四連桿機(jī)構(gòu)傳遞誤差對(duì)坦克射擊精度影響分析

張 磊，羅來(lái)科

(1.淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 淮北 235000；2.陸軍裝甲兵學(xué)院蚌埠校區(qū)，安徽 蚌埠 233050)

射擊精度是反映武器系統(tǒng)性能的最重要技術(shù)指標(biāo)之一.現(xiàn)代坦克火控系統(tǒng)為穩(wěn)像火控系統(tǒng)，采用了大量高新技術(shù)，射擊反應(yīng)時(shí)間大大縮減，射擊精度明顯提高.但在實(shí)際使用訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)：有個(gè)別火炮在校正距離附近射擊精度很高，但在對(duì)離校正距離較遠(yuǎn)的目標(biāo)進(jìn)行射擊時(shí)，精度明顯降低.其中一個(gè)原因就是四連桿機(jī)構(gòu)在傳遞鏡炮同步時(shí)產(chǎn)生的誤差引起射角誤差，使射手無(wú)法命中目標(biāo).本文就此問(wèn)題探討四連桿機(jī)構(gòu)傳遞誤差形成的原因以及對(duì)坦克射擊精度影響并提出應(yīng)對(duì)方法.

1 鏡炮機(jī)構(gòu)同步原理

穩(wěn)像式坦克火控系統(tǒng)是利用四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鏡炮同步的.瞄準(zhǔn)鏡的上鏡體固定在炮塔頂部不動(dòng)，隨車(chē)體一起運(yùn)動(dòng)，通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)鏈接火炮耳軸，使瞄準(zhǔn)線與火線同步轉(zhuǎn)動(dòng)，利用瞄準(zhǔn)鏡中的解算器，解算出瞄準(zhǔn)線與火炮的位置關(guān)系.四連桿機(jī)構(gòu)如圖1所示，由固定連桿、可調(diào)連桿、杠桿1、杠桿2組成.杠桿1連接反射鏡，杠桿2連接火炮，在此平面四桿機(jī)構(gòu)中，可調(diào)連桿和固定連桿、杠桿1和杠桿2長(zhǎng)度分別相等，構(gòu)成平行四邊形[1].由平行四邊形機(jī)構(gòu)性質(zhì)可知，當(dāng)火炮仰俯轉(zhuǎn)動(dòng)ε角度時(shí)，杠桿1和杠桿2也將轉(zhuǎn)動(dòng)相同的精度ε.瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)上反射在1/2機(jī)構(gòu)作用下，將向仰角方向擺動(dòng)ε/2角度，根據(jù)平面鏡性質(zhì)，此時(shí)瞄準(zhǔn)鏡正好轉(zhuǎn)動(dòng)ε角度，從而實(shí)現(xiàn)了瞄準(zhǔn)鏡與火炮的機(jī)械同步.

圖1 穩(wěn)像式坦克火控系統(tǒng)四連桿機(jī)構(gòu)示意圖

四連桿同步機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是成本低、技術(shù)成熟、可靠性好、便于維修，在現(xiàn)代坦克火控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但是在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，坦克射擊精度對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械傳遞的精度提出了更高要求[2].為確保坦克首發(fā)命中，必須分析四連桿機(jī)構(gòu)的傳遞誤差，為提高射擊精度奠定基礎(chǔ).

2 傳遞精度分析

由于四連桿機(jī)構(gòu)加工制造和安裝誤差等原因，當(dāng)坦克在惡劣的環(huán)境中使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生零件彈性變形現(xiàn)象，此時(shí)平行四邊形對(duì)邊不再相等，變成任意四邊形[1]，產(chǎn)生傳遞失調(diào)角.如圖2所示,l1為杠桿1，l2為杠桿2，l3為可調(diào)連桿，l4為固定連桿.l1≠l2,l3≠l4，使β1≠β3，兩夾角的差值記為初失調(diào)角Δβ0，即Δβ0=β1-β3.

圖2 四連桿機(jī)構(gòu)傳遞失調(diào)示意圖

當(dāng)火炮射擊時(shí)需要裝定ε角瞄準(zhǔn)角，火炮就要仰起ε角，當(dāng)杠桿l2轉(zhuǎn)動(dòng)了ε角后，而杠桿l1轉(zhuǎn)動(dòng)了ε′角，由于通常情況β′1≠β′3，此時(shí)兩角之差記為末失調(diào)角Δβ=β′1-β′3.

四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傳遞誤差大小采用失調(diào)角之差表示，即

Δε=ε′-ε=Δβ-Δβ0

(1)

式中：Δε為傳遞誤差，ε為火炮射角，ε′為杠桿l1轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際角度，Δβ0為初失調(diào)角，Δβ為末失調(diào)角[1].

