李子明，徐迅之

(1.海軍裝備部西安局，陜西 西安 710043；2.海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

隨著反艦導(dǎo)彈技術(shù)的不斷發(fā)展，對小口徑反導(dǎo)艦炮的要求也越來越高，大幅度提高反導(dǎo)艦炮的射速，是提高反導(dǎo)命中和毀傷概率的有效手段[1-3]。俄羅斯的“嘎什坦”6管30 mm火炮及瑞士的7管25 mm火炮系統(tǒng)射速達到10 000發(fā)/min[4-5]，均采用雙聯(lián)裝轉(zhuǎn)管炮，其體積和后坐力大，精度差。如果增加管數(shù)和轉(zhuǎn)速，30 mm口徑的單轉(zhuǎn)管炮也可達到9 000～10 000發(fā)/min，且結(jié)構(gòu)緊湊、后坐力小、精度高，但技術(shù)難度增加，尤其是供彈系統(tǒng)的可靠性難以解決。為解決這一難題，采用雙向交替供彈方案，使其單向供彈速度減半，供彈受力減小，可靠性提高；其關(guān)鍵技術(shù)之一是活動導(dǎo)引的控制。本文重點對高速雙向交替供彈活動導(dǎo)引的控制技術(shù)進行研究。

1 高速雙向交替供彈原理

圖1為雙向交替供彈原理圖。左右彈鼓分別向撥彈輪4、6供彈，在撥彈輪2、3的中間上方有一活動導(dǎo)引，當左邊供彈時，將活動導(dǎo)引推向右邊，當右邊供彈時，將活動導(dǎo)引推向左邊，從而實現(xiàn)雙向交替供彈。

設(shè)轉(zhuǎn)管炮的射速為9 000發(fā)/min，每發(fā)炮彈使活動導(dǎo)引從左到右或從右到左擺動1次，擺動頻率為150次/s，可見活動導(dǎo)引的擺動頻率較高?？刂茖?dǎo)引擺動最簡單的辦法是利用左右供來的炮彈撞擊活動導(dǎo)引，使其快速擺動，到位后由擋塊擋住。

以活動導(dǎo)引回轉(zhuǎn)中心B與撥彈輪2、3的回轉(zhuǎn)軸心連線的垂直交點O點為坐標原點建立坐標系，炮彈撞擊活動導(dǎo)引時的尺寸及位置關(guān)系見圖2。

圖中，A為撥彈輪2或3的回轉(zhuǎn)軸心，D為炮彈橫斷面中心，F(xiàn)為炮彈與活動導(dǎo)引圓弧初始撞擊切點。

設(shè)：OA=AD=CD=68 mm,OB=75 mm,CF=88.2 mm;∠OBE=22.5°，∠ABC=45°，則:

AB=BC=101.237mm

AF=77.724mm，BF=23.67mm，β=7.45°。

又設(shè)ω1和ω2分別為活動導(dǎo)引和轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速，則:

ω1/ω2=AFcosβ/BF

ω1=AF×ω2cosβ/BF=29 297.3 (°)/s

由此可見，活動導(dǎo)引被撞擊后速度非常大，到位后高速撞擊擋塊，容易發(fā)生斷裂，其壽命無法得到保證。

雖然導(dǎo)引采用價格昂貴的超高強度合金鋼(σb為1 900 N/mm2)并在到位時用緩沖簧緩沖后，但其使用壽命僅能達到設(shè)計值的三分之一。另一方面，撞擊時活動導(dǎo)引對炮彈的反作用力較大，使炮彈在供彈接口中的運動狀態(tài)受到一定影響，降低了供彈可靠性。

2 活動導(dǎo)引控制裝置技術(shù)方案

上節(jié)分析表明：如果能夠控制活動導(dǎo)引有規(guī)律的擺動，減少其受力并避免與炮彈撞擊，則可提高活動導(dǎo)引壽命及供彈可靠性[6-8]。

控制活動導(dǎo)引的技術(shù)方案是在活動導(dǎo)引后位增加一個機械控制裝置(以下簡稱控制裝置)。該控制裝置主要由導(dǎo)引聯(lián)接器、轉(zhuǎn)輪1和2組成。導(dǎo)引聯(lián)接器固聯(lián)在活動導(dǎo)引后端，轉(zhuǎn)輪1與2相同，分別安裝在撥彈輪2、3的傳動軸上；每個轉(zhuǎn)輪上伸出3個桿，相隔120°均勻分布，其結(jié)構(gòu)原理見圖3。

