高射頻步槍對(duì)槍口響應(yīng)分析范文
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《計(jì)算機(jī)輔助工程雜志》2014年第三期
在人體被動(dòng)響應(yīng)的300ms時(shí)間內(nèi)，射頻分別為600，1000，1200和1500發(fā)/min時(shí)，槍口的上下位移情況見(jiàn)圖2，其中600發(fā)/min為3連發(fā)，其他為5連發(fā)．在不同射頻下槍口上下最大位移的比較見(jiàn)表1，可知，在不同射擊頻率下槍口跳動(dòng)規(guī)律類似:隨著射彈發(fā)數(shù)增加，槍口位移逐漸增大，是由前一發(fā)對(duì)后一發(fā)影響的累加造成的;第1發(fā)彈發(fā)射時(shí)，隨著射頻增加，槍口最大跳動(dòng)反而減小，是由于當(dāng)射頻增加時(shí)一個(gè)循環(huán)周期時(shí)間變短，人體還未做出相應(yīng)反應(yīng);后幾發(fā)彈發(fā)射時(shí)，隨著射頻增加跳動(dòng)加大，是由于槍械射頻越快人體在相同時(shí)間內(nèi)所承受的沖擊能量越大，槍口的跳動(dòng)也相應(yīng)增大．在槍口最大位移發(fā)生的時(shí)刻，彈丸仍在槍管中運(yùn)動(dòng)，還未到達(dá)槍口，實(shí)際上彈丸出槍口瞬間槍口的跳動(dòng)情況直接影響射擊精度．彈丸出槍口瞬間槍口上下位移值比較見(jiàn)表2，可知:第1發(fā)彈出槍口瞬間，槍口位移相同;隨著射頻增大，第2，3和4發(fā)彈的槍口位移逐漸減小，第5發(fā)彈位移反而增大．因此，在3發(fā)點(diǎn)射的情況下射頻增加對(duì)槍口精度有利。
2槍械緩沖參數(shù)對(duì)槍口跳動(dòng)的影響
射頻提高，槍械后坐力必然增加．通過(guò)增加全槍緩沖機(jī)構(gòu)，減小后坐力，可進(jìn)一步降低槍口跳動(dòng)．分析在同一高射頻下(1200發(fā)/min)有槍械緩沖裝置(剛度為1．2N/mm，預(yù)壓力為100N)和無(wú)槍械緩沖裝置時(shí)槍口的跳動(dòng)情況，結(jié)果見(jiàn)圖3，可知，前3發(fā)，由于緩沖裝置的作用，后坐力減小，槍口跳動(dòng)減小，而最后兩發(fā)槍口跳動(dòng)反而增加．因此，在高射頻下槍械緩沖裝置緩沖對(duì)3發(fā)點(diǎn)射的槍口跳動(dòng)有利．造成上述分析最后2發(fā)彈槍口跳動(dòng)增加的原因是:由于槍械緩沖裝置與人體彈性系統(tǒng)為2個(gè)緩沖系統(tǒng)，兩者相互作用位移疊加．如何進(jìn)行槍械系統(tǒng)與人體系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)匹配是研究的關(guān)鍵．分析不同槍械緩沖裝置參數(shù)對(duì)槍口跳動(dòng)的影響:在同一高射頻(1200發(fā)/min)下，不同全槍緩沖簧預(yù)壓力F，剛度k和緩沖行程L對(duì)槍口上下跳動(dòng)的影響．大部分研究［1-4］采用獨(dú)立分析某一參數(shù)、其他參數(shù)取固定值的方法，忽略參數(shù)之間的相互影響．實(shí)際上F，k和L對(duì)槍口跳動(dòng)的影響并不獨(dú)立，其他參數(shù)的不同取值對(duì)所分析參數(shù)的影響很大．剛度對(duì)槍口上下位移的影響見(jiàn)圖4，可知，在不同的預(yù)壓力下剛度對(duì)槍口上下位移的影響規(guī)律不同．由圖4可知:(1)在剛度值超過(guò)2．4N/mm或預(yù)壓力值超過(guò)300N時(shí)，剛度值變化對(duì)槍口跳動(dòng)的影響差別不大;在預(yù)壓力值超過(guò)400N時(shí)，預(yù)壓力值變化對(duì)槍口跳動(dòng)的影響差別不大，原因是剛度和預(yù)壓力足夠大后，接近剛性接觸，緩沖作用大大降低;(2)在剛度值和預(yù)壓力都偏小時(shí)，跳動(dòng)最大．