高射頻步槍對槍口響應分析范文

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《計算機輔助工程雜志》2014年第三期

1射頻對槍口響應的影響

在人體被動響應的300ms時間內，射頻分別為600，1000，1200和1500發/min時，槍口的上下位移情況見圖2，其中600發/min為3連發，其他為5連發．在不同射頻下槍口上下最大位移的比較見表1，可知，在不同射擊頻率下槍口跳動規律類似:隨著射彈發數增加，槍口位移逐漸增大，是由前一發對后一發影響的累加造成的;第1發彈發射時，隨著射頻增加，槍口最大跳動反而減小，是由于當射頻增加時一個循環周期時間變短，人體還未做出相應反應;后幾發彈發射時，隨著射頻增加跳動加大，是由于槍械射頻越快人體在相同時間內所承受的沖擊能量越大，槍口的跳動也相應增大．在槍口最大位移發生的時刻，彈丸仍在槍管中運動，還未到達槍口，實際上彈丸出槍口瞬間槍口的跳動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表2，可知:第1發彈出槍口瞬間，槍口位移相同;隨著射頻增大，第2，3和4發彈的槍口位移逐漸減小，第5發彈位移反而增大．因此，在3發點射的情況下射頻增加對槍口精度有利。

2槍械緩沖參數對槍口跳動的影響

射頻提高，槍械后坐力必然增加．通過增加全槍緩沖機構，減小后坐力，可進一步降低槍口跳動．分析在同一高射頻下(1200發/min)有槍械緩沖裝置(剛度為1．2N/mm，預壓力為100N)和無槍械緩沖裝置時槍口的跳動情況，結果見圖3，可知，前3發，由于緩沖裝置的作用，后坐力減小，槍口跳動減小，而最后兩發槍口跳動反而增加．因此，在高射頻下槍械緩沖裝置緩沖對3發點射的槍口跳動有利．造成上述分析最后2發彈槍口跳動增加的原因是:由于槍械緩沖裝置與人體彈性系統為2個緩沖系統，兩者相互作用位移疊加．如何進行槍械系統與人體系統的動力學匹配是研究的關鍵．分析不同槍械緩沖裝置參數對槍口跳動的影響:在同一高射頻(1200發/min)下，不同全槍緩沖簧預壓力F，剛度k和緩沖行程L對槍口上下跳動的影響．大部分研究［1-4］采用獨立分析某一參數、其他參數取固定值的方法，忽略參數之間的相互影響．實際上F，k和L對槍口跳動的影響并不獨立，其他參數的不同取值對所分析參數的影響很大．剛度對槍口上下位移的影響見圖4，可知，在不同的預壓力下剛度對槍口上下位移的影響規律不同．由圖4可知:(1)在剛度值超過2．4N/mm或預壓力值超過300N時，剛度值變化對槍口跳動的影響差別不大;在預壓力值超過400N時，預壓力值變化對槍口跳動的影響差別不大，原因是剛度和預壓力足夠大后，接近剛性接觸，緩沖作用大大降低;(2)在剛度值和預壓力都偏小時，跳動最大．在預壓力較小的情況下，剛度越小槍口跳動越小，但剛度越小所需工作行程越大．考慮到槍械的整體結構，緩沖裝置工作行程不可能無限制放大．一旦槍械總體結構確定，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)分別是預壓力為50和100N時，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應曲線．由圖5可知:(1)在剛度和預壓力較小時，緩沖裝置工作行程對槍口跳動影響較大，是因為剛度和預壓力較小時，槍械與限位裝置產生碰撞，對槍口跳動產生影響．(2)圖5(a)中在剛度值達到a1值之前，行程越長槍口跳動越小，是因為剛度越小越容易撞擊限位裝置，行程越長到達限位裝置前的速度越低，撞擊力變小，槍口跳動也小;當剛度超過a2值后，行程越長槍口跳動越大，是因為剛度變大，到達限位裝置的時間長，在整個前3發射擊過程中，槍械均處于緩沖的后坐行程，因此位移逐發累計造成跳動加大．(3)在圖5(b)和5(c)中，剛度值達到b以后，行程對槍口跳動的影響基本相同，是由于剛度變大，槍械與限位裝置沒有碰撞．

3參數靈敏度分析和優化

基于以上對F，k和L的影響分析可知，需要進一步進行設計變量的參數靈敏度分析．進行參數靈敏度分析可避免參數修改中的盲目性，提高設計效率、減少設計成本，也是優化設計的基礎．［5］本文所建立的多體動力學模型為非線性模型，設計參數在不同取值范圍時的敏感性不同．不同F，k和L對槍口上下跳動的參數敏感性分析結果見圖6～8，可知，總體上參數敏感性排序為k，L和F．采用多島遺傳算法方法對這3個參數進行優化，得到的最優參數值為k=0．8N/mm，F=50N，L=90mm，槍口上下跳動最優值為25．05mm．

4結論

在3發點射情況下，射頻增加對槍口跳動是有利的;與一般理解不同的是，在人體主動態下槍械緩沖裝置減小后坐力，射手可對槍械實施良好地控制，但是在人體被動態下槍械緩沖裝置對減小槍口跳動并不是無條件的有利，只有槍械緩沖裝置與人體彈性系統良好的動力學匹配才能有效減小槍口跳動．值得一提的是，本文人-槍模型中人體的彈性系統與實際人體的彈性存在誤差，而且不同人體的彈性參數是有差別的，由于人體彈性參數對分析結果存在一定影響，這里的結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：南京理工大學機械工程學院