膛口装置（共4篇）
膛口装置 篇1
摘要：对比研究了国内外自动步枪膛口装置的接口型式,概述了目前国内步枪膛口装置接口型式存在的不足。重点针对国内自动步枪膛口装置与枪管销接型式连接强度不足的情况进行了详细分析,设计了采用螺纹型式的自动步枪膛口装置接口,并分别用理论计算和有限元仿真两种方法对螺纹接口的连接强度进行了分析计算。计算和仿真结果表明膛口结构采用螺纹连接后强度满足设计要求。
关键词：螺纹,自动步枪,膛口装置,强度分析,设计
0 引言
自动步枪膛口装置广义上是指安装在枪口的消音器、消焰器、空包弹助退器等机械装置的总称,此类装置能大大拓展自动步枪枪口功能,具有对枪弹射出膛口后的一系列负面效应进行抑制的功能。本文为简化研究,此膛口装置狭义上是指步枪消焰器。
外国步枪膛口装置与枪管多采用螺纹连接,如美国M16/M4系列步枪、德国G3步枪、FN公司的SCAR系列等,其接口尺寸较为规范,膛口装置可以拆卸并可根据需要选装不同的类型,大大提高了自动步枪的拓展性和使用灵活性。相对国外枪械,国内自动步枪膛口装置加装方式、安装位置、结构型式和装配尺寸不统一,导致膛口装置不通用、继承性差、不便于快速更换,迫切需要提出螺纹连接型式的接口,并对其尺寸进行规范,以解决消焰器、消音器、空包弹助退器、枪榴弹等装配和继承发展问题,规范新型自动步枪枪口尺寸和结构型式设计,以提高部队执行多样化作战任务的能力。
1 传统销接型式的强度分析[1]
国内自动步枪除了膛口装置结构型式混杂,尺寸不统一问题外,其多采用的销接型式还存在着强度不足的问题。如95式和95-1式枪族膛口装置与枪管连接采用销连接结构(见图1),这种销连接结构在部队训练时,加装空包弹助推器发射空包弹时会出现膛口装置连同助推器一起脱落的问题。由于在枪管上固定销和固定销槽的设计只有固定膛口装置的功能,并未考虑安装固定空包弹助推器等装置的功能,因此固定销较细,固定销槽较浅,无法承受膛口装置向前的较大冲击力,容易产生塑性变形,出现膛口装置脱落的问题。虽然有些膛口装置在加装空包弹助推器后射击时未出现脱落故障,但其固定销与固定销槽已发生塑性变形,存在着安全隐患。
2 螺纹接口型式及优选尺寸[2]
为保证膛口装置与枪管的连接强度,将销连接改为螺纹连接结构。由于枪械不同口径、不同枪管尺寸,为达到螺纹接口型式在不同口径步枪上灵活使用的目的,需对螺纹接口型式和配合尺寸进行规范。规范后的膛口装置与枪管螺纹连接结构型式如图2所示,根据设计需要提出的螺纹接口优选尺寸见表1。设计时可根据具体情况设计螺纹防松结构(如弹簧垫圈);配合尺寸L1/L2和螺纹M根据实际需要从表1中优选;由于枪管膛线为右旋,为达到放松效果,螺纹设计为左旋。膛口装置与枪管螺纹连接配合尺寸优选表1系列尺寸。
mm
3 螺纹接口型式强度分析
为了对采用螺纹连接的结构进行强度校核,本论文分别采用理论计算和ABAQUS有限元的方法对螺纹连接强度进行了分析计算。为考核极限条件下的连接强度,分析时选用配合长度最短、螺纹尺寸最小的M12×1螺纹来进行分析计算。
3.1自动步枪枪管与膛口装置螺纹连接强度理论计算[3]
步枪口径选择口径较大的潜在自动步枪口径Φ8.6mm,根据线膛横断面积公式S=ηsd2(其中,d为枪管口径,ηs为系数,ηs取0.82)计算得S=60.65mm2。
假设枪管内最大膛压为300 MPa,空包弹助退器锥塞封闭枪口,造成枪管密闭(这种极端情况实际不会出现),则作用于膛口装置的最大膛口压力P=300 MPa。膛口密闭状态下作用在连接螺纹上的力F=PS=18 195N。
3.1.1螺纹估算
