機槍下掛榴彈發射器高低速射擊穩定性研究

唐建，廖振強，王濤

（南京理工大學機械工程學院，江蘇南京 210094）

0 引言

現在戰爭要求部隊機械化程度越來越高，對于能夠符合質量輕、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。而榴彈發射器——被人們認識的被譽為“步兵槍炮”的優秀單兵武器系統［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，動態的分析發射過程中不同半徑的導氣孔對槍口穩定性和射擊精度的影響［4］。

1 機槍下掛榴彈發射器原理

本文研究的機槍下掛榴彈發射器的原理是12.7 mm機槍在內彈道期間產生的火藥氣體通過側向導氣管導入35 mm榴彈發射器尾端的導氣室，當導氣室壓力達到一定值時，榴彈金屬底火薄膜被壓破，從而點燃底火和發射藥，以此發射榴彈。

該機槍和榴彈發射器與導氣室的相聯通的孔分別設置為A孔和B孔。通過改變A、B兩孔孔徑研究對榴彈發射的初速度的影響，方案一設置直徑3 mm的孔A和3 mm的孔B各一個，此為榴彈低速發射。方案二設置兩個直徑8 mm的孔A和一個直徑5 mm的孔B，此為榴彈高速發射。導氣孔A、B如圖1所示。

圖1 導氣孔A、B示意圖

2 機槍下掛榴彈發射器仿真模型建立

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射器結構比較復雜，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。通過Matlab軟件編程獲取機槍和榴彈發射器的膛內壓力曲線。由于篇幅有限，不具體詳述。

3 仿真結果分析

3.1 低速情況下武器系統的動力學仿真分析

對于低速條件下的發射，設定直徑3 mm的孔A和3 mm的孔B各一個。

a）武器系統擊發時，機槍槍口的跳動角度

通過動力學仿真分析，得出武器系統擊發時，機槍槍口的跳動角度，如圖3所示。

圖3 武器系統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 °。當前取子彈離開槍口和榴彈離開榴彈發射器時，機槍槍口的跳動角度。

b）武器系統擊發時，機槍槍口的上下跳動距離

通過動力學仿真分析，得出武器系統擊發時，機槍槍口的上下跳動距離，如圖4所示。

圖4 武器系統射擊時機槍槍口上下跳動距離

因武器系統發射時，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定所需的力

通過動力學仿真分析，得出武器系統發射時，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

通過動力學仿真分析，得出武器系統發射時，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 武器系統射擊時機槍槍口跳動速度

當子彈離開槍口時，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 武器系統射擊時機槍槍口跳動速度

當榴彈離開榴彈發射器膛口時，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的動力學仿真分析

對于高速條件下的發射，設定兩個直徑8 mm的孔A和一個直徑5 mm的孔B。

a）武器系統擊發時，機槍槍口的跳動角度

武器系統擊發時，機槍槍口的跳動角度，如圖9所示。

圖9 武器系統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 °。當前取子彈離開槍口和榴彈離開榴彈發射器時，機槍槍口的跳動角度。

b）機槍槍口的上下跳動距離

通過動力學仿真分析，得出武器系統擊發時，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定所需的力

通過動力學仿真分析，得出武器系統發射時，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

通過動力學仿真分析，得出武器系統發射時，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 武器系統射擊時機槍槍口跳動速度

當子彈離開槍口時，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 武器系統射擊時機槍槍口跳動速度

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

4 結論

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

1）不管高速還是低速發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定力都有所變化，低速情況下穩定力比無下掛增大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射時槍口跳動速度降低外，其他發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，機槍下掛榴彈發射器時考察的各個參數值大多數情況下均不同幅度增大;高速情況下發射時設計穩定性和精度要優于低速情況下的發射，高速發射下對于抵肩力比低速發射要大，可以采用彈簧或液壓緩沖器降低。

表1 機槍下掛榴彈發射器在高低速下發射和無下掛進行對比結果對比表

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

［2］郭衛東.虛擬樣機與ADAMS應用實例教程［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2008.

［3］陳德民，魁創鋒，張克濤.精通ADAMS虛擬樣機技術［M］.北京:化學工業出版社.

［4］于道文，涂光蘇，殷仁龍.自動武器學（自動機設計分冊）［M］.北京:國防工業出版社，1992.