高 波，郁永年，高 飛

(1.63961部隊(duì),北京 100012;2.西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099;3.駐咸陽(yáng)地區(qū)軍事代表室，陜西 咸陽(yáng) 712099))

在火炮射擊過程中，搖架的變形和運(yùn)動(dòng)是影響密集度的主要因素之一。

由于火炮的射擊載荷通過反后坐裝置傳遞給搖架，搖架的變形和運(yùn)動(dòng)又反過來(lái)又影響炮身的運(yùn)動(dòng)，因此反后坐裝置的設(shè)計(jì)和在搖架上的安裝方式的確定是火炮設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[1]。降低后坐阻力，保證火炮后坐運(yùn)動(dòng)的一致性在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中多有描述，但反后坐裝置在搖架上的固定方式討論很少。

本文通過對(duì)搖架變形及其與反后坐裝置相互作用的分析，闡述了反后坐裝置在搖架上不同安裝方式的利弊，提出了后固定的觀點(diǎn)，并結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了說(shuō)明。

1 基本設(shè)計(jì)要求

搖架在火炮發(fā)射過程對(duì)后坐部分具有支撐和導(dǎo)向作用，可以把火藥氣體13 ms時(shí)間內(nèi)300～500 t膛底壓力通過反后坐裝置轉(zhuǎn)換為0.1～0.3 s時(shí)間內(nèi)10～40 t的后坐阻力。假定火炮架體強(qiáng)度滿足射后不產(chǎn)生永久形變的要求，要實(shí)現(xiàn)火炮發(fā)射對(duì)彈丸的起始擾動(dòng)小、炮口點(diǎn)章動(dòng)一致，首先要求架體(包括搖架)在彈丸膛內(nèi)時(shí)期的彈性變形盡可能小，其次要求反后坐裝置施加于架體的后坐阻力盡可能一致，第三要避免膛內(nèi)時(shí)期高低機(jī)支反力產(chǎn)生換向，最后要求反后坐裝置在搖架中的布置要合理[2]。

架體(包括搖架)在彈丸膛內(nèi)時(shí)期的彈性變形盡可能小，一方面需要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、增加重量來(lái)提高架體(包括搖架)剛度，另一方面可以通過調(diào)整反后坐裝置設(shè)計(jì)、降低駐退機(jī)后坐阻力來(lái)減小變形。

反后坐裝置施加于架體的后坐阻力盡可能一致，需要優(yōu)化駐退機(jī)設(shè)計(jì)，特別是火炮連續(xù)射擊，駐退液溫度變化的條件下，應(yīng)保證液量調(diào)節(jié)器有效、可靠工作。

避免膛內(nèi)時(shí)期高低機(jī)支反力產(chǎn)生換向，需要通過合理設(shè)計(jì)和炮尾配重調(diào)整e值的大小和正負(fù)，做到平衡機(jī)力矩、后坐阻力矩、慣性力矩三者作用的方向一致，保證U力在膛內(nèi)時(shí)期方向一致。

反后坐裝置在搖架中的合理布置，既涉及到搖架本身的剛強(qiáng)度設(shè)計(jì)，又關(guān)系到平衡機(jī)、駐退機(jī)、復(fù)進(jìn)機(jī)、炮身、上架與搖架的相互裝配關(guān)系，對(duì)火炮發(fā)射落彈散布的影響不可忽視。因此，搖架設(shè)計(jì)一方面要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)保證搖架本身的剛強(qiáng)度足夠大，在裝配前后和發(fā)射過程產(chǎn)生的彈形變性控制在設(shè)計(jì)要求范圍，保證后坐各部分運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)順暢；另一方面要防止后坐阻力對(duì)搖架本體產(chǎn)生影響，特別是后坐阻力逆向傳導(dǎo)至搖架的前端，前后端變形不一致使得身管指向脫離初始位置，彈丸出炮口瞬間初始擾動(dòng)加劇、章動(dòng)角增大，散布變差[3-5]。

