唐建，廖振強，王濤

（南京理工大學(xué)機械工程學(xué)院，江蘇南京 210094）

0 引言

現(xiàn)在戰(zhàn)爭要求部隊機械化程度越來越高，對于能夠符合質(zhì)量輕、機動性好、射程遠、威力大等特點的12.7 mm的重機槍，無疑大有用途。而榴彈發(fā)射器——被人們認(rèn)識的被譽為“步兵槍炮”的優(yōu)秀單兵武器系統(tǒng)［1］，對面殺傷密度的提高，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步機槍下掛35 mm榴彈發(fā)射器，對其SolidWorks三維建模，運用ADAMS軟件仿真，其受力和仿真和實際基本一致，動態(tài)的分析發(fā)射過程中不同半徑的導(dǎo)氣孔對槍口穩(wěn)定性和射擊精度的影響［4］。

1 機槍下掛榴彈發(fā)射器原理

本文研究的機槍下掛榴彈發(fā)射器的原理是12.7 mm機槍在內(nèi)彈道期間產(chǎn)生的火藥氣體通過側(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)氣室壓力達到一定值時，榴彈金屬底火薄膜被壓破，從而點燃底火和發(fā)射藥，以此發(fā)射榴彈。

該機槍和榴彈發(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。通過改變A、B兩孔孔徑研究對榴彈發(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，此為榴彈低速發(fā)射。方案二設(shè)置兩個直徑8 mm的孔A和一個直徑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中建立實體模型，12.7 mm機槍下掛35 mm榴彈發(fā)射器實體裝配圖如圖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機槍下掛榴彈發(fā)射器實體裝配圖

2.2 模型約束和載荷添加

對于已建立好的模型，需要對零件間添加約束來限制他們的相對運動;同時需要添加載荷來檢查運動副的響應(yīng)。通過Matlab軟件編程獲取機槍和榴彈發(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)的動力學(xué)仿真分析

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

a）武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的跳動角度

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的跳動角度，如圖3所示。

圖3 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口跳動角度

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

b）武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的上下跳動距離

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的上下跳動距離，如圖4所示。

圖4 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口上下跳動距離

因武器系統(tǒng)發(fā)射時，因為時間間隔比較短，所以從上圖只要取子彈離開槍口時，即t=2.1 ms時，槍口上下跳動的距離，從圖4 得出:t=2.1 ms時，H=0.378 mm。

c）維持三腳架前腳架穩(wěn)定所需的力

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時，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

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時，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:機槍槍托上的后坐力情況，取圖中的最大受力Fmax=815 N。

e）機槍子彈出槍口時，機槍槍口的跳動速度

在機槍子彈出槍口時，機槍槍口的跳動速度，如圖7所示。

圖7 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口跳動速度

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

f）榴彈離開榴彈發(fā)射器膛口時，機槍槍口的跳動速度

機槍子彈出槍口時，機槍槍口的跳動速度，如圖8所示。

圖8 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口跳動速度

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

3.2 高速情況下武器系統(tǒng)的動力學(xué)仿真分析

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

a）武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的跳動角度

武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的跳動角度，如圖9所示。

圖9 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口跳動角度

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

b）機槍槍口的上下跳動距離

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)擊發(fā)時，機槍槍口的上下跳動距離，如圖10所示。

圖10 武器射擊時機槍槍口上下跳動距離

取子彈離開槍口時，即t=2.1 ms時，槍口上下跳動的距離，H=0.377 6 mm。

c）維持三腳架前腳架穩(wěn)定所需的力

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時，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

通過動力學(xué)仿真分析，得出武器系統(tǒng)發(fā)射時，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:機槍槍托上的后坐力情況，取圖中的最大受力Fmax=843 N。

e）機槍子彈出槍口時，機槍槍口的跳動速度

機槍子彈出槍口時，機槍槍口的跳動速度，如圖13所示。

圖13 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口跳動速度

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

f）榴彈離開榴彈發(fā)射器膛口時，機槍槍口的跳動速度

機槍子彈出槍口時，機槍槍口的跳動速度，如圖14所示。

圖14 武器系統(tǒng)射擊時機槍槍口跳動速度

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

4 結(jié)論

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

1）不管高速還是低速發(fā)射的槍口跳動角度都比無下

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

2）射槍口跳動距離有所變化，低速情況下發(fā)比無下掛時下增大了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相較于無下掛時增大，低速情況比無下掛時增大0.5%，高速情況下增大3.9%。

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

綜上分析，機槍下掛榴彈發(fā)射器時考察的各個參數(shù)值大多數(shù)情況下均不同幅度增大;高速情況下發(fā)射時設(shè)計穩(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 機槍下掛榴彈發(fā)射器在高低速下發(fā)射和無下掛進行對比結(jié)果對比表

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

［2］郭衛(wèi)東.虛擬樣機與ADAMS應(yīng)用實例教程［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.自動武器學(xué)（自動機設(shè)計分冊）［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1992.