姚養(yǎng)無

(中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,山西 太原 030051）

0 引 言

為了承載武器發(fā)射時(shí)的后坐力,大威力架座武器的架座一般為三腳式.架座武器的架座分為彈性架座和緩沖架座兩類.在槍身與架座之間通過剛性連接的架座稱為彈性架座,它是靠架座自身的彈性變形來吸收槍身的后坐能量.在槍身與架座之間通過緩沖裝置連接的架座稱為緩沖架座,它是靠緩沖裝置來吸收槍身的后坐能量,以減小后坐力.武器發(fā)射時(shí)后坐力的大小對架座的強(qiáng)度、架座的穩(wěn)定性和武器射擊精度等有著重要的影響.在架座武器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí),后坐力是必須要重點(diǎn)考慮的因素.為此,對武器發(fā)射時(shí)的后坐力進(jìn)行精確測試是非常必要的.

就測試架座武器在發(fā)射時(shí)的后坐力而言,目前普遍采用的方法是試驗(yàn)架測試法.在試驗(yàn)架測試法中,由于試驗(yàn)架的剛度及其支撐狀態(tài)等很難與被測武器的架座剛度及其支撐狀態(tài)達(dá)到一致,故用試驗(yàn)架測試法測量出的后坐力與武器發(fā)射時(shí)的實(shí)際后坐力有一定的差距.為此,本研究尋求一種能更準(zhǔn)確測試后坐力的武器架座測試法,以便對武器架座設(shè)計(jì)提供更加可靠的后坐力數(shù)據(jù).

1 架座武器后坐力的測試技術(shù)狀況

1.1 架座武器的后坐力

架座武器發(fā)射時(shí),架座阻止槍身向后坐的力稱為槍身的后坐阻力,而槍身對架座的作用力則稱為后坐推力,簡稱后坐力[1].后坐阻力與后坐力大小相等、方向相反、分別作用在不同的物體上.對于緩沖架座,后坐阻力包括槍身緩沖裝置產(chǎn)生的阻力和摩擦阻力等,其變化規(guī)律主要由槍身緩沖裝置的阻抗特性所決定.對于彈性架座,后坐阻力包括架座彈性變形的抗力,其變化規(guī)律主要由彈性架座的阻抗特性所決定.也就是說,架座武器發(fā)射時(shí)的后坐力與支承槍身的元件相關(guān)聯(lián).

1.2 架座武器后坐力的測試技術(shù)狀況

由于受武器結(jié)構(gòu)與空間的限制,在架座武器的耳軸處安裝測力傳感器直接進(jìn)行后坐力的測試是比較困難的,為此,目前普遍采用的后坐力測試方法是將槍身安裝在一專用后坐力試驗(yàn)架上,或利用力傳感器進(jìn)行直接測量,或利用應(yīng)變傳感器進(jìn)行間接測量.因這種后坐力測試法是用試驗(yàn)架來替代實(shí)際的武器架座,故存在較大的系統(tǒng)測量誤差.不過,在比對不同架座武器的后坐力大小時(shí),它不失為一種可行的方法.

2 試驗(yàn)架測試法的原理與分析

2.1 間接測試法[2,3]

2.1.1 測試系統(tǒng)組成

后坐力間接測試法的測試系統(tǒng)主要由后坐力試驗(yàn)架和測試子系統(tǒng)組成.后坐力試驗(yàn)架的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要由被測武器槍身、矩形斷面板簧、后支座、底座等組成.被測武器槍身的前支點(diǎn)與板簧固連,被測武器槍身的后支點(diǎn)可相對于后支座滑動(dòng).測試子系統(tǒng)主要由應(yīng)變式傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)及標(biāo)定裝置等組成.

圖1 后坐力間接測試法試驗(yàn)架結(jié)構(gòu)Fig.1 Construction of test stand fo r indirectmeasure of recoil force

圖2 后坐力直接測試法試驗(yàn)架結(jié)構(gòu)Fig.2 Construction of test stand for directmeasure of recoil force

2.1.2 后坐力測試方法

當(dāng)武器發(fā)射時(shí),彈底合力作用于彈丸使彈丸向前運(yùn)動(dòng),而膛底合力等則作用于槍身.由于板簧與槍身固連,作用于槍身的力必然傳到板簧上.板簧受力后產(chǎn)生彈性變形,引起應(yīng)變式傳感器的電阻變化,經(jīng)信號(hào)放大器放大后,用數(shù)據(jù)采集儀記錄.試驗(yàn)前用加載裝置對板簧進(jìn)行靜力標(biāo)定,確定出應(yīng)變與后坐力之間的對應(yīng)關(guān)系,即標(biāo)定系數(shù).利用武器射擊時(shí)測出的應(yīng)變曲線乘以標(biāo)定系數(shù)即可得到后坐力曲線.

2.2 直接測試法

2.2.1 測試系統(tǒng)組成

后坐力直接測試法的測試系統(tǒng)主要由后坐力試驗(yàn)架和測試子系統(tǒng)組成.后坐力試驗(yàn)架的結(jié)構(gòu)如圖2所示,它主要由被測武器槍身、槍身座、底座等組成.被測武器槍身與槍身座固連,槍身座可相對于底座滑動(dòng).測試子系統(tǒng)主要由力傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)及標(biāo)定裝置等組成.