螺纹选用M12×1,螺纹小径d1=10.917mm,中径d2=11.35mm。消焰器材料选用50钢,屈服极限σs=375MPa,强度极限σb=630 MPa;枪管材料选用30SiMn2MoVA,屈服极限σs=785MPa。由于枪管材料性能大幅高于消焰器材料,在此选消焰器材料进行计算,并取安全系数为3。
(1)螺纹副抗挤压计算:
抗挤压许用应力。螺纹副挤压应力σp=F/A(其中,A=πd2hz,h为螺纹工作高度,z为结合圈数),螺纹副挤压应力σp应小于抗挤压许用应力[σp],即:
计算求得z≥7.54圈,即螺纹副结合圈数大于等于7.54圈时抗挤压强度满足要求。
(2)抗剪切强度计算:
膛口装置螺纹剪切强度应满足:
其中:D为螺纹大径;b为螺纹牙底宽度,普通螺纹b为0.75倍螺距;[τ]为许用剪切应力,且[τ]=0.6[σ]=75 MPa。计算结果为z≥8.58圈,即螺纹副结合圈数大于等于8.58圈时抗剪切强度满足要求。
(3)抗弯曲强度计算:
膛口装置螺纹抗弯曲强度应满足:
其中:;[σb]为许用强度,且[σb]=1.2[σ]=150MPa。计算结果为z≥11.15圈,即当旋合的圈数大于等于11.15圈时,螺纹接口的抗弯曲强度满足要求。
3.1.2螺纹强度分析
参照螺纹接口型式及优选尺寸中的要求,螺纹配合长度最低要求为14mm,采用节距为1mm的细牙螺纹时,螺纹配合圈数为14圈。根据上面的计算结果,在极端状态下(实际使用过程中不会达到的情况)螺纹圈数大于11.15圈便可满足强度要求,故本论文设计提出的螺纹接口型式连接强度完全满足强度要求。[4]
3.2自动步枪枪管与消焰器螺纹连接强度有限元计算[4]
3.2.1计算假设
与理论计算假设相同,有限元计算模型选用M12×1螺纹(设计提出的最小螺纹尺寸),配合长度选用14mm(设计提出的最短配合长度)。为在极限状态下校核螺纹强度,并考虑到自动步枪有可能采用Φ8.6mm口径,做出如下假设:①计算膛压为300 MPa,枪口完全密闭(实际在加装空包弹助退器并未密闭);②自动步枪口径选为Φ8.6mm。
3.2.2有限元模型建立
为提高计算效率,重点分析螺纹连接强度,对枪管与膛口装置连接螺纹副进行详细建模,并对枪管与膛口装置结构进行了结构简化。由于螺纹接触的高度复杂性和非线性,计算选用ABAQUS/Explicit模块进行显式动力学分析。枪管材料选用30SiMn2MoVA,膛口装置材料选用50钢,在ABAQUS中建立的有限元模型如图3和图4所示。
3.2.3有限元计算结果
在ABAQUS中计算得到的枪管与膛口装置螺纹连接强度见图5和图6。根据仿真结果可知,螺纹连接强度的最大应力为83.15MPa,远小于50钢的屈服极限375 MPa,强度完全满足设计要求。
4 结论
对现有膛口装置与枪管的接口型式存在的问题进行了分析,提出了膛口装置与枪管采用螺纹连接,并采用理论计算和有限元仿真分析两种方法对螺纹连接强度进行了分析计算,理论计算和仿真分析结果均表明采用螺纹接口型式强度满足设计要求,而且采用螺纹接口型式能规范膛口装置的接口型式,大大提高了膛口装置的拓展性。
参考文献
[1]胡德利,张克勇,胡伟宸.95式步枪常见故障攻略[J].轻兵器,2013(4):15-17.
[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2008.
[3]马晓峰.ABAQUS 6.11有限元分析从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2013.
[4]庄茁,由小川,廖剑辉,等.基于ABAQUS的有限元分析和应用[M].北京:清华大学出版社,2009.
