基于ADAMS的手槍動力學仿真分析

張小石，李彥宇，王憲升，喻翔，張強

（重慶建設工業（集團）有限責任公司，重慶 400054）

手槍是能夠在50～100m有效射程內狙殺有生目標的制式武器。手槍由于短小精悍，便于攜帶，能突然射擊，一直被受到各國軍隊和警察的青睞，特別是指揮干部、航天員以及公安人員等大量使用。隨著時代的發展，對原有手槍進行了拓展升級，演變出許多新的槍族系列，如勃朗寧系列、格洛克系列，其中格洛克可以連發射擊使其性能得到大幅度提高。格洛克手槍上加上卡賓套可以當沖鋒槍用。該手槍在擊發時的工作原理為槍管短后坐，目的是減小后坐力，提高射擊精度，借助Adams軟件對該手槍進行動力學分析，能夠更好地理解該手槍在后坐和復進過程時中套筒和槍管運動的情形。

1 工作原理

在擊發時，槍管和套筒處于閉鎖狀態準備后坐，在套筒后坐的過程中，拉殼鉤把彈殼從槍管里抽出來。然后，向后運動的槍管受到限制停止后坐，而套筒則繼續后坐，直到套筒與槍管之間的距離達到足夠供彈為止。

槍管與套筒一起復進到位，開鎖后，向后運動的槍管受到限制并被扣住而暫時停止運動，而套筒單獨后坐與復進，快復進到前方位置時鎖住槍管，并與槍管一起復進，隨后完成閉鎖動作并復進到位。一般情況下，身管和閉鎖構件共用一根復進簧。

2 動力學模型的建立

2.1 基本假設

由于手槍在擊發的過程中，零部件間的相互受力和相對運動比較復雜，在建立adams模型的時候抓住主要影響因素，忽略次要影響因素，在不影響模型的合理性的基礎上，做出以下假設：（1）手槍中的個構件作剛體處理。（2）不考慮人體的緩沖作用，機匣與地固定。（3）仿真過程中，忽略了一些不參加機構動作的零件。（4）內道道解算過程中遵循火藥燃燒的基本假設。

2.2 動力學模型的建立

將在UG中建好的三維手槍模型導入ADAMS中，在NX.11中將三維實體模型以step中性格式文件形式保存，在adams2018中將step格式文件打開并進行動力學仿真，按照手槍射擊時的運動約束和受力情況，分別對手槍adams2018模型添加約束和施加載荷，如圖1所示。該手槍的動力學模型如圖1所示。該仿真模型中共有：4個單點力、3個彈簧阻尼器、1個仿真腳本、3個樣條曲線、1個傳感器。

2.3 內彈道的分析計算

圖1 手槍動力學模型

根據內彈道相關理論，解算出的膛壓曲線最大值為210MPa，在0.5ms時膛壓已經降到30MPa，此時，彈丸速度為350m/s，在槍管里走過300mm的長度。在2.5ms時，彈丸的速度達到平穩的400m/s，可以判斷此時彈丸已經離開槍口。通過matlab解算出的內彈道數據，保存成.txt文件。通過樣條曲線的形式導入ADAMS軟件中，并用ADAMS中的AKISPL函數將膛壓曲線換算成膛底合力曲線，將套筒通過模型分割準確的將膛底合力曲線通過單點力的形式加到套筒的彈底窩處。

2.4 載荷的施加

在手槍實際射擊過程中，槍機承受的力很多，本文中主要考慮有槍膛合力、抽殼阻力的施加。槍膛合力通過AKISPL函數施加，在此主要分析抽殼力出現時機，在內彈道后效期結束時出現抽殼力，本文的參考時間為2.5ms，是通過IF函數完成抽殼力的施加。

3 仿真分析

經查詢資料可知國產9mm某型手槍槍機速度試驗數據：最大后坐速度6.16m/s、后坐到位速度4.02m/s、復進開始速度-0.67m/s（其中負號代表反方向）、復進到位速度-2.56m/s。該手槍槍機速度仿真數據整理：最大后坐速度6.76m/s、后坐到位速度4.93m/s、復進開始速度-0.165m/s、復進到位速度-2.07m/s。改變槍機質量分析槍機的速度、位移曲線如圖2、3所示。

本文仿真數據如下：槍機150g循環時間37.7ms、最大后坐速度7.32m/s、后坐到位速度5.20m/s、復進開始速度-0.114m/s、復進到位速度-2.287m/s。槍機180g循環時間39.8ms、最大后坐速度6.67m/s、后坐到位速度4.48m/s、復進開始速度-0.22m/s、復進到位速度-2.176m/s。槍機250g循環時間45.3ms、最大后坐速度5.41m/s、后坐到位速度3.16m/s、復進開始速度-0.156m/s、復進到位速度-1.974m/s。通過對上述數據的分析，槍機質量增加100g，槍機的自動循環時間延遲了7.6ms，在4個速度中最大后坐速度顯得尤為重要，其中最大后坐速度減小了1.91ms。顯而易見，通過仿真可以看出，增加槍機質量能夠有限地降低槍機的最大后坐速度。

圖2 槍機質量改變時，槍機運動速度曲線

圖3 槍機質量改變時，槍機運動位移曲線

4 結語

（1）槍機的開鎖速度6.76m/s，后坐到位速度4.93m/s，復進開始的速度0.165m/s復進到位的速度2.07m/s，可見仿真結果與試驗情況相一致。（2）在自動機循環時間可控的范圍內，增大槍機質量可以降低槍機的后坐速度。通過手槍位移、速度的動力學分析，能夠更好地理解該手槍在后坐和復進過程中槍機的運動情形。