2.2.2 后坐力測試方法

當(dāng)武器發(fā)射時(shí),彈底合力作用于彈丸使彈丸向前運(yùn)動(dòng),而膛底合力等則作用于槍身,而槍身后端面直接與傳感器前端面相接觸,引起力傳感器的參數(shù)變化,經(jīng)信號(hào)放大器放大后,用數(shù)據(jù)采集儀記錄.試驗(yàn)前用加載裝置對力傳感器進(jìn)行靜力標(biāo)定,確定出應(yīng)變與后坐力之間的對應(yīng)關(guān)系,即標(biāo)定系數(shù).利用武器射擊時(shí)測出的應(yīng)變曲線乘以標(biāo)定系數(shù)即可得到后坐力曲線.

2.3 測試特點(diǎn)分析

無論是間接測試法還是直接測試法,都可測試出武器發(fā)射時(shí)的后坐力時(shí)間曲線,便于了解武器發(fā)射時(shí)的后坐力變化規(guī)律.但根據(jù)后坐力的定義,試驗(yàn)架的剛度對后坐力的大小有較大影響,而試驗(yàn)架的剛度及支撐狀態(tài)等很難做到與被測武器架座的剛度及支撐狀態(tài)一致,故利用試驗(yàn)架所測得的后坐力大小與武器在架座上射擊時(shí)的實(shí)際后坐力大小存在較大誤差.

3 后坐力的架座測試法

由于試驗(yàn)架測試法測試后坐力的誤差主要來源于試驗(yàn)架剛度與被測武器架座剛度的不同,為此,本研究提出了一種更為精確的測試后坐力的新方法——架座測試法.架座測試法測試后坐力的原理就是直接將被測武器槍身安裝在原槍架座上,通過測試武器發(fā)射時(shí)架座架桿受力后的變形量來測試后坐力.

3.1 測試裝置組成[4]

后坐力架座測試法的測試裝置主要由被測武器和測試系統(tǒng)組成.被測架座武器的結(jié)構(gòu)如圖3所示.一般來講,它由槍身、搖架、托架、下架 /三腳架等組成.測試系統(tǒng)主要由應(yīng)變式傳感器、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集儀、計(jì)算機(jī)及標(biāo)定裝置等組成,其系統(tǒng)構(gòu)成如圖4所示.

3.2 后坐力測試方法

圖3 后坐力測試裝置Fig.3 Measure device of recoil force

架座武器發(fā)射時(shí),在火藥燃?xì)鈮毫ν苿?dòng)彈丸向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí),膛底合力作用于槍身,并傳至架座,使架座后架桿產(chǎn)生彈性變形.也就是說,后架桿的彈性變形可以反映架座武器發(fā)射時(shí)后坐力的大小.建立被測架座武器在發(fā)射時(shí)的有限元模型,經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算與分析,確定出架座后架桿變形量最大的部位.在后架桿變形量最大部位的上面和側(cè)面處分別粘貼電阻應(yīng)變片,組成半橋電路.為了測試出架座武器實(shí)彈射擊時(shí)的實(shí)際后坐力,將被測武器架座架設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)土質(zhì)的地面上.

根據(jù)定義,架座武器發(fā)射時(shí)的后坐力是槍身對架座的作用力,也就是槍身作用于搖架的力.為了得到后架桿安裝傳感器部位的應(yīng)變值與后坐力之間的對應(yīng)關(guān)系,即求出標(biāo)定系數(shù) K,在測試前應(yīng)進(jìn)行靜力標(biāo)定.通過加載裝置按一定的加載梯度給架座武器的搖架施加載荷 Fi,利用測試系統(tǒng)采集、記錄對應(yīng)的應(yīng)變值 hi.則標(biāo)定系數(shù)為

在實(shí)彈射擊測試時(shí),通過測試系統(tǒng)測出架座后架桿的應(yīng)變時(shí)間曲線 h=h(t),則架座武器的后坐力為在測試時(shí),測試系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)必須同系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)保持一致.

3.3 測試實(shí)例[5]

圖5 榴彈發(fā)射器后坐力測試曲線Fig.5 Cu rves of recoil force for a grenade launcher

根據(jù)后坐力架座測試法的原理,利用建立的自動(dòng)測試系統(tǒng),對某自動(dòng)榴彈發(fā)射器在連發(fā)射擊時(shí)進(jìn)行了后坐力測試,其后坐力測試曲線如圖5所示.

4 結(jié) 論

通過本研究工作可以得出以下結(jié)論:

1)利用架座測試法測試架座武器發(fā)射時(shí)的后坐力避免了試驗(yàn)架測試法用試驗(yàn)架代替實(shí)際架座所帶來的系統(tǒng)誤差,為準(zhǔn)確測試大威力架座武器的后坐力提供了新的測試方法;

2)本研究所提出的架座測試法適用于所有架座武器后坐力的測試.

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