傳遞誤差主要是由于邊長(zhǎng)誤差所引起的,假設(shè)杠桿l1、l2之間長(zhǎng)度誤差為Δl12,連桿l3、l4之間長(zhǎng)度誤差為Δl34，失調(diào)角為Δβ0.由于邊長(zhǎng)誤差、失調(diào)角和瞄準(zhǔn)角均較小[1]，通過(guò)微分運(yùn)算，可得傳遞誤差如下公式：

(2)

對(duì)上式分析可得出如下結(jié)論：①四連桿機(jī)構(gòu)傳遞誤差與杠桿長(zhǎng)度成反比，杠桿越長(zhǎng)，其傳遞誤差越小，這與實(shí)際車(chē)型發(fā)展一致[1]；②邊長(zhǎng)誤差Δl12、Δl34對(duì)傳遞誤差的影響大小不同，杠桿長(zhǎng)度差Δl12的影響大于連桿長(zhǎng)度差Δl34的影響；③火炮瞄準(zhǔn)角越大，傳遞誤差越大，當(dāng)Δε為正時(shí)，瞄準(zhǔn)線的轉(zhuǎn)角要比火炮轉(zhuǎn)角大，與實(shí)際射擊誤差基本一致；④當(dāng)β1=900時(shí)，即平行四邊形為矩形或接近矩形時(shí)誤差較小，當(dāng)β1<900時(shí)，β1越小，傳遞誤差越大，當(dāng)β1>900，β1越大，傳遞誤差也越大，如Δl12=10mm,Δl34=-5mm,β1=750時(shí)，Δε=0.168mil.

3 傳遞誤差對(duì)射擊精度的影響分析

坦克射擊精度主要由火控計(jì)算機(jī)根據(jù)火控系統(tǒng)的各種傳感器自動(dòng)采集影響彈道的參數(shù)以及人工輸入的環(huán)境、彈種等參數(shù)解算出的瞄準(zhǔn)角精度決定的.由于現(xiàn)代坦克武器系統(tǒng)加裝很多傳感器，大部分影響射擊精度的因素都得到了解決，射擊精度大大提高.但是實(shí)現(xiàn)鏡炮同步四連桿傳遞誤差沒(méi)有傳感器測(cè)量，無(wú)法參與解算，四連桿傳遞誤差引起瞄準(zhǔn)角大小改變，直接影響坦克射擊的精度，增大了遠(yuǎn)距離射擊誤差，降低了射擊精度，因此，要研究傳遞誤差對(duì)射擊精度的影響[3].查某射表可得不同彈種射角改變1mil的射擊距離改變量以及彈道高改變量.如表1所示，射角大小改變直接影響射擊距離和彈道高，進(jìn)而影響射擊精度.例如，由于四連桿傳遞誤差使射角大小改變0.2mil，對(duì)3000m目標(biāo)射擊，將使彈道高改變0.628m，射擊距離改變108 m.由于坦克射擊的目標(biāo)多為裝甲目標(biāo)、有生力量、防御攻事等目標(biāo)，高度一般在2m左右，當(dāng)傳遞誤差大于0.5 mil時(shí)，對(duì)2000m以外的目標(biāo)射擊，就會(huì)脫靶，這也與實(shí)際射擊情況相符.

表1 射角變化對(duì)射擊精度的影響

4 提高射擊精度的措施

由于鏡炮同步傳遞誤差對(duì)坦克射擊精度有重要影響，其不同步的主要原因有以下幾個(gè)方面：①杠桿1與杠桿2、固定連桿與可調(diào)連桿對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度不等組成非平行四邊形四連桿機(jī)構(gòu)的傳遞誤差；②上反射鏡組件內(nèi)部傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差[4].其中上反射鏡組件的傳遞誤差可在精確校炮環(huán)節(jié)消除，可以采用如下措施消除傳遞誤差，提高火炮射角精度.

4.1 提高四連桿鏡炮同步機(jī)構(gòu)檢查調(diào)校精度

四連桿機(jī)構(gòu)的傳遞誤差由邊長(zhǎng)誤差引起的，需要通過(guò)調(diào)整偏心軸和可調(diào)連桿來(lái)消除.假設(shè)Δl12和Δl34同時(shí)存在，精確確定Δε與Δβ的關(guān)系有一定困難，此時(shí)Δl12和Δl34要利用偏心軸，對(duì)可調(diào)連桿分布進(jìn)行精確的調(diào)整[1].

4.2 改變綜合修正量

在不能進(jìn)行調(diào)校四連桿機(jī)構(gòu)的情況下，可根據(jù)式(2)的計(jì)算結(jié)果，改變火控計(jì)算機(jī)的高低綜合修正量的大小，來(lái)改變瞄準(zhǔn)角的大小，從而提高火炮的射擊精度，修正量按照大小相反的方向裝定[5].

4.3 變更瞄準(zhǔn)點(diǎn)

根據(jù)公式(2)的計(jì)算結(jié)果，變更瞄準(zhǔn)點(diǎn).例如，四連桿傳遞誤差使射角大小增加0.2mil，對(duì)3000m目標(biāo)射擊，將使彈道高改變0.628m，需要降低1/4目標(biāo)梯形.

參考文獻(xiàn)：

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[2]張日飛,吳勇.四連桿機(jī)構(gòu)在坦克火控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].火力與指揮控制,2008,(3):115-116.

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[5]王東軍.96A坦克武器與使用[M].北京:解放軍工業(yè)出版社,2007.