2 反后坐裝置與搖架連接方式對(duì)后坐運(yùn)動(dòng)的影響分析

圖1和圖2分別是某型火炮搖架本體和反后坐裝置裝配示意圖，假定搖架主筒前后銅套和平衡機(jī)支臂剛強(qiáng)度足夠，炮身在搖架內(nèi)沒有因架體變形而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)阻滯，單獨(dú)討論反后坐裝置與搖架連接對(duì)發(fā)射后坐的影響。

圖3為簡(jiǎn)化后的搖架結(jié)構(gòu)示意圖，前后套箍用以連接駐退機(jī)，炮身護(hù)筒用以支撐炮身，肩部為前后套箍和炮身護(hù)筒的連接部分，在此作為重點(diǎn)進(jìn)行分析。

駐退桿通過深孔與炮尾剛性連接，隨著炮身的后坐一起運(yùn)動(dòng)，由于炮尾同時(shí)連接火炮身管和退機(jī)駐退桿，其剛度完全可以保證駐退桿的運(yùn)動(dòng)和身管保持平行，也就是說(shuō)駐退桿被強(qiáng)制沿身管軸線運(yùn)動(dòng)。駐退桿后坐帶動(dòng)活塞壓縮液體形成高達(dá)35 t的后坐阻力，作用于筒端并通過后套箍肩部傳遞至搖架耳軸。下面就前后套箍與反后坐裝置的不同連接方式進(jìn)行分析。

2.1 前后套箍同時(shí)采用固定約束

前后套箍與駐退機(jī)同時(shí)采用固定連接(見圖4)，這種連接方式必須做到后套箍肩部剛度足夠大以保證后套箍不產(chǎn)生位移變形，后坐阻力不會(huì)通過駐退機(jī)筒傳遞到前套箍，前后套箍相對(duì)位置保持穩(wěn)定，可以保證駐退機(jī)正常運(yùn)動(dòng)。如果后套箍肩部受力變形，就會(huì)通過固連的駐退機(jī)筒把后坐阻力傳遞到前套箍，由于前套箍肩部連接剛度和后套箍存在差異，勢(shì)必會(huì)引起變形不一致，導(dǎo)致炮身護(hù)筒前端位置發(fā)生改變，特別是前套箍剛度較弱時(shí)會(huì)通過套筒帶動(dòng)身管指向的變化，影響火炮射擊的密集度。

因此，只有在后套箍剛度設(shè)計(jì)足夠大不產(chǎn)生變形或前后套箍剛度相同變形一致的情況下，采用前后套箍對(duì)駐退機(jī)同時(shí)進(jìn)行固定連接，可以保證駐退機(jī)工作正常且不會(huì)對(duì)身管的指向產(chǎn)生影響。在實(shí)際結(jié)構(gòu)上，由于后套箍受力后的變形不可避免，而前后套箍因結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的變形大小也各不相同，再加上駐退機(jī)筒剛度的影響，很難保證前后套箍變形的一致性。

2.2 后套箍采用固定約束且前套箍完全解除約束

后套箍采用固定約束且前套箍完全解除約束(見圖5)，發(fā)射后坐過程中，后套箍在后坐阻力的作用下出現(xiàn)“仰起”現(xiàn)象，帶動(dòng)駐退機(jī)筒向上運(yùn)動(dòng)，如某火炮駐退機(jī)筒因后套箍變形軸線上仰計(jì)算值約0.4°，導(dǎo)致前端上仰最大可達(dá)11.6 mm。而參與后坐的駐退桿被強(qiáng)制沿身管軸線運(yùn)動(dòng)，與駐退機(jī)筒接觸的活塞會(huì)下壓限制駐退機(jī)筒的抬升，活塞與駐退筒內(nèi)壁之間的壓力增大，摩擦阻力增加，拆檢后會(huì)發(fā)現(xiàn)，在駐退筒內(nèi)壁下表面和活塞銅頭下表面磨損大于上表面，活塞銅頭下部前端磨損較后端嚴(yán)重。