自动武器膛口信号检测 篇2
关键词：膛口信号,电路,仪表放大器,滤波,Filter Wizard
0 引言
自动武器弹丸初速测定是枪弹及火药的研制和鉴定中的基本实验项目,也是衡量自动武器弹药弹道的参数之一。本文讨论轻武器膛口出弹信号检测方法,并给出信号调理电路。
1 工作原理
如图1所示为弹丸膛口测量系统装置示意图,最外线圈是直流供电的励磁线圈,内层为感应线圈,从感应线圈出去接信号调理电路。首先介绍工作原理。
在静态情况下,直流稳压供电给励磁线圈产生一稳定磁场。当弹丸穿过线圈的过程中,弹丸充当了电磁线圈介质而改变了磁场分布,导致磁通发生变化。根据电磁学公式
U为通电线圈感应电动势;Φ为线圈的磁通;t为时间。
线圈两端产生感应电动势即等于时间t内的磁通变化。
2 测试系统原理
弹丸穿过线圈时,感应电动势的强弱与线圈的半径和弹丸的口径有关[1]。试验验证的信号幅值为几个毫伏,经过放大电路放大1 000倍可达到便于示波器或A/D转换能够接受的几伏特,如图2所示为测试系统的系统框图。
3 前置放大电路设计[2]
由于前置放大电路直接放大来自感应线圈的电动势,而传感器产生的信号非常弱,很容易受到噪声污染,故需采用高精度、高稳定性、高输入阻抗低输出阻抗、高共模抑制比、低噪声和抗干扰能力强的仪表放大器。本设计采用双低功耗双极型运算放大器AD706,该放大器具有工作电压宽(±2～±18 V),输入阻抗高,输入失调电压低,输入失调电压漂移小等特点。如图3所示,设计的AD706组成的放大倍数为100倍的双运放仪器放大器电路。
电路中R1=R4=49.9 kΩ;R2=R3=49.9/(0.9G-1);R7=99.8 kΩ/(0.06G),G取100计算,取电阻标准系列值R2=R3=560 Ω,R7=20 kΩ变阻器。根据计算取到R7=16.5 kΩ时,得到图4所示的输入输出放大对比波形图。图中的波形在频率3 kHz,4 mV的交流输入得到,图4显示输出滞后输入18.939 μs,放大倍数94与预计有偏差,通过调节R7可以得到理想放大倍数A1。
4 信号滤波
膛口信号检测中,由于来自传感器的信号微弱,易受噪声污染。这些噪声包括环境噪声、电路元器件自身噪声、武器本身振动等。若电源来自市电变换,还含有50 Hz的工频噪声。为缩短滤波器的设计周期,本文采用了Multisim10中的Filter Wizard设计一低通滤波器[3]。
某轻武器弹丸出膛口速度约为300 m/s,图1线圈L为10 cm,则估计的信号频率为3 kHz。考虑速度波动要留有裕量,图5所示为参数设置界面。合理参数设置完成后,自动设计完成图6所示的由OPAMP组成的切比雪夫低通滤波器。由于设定电阻设定2 kΩ,而电容值非系列值,故需做小的改动,使电容值标准化。改动后的电路频率响应曲线如图7所示,满足设计要求。
5 后置放大电路
后置放大电路的目的是进一步为来自线圈的感应电压放大到伏特级,以便于后续处理。由于前置仪表放大了100倍,故后置放大倍数为10倍可以达到伏特电压。采用运算放大器反相输入,经过前后两级放大得到相位相同的输入输出信号。设实际的后置放大倍数为A2,则两级放大倍数为A=A1×A2。
6 电压跟随器
电压跟随器具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点,在电路中作为缓冲隔离电路,当在输入和反馈线路上加电阻RP和RF则起到限流保护作用。然而,与无电阻的跟随器相比,因元件多而导致定态误差较大[4]。
7 结语
本文所阐述的膛口信号检测原理方法基于线圈靶原理又不同于线圈靶,该原理已在实践中使用。使用励磁感应线圈,避免了测速时将弹丸磁化过程。设计的放大滤波电路已通过模拟仿真,符合设计需求。
参考文献
[1]何运峰,王昌明,柳光辽,等.感应式线圈靶半径分布对区截信号的影响[J].南京理工大学学报,2002,26(5):473-476.
[2]吴丽华,童子权,张剑.电子测量电路[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.6.
[3]熊伟,侯传教,梁青,等.Multisim7电路设计及仿真应用[M].北京:清华大学出版社,2005.7.
