重心不斷向彈底緣方向移動，這樣不但解決了輸彈鏈“低頭”問題，同時也增加了小彈倉的剛度。

經過兩輪試驗驗證，累計射彈10 385發(fā)，整個射擊試驗中，小彈倉供彈通暢、平穩(wěn)，無卡滯現(xiàn)象。

2 控制系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)設計

旋轉存儲供彈系統(tǒng)需要滿足1 100～1 300發(fā)/min的供彈匹配性控制要求，且在火炮任何工作狀態(tài)下，存儲供彈系統(tǒng)均能與其匹配工作。系統(tǒng)主要包括存儲彈箱的啟?？刂?，每個小彈倉的彈盡告警開關控制、小彈倉旋轉到位控制、小彈倉旋轉軟保護和異常報警指示等。電氣控制系統(tǒng)組成圖如圖7所示。

電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制器控制存儲彈箱的旋轉，并在旋轉機構部位安裝4個行程開關，在承載機構部位安裝一個傳感器，保證存儲彈箱旋轉供彈的連續(xù)性與流暢性。其中4個小彈倉的彈盡開關安裝在旋轉機構下方[8-9]，承載機構外圈安裝有一個非接觸式傳感器。彈盡開關用于對每個小彈倉是否有炮彈進行判斷，當該開關開始作用時，表示這個小彈倉的炮彈已射擊完，小彈倉應開始旋轉。當旋轉至非接觸式傳感器發(fā)出到位信號后，小彈倉旋轉停止。其控制流程圖如圖8所示。

此外，系統(tǒng)還設有小彈倉旋轉軟保護措施，當小彈倉開始旋轉時計時開始，旋轉過程中對這個時間進行判斷，當大于一定值時，小彈倉必須停止旋轉。

2.2 保護時間設定

旋轉存儲供彈系統(tǒng)中軟件控制系統(tǒng)的保護功能也是重點設計對象。根據(jù)實際試驗測量，空載及滿載時4個小彈倉(標號1#、2#、3#、4#)旋轉到位停止時間如表1、2所示。

表1 空載狀態(tài)小彈倉旋轉時間測量結果

表2 滿載狀態(tài)小彈倉旋轉時間測量結果

從表1和表2可以看出：空載時小彈倉旋轉到停位所需時間在4.84 s附近波動；滿載時小彈倉旋轉到停位所需時間在5 s附近波動。保護時間設計原則為：保證小彈倉能正常旋轉到位，不能連續(xù)旋轉超過兩個停位。綜合考慮后將保護時間設定為7 s，經樣機試驗驗證，該設計設定合理可行。

3 結束語

筆者通過對目前小口徑高炮使用的存儲供彈系統(tǒng)存在的問題進行分析，提出了一種可以旋轉式供彈的新型旋轉存儲供彈系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使得炮彈集中在進彈口處給供彈系統(tǒng)進行供彈，縮短了供彈線路，提高了供彈可靠性，增加了容彈量；通過對供彈過程及裝彈狀態(tài)平衡分析，得出使用抱彈機構和在小彈倉底部增加扇形平面能大幅度提高存儲彈箱的裝彈可靠性；通過試驗驗證出存儲彈箱旋轉到位控制的合理時間，保證旋轉供彈的安全性。目前該系統(tǒng)已經成功應用于某型裝備中，可以為后續(xù)其他小口徑高炮存儲供彈系統(tǒng)的研制提供參考。