高射频步枪对枪口响应分析范文

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《计算机辅助工程杂志》2014年第三期

1射频对枪口响应的影响

在人体被动响应的300ms时间内，射频分别为600，1000，1200和1500发/min时，枪口的上下位移情况见图2，其中600发/min为3连发，其他为5连发．在不同射频下枪口上下最大位移的比较见表1，可知，在不同射击频率下枪口跳动规律类似:随着射弹发数增加，枪口位移逐渐增大，是由前一发对后一发影响的累加造成的;第1发弹发射时，随着射频增加，枪口最大跳动反而减小，是由于当射频增加时一个循环周期时间变短，人体还未做出相应反应;后几发弹发射时，随着射频增加跳动加大，是由于枪械射频越快人体在相同时间内所承受的冲击能量越大，枪口的跳动也相应增大．在枪口最大位移发生的时刻，弹丸仍在枪管中运动，还未到达枪口，实际上弹丸出枪口瞬间枪口的跳动情况直接影响射击精度．弹丸出枪口瞬间枪口上下位移值比较见表2，可知:第1发弹出枪口瞬间，枪口位移相同;随着射频增大，第2，3和4发弹的枪口位移逐渐减小，第5发弹位移反而增大．因此，在3发点射的情况下射频增加对枪口精度有利。

2枪械缓冲参数对枪口跳动的影响

射频提高，枪械后坐力必然增加．通过增加全枪缓冲机构，减小后坐力，可进一步降低枪口跳动．分析在同一高射频下(1200发/min)有枪械缓冲装置(刚度为1．2N/mm，预压力为100N)和无枪械缓冲装置时枪口的跳动情况，结果见图3，可知，前3发，由于缓冲装置的作用，后坐力减小，枪口跳动减小，而最后两发枪口跳动反而增加．因此，在高射频下枪械缓冲装置缓冲对3发点射的枪口跳动有利．造成上述分析最后2发弹枪口跳动增加的原因是:由于枪械缓冲装置与人体弹性系统为2个缓冲系统，两者相互作用位移叠加．如何进行枪械系统与人体系统的动力学匹配是研究的关键．分析不同枪械缓冲装置参数对枪口跳动的影响:在同一高射频(1200发/min)下，不同全枪缓冲簧预压力F，刚度k和缓冲行程L对枪口上下跳动的影响．大部分研究［1-4］采用独立分析某一参数、其他参数取固定值的方法，忽略参数之间的相互影响．实际上F，k和L对枪口跳动的影响并不独立，其他参数的不同取值对所分析参数的影响很大．刚度对枪口上下位移的影响见图4，可知，在不同的预压力下刚度对枪口上下位移的影响规律不同．由图4可知:(1)在刚度值超过2．4N/mm或预压力值超过300N时，刚度值变化对枪口跳动的影响差别不大;在预压力值超过400N时，预压力值变化对枪口跳动的影响差别不大，原因是刚度和预压力足够大后，接近刚性接触，缓冲作用大大降低;(2)在刚度值和预压力都偏小时，跳动最大．在预压力较小的情况下，刚度越小枪口跳动越小，但刚度越小所需工作行程越大．考虑到枪械的整体结构，缓冲装置工作行程不可能无限制放大．一旦枪械总体结构确定，缓冲装置最大工作行程是一定的．分析考虑缓冲装置工作行程的影响情况．图5(a)和5(b)分别是预压力为50和100N时，在不同缓冲装置最大工作行程下刚度与枪口上下位移的对应曲线．由图5可知:(1)在刚度和预压力较小时，缓冲装置工作行程对枪口跳动影响较大，是因为刚度和预压力较小时，枪械与限位装置产生碰撞，对枪口跳动产生影响．(2)图5(a)中在刚度值达到a1值之前，行程越长枪口跳动越小，是因为刚度越小越容易撞击限位装置，行程越长到达限位装置前的速度越低，撞击力变小，枪口跳动也小;当刚度超过a2值后，行程越长枪口跳动越大，是因为刚度变大，到达限位装置的时间长，在整个前3发射击过程中，枪械均处于缓冲的后坐行程，因此位移逐发累计造成跳动加大．(3)在图5(b)和5(c)中，刚度值达到b以后，行程对枪口跳动的影响基本相同，是由于刚度变大，枪械与限位装置没有碰撞．

3参数灵敏度分析和优化

基于以上对F，k和L的影响分析可知，需要进一步进行设计变量的参数灵敏度分析．进行参数灵敏度分析可避免参数修改中的盲目性，提高设计效率、减少设计成本，也是优化设计的基础．［5］本文所建立的多体动力学模型为非线性模型，设计参数在不同取值范围时的敏感性不同．不同F，k和L对枪口上下跳动的参数敏感性分析结果见图6～8，可知，总体上参数敏感性排序为k，L和F．采用多岛遗传算法方法对这3个参数进行优化，得到的最优参数值为k=0．8N/mm，F=50N，L=90mm，枪口上下跳动最优值为25．05mm．

4结论

在3发点射情况下，射频增加对枪口跳动是有利的;与一般理解不同的是，在人体主动态下枪械缓冲装置减小后坐力，射手可对枪械实施良好地控制，但是在人体被动态下枪械缓冲装置对减小枪口跳动并不是无条件的有利，只有枪械缓冲装置与人体弹性系统良好的动力学匹配才能有效减小枪口跳动．值得一提的是，本文人-枪模型中人体的弹性系统与实际人体的弹性存在误差，而且不同人体的弹性参数是有差别的，由于人体弹性参数对分析结果存在一定影响，这里的结论只能作为一定限定条件下的定性参考．

作者：王亚平张宁单位：南京理工大学机械工程学院