在預(yù)壓力較小的情況下，剛度越小槍口跳動(dòng)越小，但剛度越小所需工作行程越大．考慮到槍械的整體結(jié)構(gòu)，緩沖裝置工作行程不可能無(wú)限制放大．一旦槍械總體結(jié)構(gòu)確定，緩沖裝置最大工作行程是一定的．分析考慮緩沖裝置工作行程的影響情況．圖5(a)和5(b)分別是預(yù)壓力為50和100N時(shí)，在不同緩沖裝置最大工作行程下剛度與槍口上下位移的對(duì)應(yīng)曲線．由圖5可知:(1)在剛度和預(yù)壓力較小時(shí)，緩沖裝置工作行程對(duì)槍口跳動(dòng)影響較大，是因?yàn)閯偠群皖A(yù)壓力較小時(shí)，槍械與限位裝置產(chǎn)生碰撞，對(duì)槍口跳動(dòng)產(chǎn)生影響．(2)圖5(a)中在剛度值達(dá)到a1值之前，行程越長(zhǎng)槍口跳動(dòng)越小，是因?yàn)閯偠仍叫≡饺菀鬃矒粝尬谎b置，行程越長(zhǎng)到達(dá)限位裝置前的速度越低，撞擊力變小，槍口跳動(dòng)也小;當(dāng)剛度超過(guò)a2值后，行程越長(zhǎng)槍口跳動(dòng)越大，是因?yàn)閯偠茸兇螅竭_(dá)限位裝置的時(shí)間長(zhǎng)，在整個(gè)前3發(fā)射擊過(guò)程中，槍械均處于緩沖的后坐行程，因此位移逐發(fā)累計(jì)造成跳動(dòng)加大．(3)在圖5(b)和5(c)中，剛度值達(dá)到b以后，行程對(duì)槍口跳動(dòng)的影響基本相同，是由于剛度變大，槍械與限位裝置沒(méi)有碰撞．
3參數(shù)靈敏度分析和優(yōu)化
基于以上對(duì)F，k和L的影響分析可知，需要進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)計(jì)變量的參數(shù)靈敏度分析．進(jìn)行參數(shù)靈敏度分析可避免參數(shù)修改中的盲目性，提高設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)成本，也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)．［5］本文所建立的多體動(dòng)力學(xué)模型為非線性模型，設(shè)計(jì)參數(shù)在不同取值范圍時(shí)的敏感性不同．不同F(xiàn)，k和L對(duì)槍口上下跳動(dòng)的參數(shù)敏感性分析結(jié)果見(jiàn)圖6～8，可知，總體上參數(shù)敏感性排序?yàn)閗，L和F．采用多島遺傳算法方法對(duì)這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到的最優(yōu)參數(shù)值為k=0．8N/mm，F(xiàn)=50N，L=90mm，槍口上下跳動(dòng)最優(yōu)值為25．05mm．
4結(jié)論
在3發(fā)點(diǎn)射情況下，射頻增加對(duì)槍口跳動(dòng)是有利的;與一般理解不同的是，在人體主動(dòng)態(tài)下槍械緩沖裝置減小后坐力，射手可對(duì)槍械實(shí)施良好地控制，但是在人體被動(dòng)態(tài)下槍械緩沖裝置對(duì)減小槍口跳動(dòng)并不是無(wú)條件的有利，只有槍械緩沖裝置與人體彈性系統(tǒng)良好的動(dòng)力學(xué)匹配才能有效減小槍口跳動(dòng)．值得一提的是，本文人-槍模型中人體的彈性系統(tǒng)與實(shí)際人體的彈性存在誤差，而且不同人體的彈性參數(shù)是有差別的，由于人體彈性參數(shù)對(duì)分析結(jié)果存在一定影響，這里的結(jié)論只能作為一定限定條件下的定性參考．
作者：王亞平張寧單位：南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