膛口装置 篇3
引信电磁感应装定是目前国内外小口径火炮引信较为先进的装定模式, 主要分为静态装定和膛口动态感应装定。其中膛口动态感应装定以装定快速、准确等优点广泛应用于榴弹、高炮等武器系统, 如瑞士35 mm“空中卫士”系统、美国的20 mm理想单兵战斗武器 (OICW) 和25 mm理想班组支援武器均采用膛口动态装定方式。它通过弹丸发射从炮口感应装定线圈中穿过过程中的瞬间进行装定的方式, 适用于一般火炮。但由于弹丸在出炮口的时间极短, 一般为μs级。因此, 膛口动态感应装定对其通信链路的可靠性要求极高, 应进行精确的检测验证。而从现今国内可查阅的资料来看, 对该系统的可靠性检测还是采用实验室仿真分析和静态检测模式, 这就忽略了在高速运行环境下感应装定通信链路波形畸变、相位偏移等因素;同时, 信息进行感应装定后由引信电路处理解码, 后进行读取检测, 使引信与装定器有发生互检的可能, 并不能完全、真实、可靠地反应感应装定通信链路的状况[1,2,3]。因此研制膛口感应装定通信链路可靠性动态测试系统迫在眉睫。本文提出一种对膛口感应装定通信链路进行动态测试的方法, 可较好地解决现存在的问题。
1动态测试原理
膛口感应装定通信链路动态测试的基本原理是利用高压气体快放时产生的推进动力, 使测试高速运行的弹丸, 在模拟初次级线圈高速相对运动的动态环境中完成感应装定, 并将装定信号采集存储由软件进行解码测试。
动态测试系统工作原理如图1所示。
如图1所示, 动态测试主要由动态测试环境的建立和软件解码测试两个关键步骤完成:系统通过计算机发出装定信息, 由装定器进行编码调制传送至装定装置;快放存储的高压气体, 推动测试弹丸以高速运行, 在装定位置达到理想初速, 在动态中完成信息的感应装定, 接收到的装定信息由安装在弹丸上的高速采集卡采集存储;对测试弹丸进行回收处理, 将采集卡中的采集信号读入计算机, 由感应装定专用测试软件进行处理解码, 判定感应装定通信链路的可靠性。其中高速采集卡安装在测试弹丸引信接口电路的输入端, 以避免引信与装定器发生互检。
2动态测试环境的建立
动态测试的第一步是模拟弹丸以初速运行的动态环境, 建立弹丸高速运行的通道。建立如图2所示的模拟加速装置。
加速装置主要由模拟炮推进装置、测速装置、装定装置和消声回收装置构成。模拟炮推进装置包括带有空气压缩与净化过滤功能的储气缸, 一端带有活塞阀并与装弹仓连接, 发射时利用存储在气缸内的高压气体获得足够的推进动力, 经过快放活塞推进发射筒内的弹丸高速运动, 弹丸运动到装定装置位置时进行感应装定, 安装在测试弹丸上的采集系统对获得的装定信号进行存储, 同时由测速装置对弹丸进行测速, 最后由缓冲回收装置进行消声回收处理。
在系统进行测试以前, 高压气体先充到储气缸中, 储气缸中安装了数字式压力传感器, 可以精确检测储气缸中的压力。当储气缸容积、发射筒容积、空气常数、弹丸质量等值一定时, 可以通过改变缸中的压力值来控制弹丸的初速, 以模拟不同标准的初速。
弹丸初速的推算可参照公式 (1) 。
其中:v是弹丸的初速;P0为初始压力;V0为储气缸初始容积;V1为发射筒容积;a为空气常数。现常用小口径武器系统的弹丸初速大多大于190 m/s, 可根据不同需求来调节所需的压力值。
加速装置的运行由计算机自动控制和测量, 包括储气缸压力的精确调节, 弹丸初速的测量, 装定信号的发送等。
3基于LabVIEW技术的专用感应装定测试软件
动态测试的第二步是将采集系统采集到的装定信号读入计算机, 调用专用测试软件对信号进行检测。装定信号的通信步骤为编码、调制、解调、解码, 因此测试软件的功能是模拟各种极限参数下的虚拟引信, 替代引信中的硬件解码电路, 对装定信号进行解调解码, 判定装定的可靠性。软件的开发基于LabVIEW的编程技术。
LabVIEW是一个基于图形化编程语言的具有革命性的图形化开发环境, 它内置信号采集、测量分析与数据显示功能, 具有强大的功能和系统灵活性, 并将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在同一个环境中, 使用户可以在自己的平台上便捷地集成一套完整的应用方案[4,5]。