圖中，活動導(dǎo)引在左位并即將右擺，此時右路炮彈(彈1)已脫離導(dǎo)引，隨后桿1轉(zhuǎn)動帶動導(dǎo)引聯(lián)接器(活動導(dǎo)引)擺動，桿1的N點從圖中位置到達導(dǎo)引聯(lián)接器的c點時，活動導(dǎo)引(擺動45°)到達并停在右位，隨后活動導(dǎo)引為彈2作導(dǎo)引，當桿1的M點到達導(dǎo)引聯(lián)接器的d點時，桿4的PQ弧與導(dǎo)引聯(lián)接器的gh弧接觸，繼續(xù)轉(zhuǎn)動時桿1脫離導(dǎo)引聯(lián)接器。當桿1轉(zhuǎn)動60°時，桿4的Q點到達導(dǎo)引聯(lián)接器的g點，開始重復(fù)上述動作，從而實現(xiàn)導(dǎo)引聯(lián)接器(活動導(dǎo)引)的有序擺動。

由圖3還可以看出，轉(zhuǎn)輪的桿越長，導(dǎo)引聯(lián)接器的擺動速度越快，擺動時間越短，起始點的撞擊速度和撞擊力越大，反之，起始點的撞擊速度和撞擊力越小，擺動時間越長。因此，在導(dǎo)引聯(lián)接器擺動過程中，活動導(dǎo)引不與炮彈干涉時盡量縮短桿長。

圖4是活動導(dǎo)引在左限位時控制裝置與炮彈的位置關(guān)系圖。

此時，

α=α0=22.5°,β=β0,θ=θ0

BD=88.2 mm，BG=68 mm，OE=45 mm，EF=3.34 mm

AO=BO=101.237mm，∠CBD= 39.56°

由圖4所示幾何關(guān)系可得彈1中心到活動導(dǎo)引的距離FG、活動導(dǎo)引轉(zhuǎn)動角度α的關(guān)系式為：

FG=[(BC+OEsinα-EFcosα-BGcosβ)2+(OC-OEcosα-EFsinα-BGsinβ)2]0.5

(1)

tanα=AH(AO-AHcosθ)-1sinθ

(2)

α=arctan{[sin(α0+θ0)-sinα0cos(θ0-ωt)]-1sinα0sin(θ0-ωt)}

(3)

式中，ω為轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速；t為時間。

當β由β0+∠GBD到β0的轉(zhuǎn)動過程中，活動導(dǎo)引不動，隨后活動導(dǎo)引在轉(zhuǎn)輪帶動下向右擺動，擺動45°后到右限位，此時，轉(zhuǎn)輪1、轉(zhuǎn)輪2及炮彈轉(zhuǎn)動2θ0，每發(fā)彈間隔60°，故:

∠CBD-β0=∠GBD=60°-2θ0

β=β0-ωt=2θ0-20.44-ωt

(4)

將式(3)、式(4)帶入式(1)，選取不同的ωt和θ0，計算結(jié)果如表1。

表1 不同的ωt和θ0時 FG的值 mm

只要FG的值大于炮彈的半徑，即可保證活動導(dǎo)引與炮彈不干涉。取FG最小距離不小于22 mm(留2 mm余量)，初始角θ0選17.5°滿足要求。

將θ=17.5°帶入式(2)，可得對應(yīng)桿長AO=60.3 mm。

3 計算與分析

根據(jù)式(2)，得 ：

α=arctan{[AO(AH)-1-cos(θ0-ωt)]-1sin(θ0-ωt)}

令k=AO/AH，并對上式求導(dǎo)可得出活動導(dǎo)引的轉(zhuǎn)速ω3為：

ω3=ω[1-kcos(θ0-ωt)][k2+1-2kcos(θ0-ωt)]-1

當θ0-ωt=0°時，ω3達到最大值，其絕對值為:

|ωmax|=11 080.8 (°)/s

可見改進后活動導(dǎo)引的最大速度比原方案低，下降比例為:

K1=(ω1-ωmax)/ω1×100% =54.8%

當t=0時，ω3為初始速度，其絕對值為:

|ω0|=6 919.2 (°)/s

此轉(zhuǎn)速也是活動導(dǎo)引擺動到位時的轉(zhuǎn)速，由此可見，起始點的撞擊速度比原方案炮彈撞擊活動導(dǎo)引的速度大幅度降低，下降比例為:

K2=(ω1-ω0)/ω1×100%=76.38%

4 結(jié) 論

增加控制裝置可有效降低活動導(dǎo)引的撞擊速度和最大速度，從而大幅度減小了活動導(dǎo)引受到的載荷，提高其使用壽命，另一方面，改進方案避免了炮彈與活動導(dǎo)引的撞擊，使供彈可靠性得到提高。

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