2.3 后套箍采用固定約束且前套箍軸向解除約束

后套箍采用固定約束且前套箍軸向解除約束(見圖6)，發(fā)射后坐過程中，后套箍在后坐阻力的作用下出現(xiàn)“仰起”現(xiàn)象，帶動(dòng)駐退機(jī)筒一方面向后運(yùn)動(dòng)，另一方面向上抬起。由于前套箍軸向約束解除，駐退筒后移不受限制，但前套箍徑向約束使得駐退機(jī)筒向上抬升無(wú)法實(shí)現(xiàn)，后坐過程駐退機(jī)筒就會(huì)出現(xiàn)“弓背”現(xiàn)象，筒徑水平方向變寬、垂直方向變窄，當(dāng)參與后坐的駐退桿被強(qiáng)制沿身管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，與駐退機(jī)筒接觸的活塞會(huì)下壓撫平駐退機(jī)筒的拱起并克服由此引起的變形，活塞與駐退筒內(nèi)壁上下之間的壓力增大，摩擦阻力增加，拆檢后會(huì)發(fā)現(xiàn)在駐退筒內(nèi)壁下表面和活塞銅頭下表面磨損大于左右兩側(cè)表面，活塞銅頭下部后端磨損較前端嚴(yán)重。

3 前后套箍同時(shí)采用固定約束以提高搖架剛度設(shè)計(jì)誤區(qū)分析

由于搖架是火炮后坐運(yùn)動(dòng)部分的安裝機(jī)構(gòu)，變形量的大小與炮身運(yùn)動(dòng)一致性直接相關(guān)，剛強(qiáng)度設(shè)計(jì)顯得尤為重要。為了提高搖架的剛度，設(shè)計(jì)中利用反后坐裝置駐退機(jī)和復(fù)進(jìn)機(jī)外筒的前后端與搖架前后套箍同時(shí)固定連接，或者另外增加反后坐裝置護(hù)筒，示意見圖4。這種連接必須做到后套箍肩部剛度足夠大保證后套箍不產(chǎn)生位移變形，后坐阻力不會(huì)通過駐退機(jī)筒傳遞到前套箍，前后套箍相對(duì)位置保持穩(wěn)定，可以保證駐退機(jī)正常運(yùn)動(dòng)。如果后套箍肩部受力變形，就會(huì)通過固連的駐退機(jī)筒把后坐阻力傳遞到前套箍，由于前套箍肩部連接剛度和后套箍存在差異，勢(shì)必會(huì)引起變形不一致，導(dǎo)致炮身護(hù)筒前端位置發(fā)生改變，特別是前套箍剛度較弱時(shí)會(huì)通過套筒帶動(dòng)身管指向的變化，影響火炮射擊的密集度。

對(duì)上述結(jié)構(gòu)建立力學(xué)模型說(shuō)明如下。圖7所示為典型質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

按照上述分析，改變反后坐裝置與搖架連接方式，將原來(lái)的前后套箍同時(shí)采用固定約束改為后套箍采用固定約束且前套箍軸向解除約束，并在前套箍增加徑向間隙，最大射程地面密集度橫向散布和縱向散布基本穩(wěn)定在要求范圍，改進(jìn)效果非常明顯。作為一致性考核的密集度試驗(yàn)的基本要求是射擊條件(包括火炮、彈藥、陣地、氣象等)保持一致。對(duì)火炮而言，需要重點(diǎn)關(guān)注反后坐裝置的設(shè)計(jì)和安裝方式，通過降低駐退機(jī)最大后坐阻力達(dá)到減小架體彈性變形、提高架體剛度的目的，保證駐退機(jī)液量調(diào)節(jié)器在駐退液溫度變化情況下可靠而有效工作，保證每次后坐運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一致性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)膛內(nèi)時(shí)期火炮和彈丸之間相互作用一致，盡可能做到彈丸出炮口瞬間的初始擾動(dòng)穩(wěn)定一致。

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