软件解码测试原理如图3所示。
装定信号由安装在测试弹丸上的高速采集卡采集并存储, 通过I/O文件读入, 进入测试软件平台, 分析引信接口阻抗各种边界条件对装定信号的影响, 对波形进行相关调理, 然后进行信号解调、解码, 最后将数据回读并在软件前面板中显示, 与输入装定码比对判定装定通信链路的可靠性。
其中信号的调制采用2FSK (二进制频移键控) 模式, 相应的解调采用非相干解调方式[6,7], 解调原理如图4所示。
4软件解码测试仿真
建立装定信号通信仿真, 设输入的二进制数据为“0100111000”, 通过计算机串口发出由装定器接收, 进行编码产生相应的二进制矩形脉冲序列, 采用2FSK模式进行信号调制, 信号调制速度f为1 MHz, 载波频率f1为10 MHz, 代表状态“0”, f2为20 MHz, 代表状态“1”, 信号幅值为1 V。矩形脉冲序列与调制波形如图5所示。
该信号由装定器发出至装定装置与高速运行的测试弹丸进行动态感应装定, 接收到的装定信号由采集卡采集存储通过I/O文件形式读入计算机, 设装定信号经放大传输未发生畸变, 信号幅度变为5 V, 采集波形如图6所示。
采集信号进行解调前应分析引信接口电路的阻抗对波形产生的影响, 对波形进行调理。对引信接口电路进行等效串联处理, 接口阻抗Z=R+jωL+1/jωC, 其中, ω为信号传输频率, R为接口电路等效电阻, C为等效电容, L是等效电感。则阻抗分压Uz=I×Z=I×[R+ (ωL-1/ωC) j], 因此装定信号通过接口阻抗时, 其幅值会有一定的衰减, 波形有所移位, 同时也会产生一定的噪声干扰。
打开LabVIEW函数选板, 选择“信号处理”, 在其子菜单中选择“波形生成”, 再选择“均匀白噪声波形”, 噪声各项参数可调, 幅值取0.1 V;然后调用“算术与比较”中的“公式”函数, 将采集信号与噪声信号相加;调用乘法器, 并创建衰减控件y, 用于控制信号的幅值衰减;调用“信号运算”中的函数“Y=X[i-n]”, 创建输入控件n, 模拟波形移位带来的影响。衰减y=0.8, 移位n=-T/10=-0.1μs。处理后波形及程序前面板界面如图7所示。
处理后的信号分两路进入带通滤波器进行滤波。再次选择函数菜单中的“信号处理”项, 其子菜单“滤波器”中列出多种可供选择的滤波器类型, 这里选用Butterworth滤波器, 滤波器类型选择Bandpass;设定采样率为常量, 其值等于高速采集卡速率, 设定高低频截止频率和阶数为可变输入控件, 输入相应的频率和阶数, 对波形进行带通滤波。两路信号经滤波后的波形如图8所示。
包络检波分两步进行, 先调用数学运算函数取其模值, 对波形进行整流, 后经低通滤波器进行包络选取。两路包络相减得到判决波形, 如图9所示。
判决波形需通过引信单片机的串口通信协议, 由串口正确接收回读。参照串口通信协议, 通信两端的串口波特率应保持一致, 这意味着数据线上的采样率应等于该波特率。因此应对解调信号进行降采样处理, 采样间隔等于一个调制周期T。调用信号运算函数“降采样”, 采样间隔dt=T=1/f=1 μs, 对解调信号进行重新采样;对于2FSK信号, 一个调制周期 (0-T) 即对应一个码元, 故再选用波形函数“数模转换”, 分辨率设为1, 将信号转换为二进制数字波形, 最后调用数字函数“数字至二进制转换”将回读结果在界面上显示。显示结果如图10所示。
如上图所示, 回读结果为“0100111000”, 与输入的二进制数据一致, 说明解码无误, 波形可由串口正确接收, 感应装定通信链路具有一定可靠性;但要判定其可靠性达到标准需求, 需进行近一步分析。
仿真过程中建立了多个可变的输入控件, 其中波形衰减参数y, 波形移位参数n, 添加噪声的幅值、采样率, 对应引信接口阻抗的各元件参数;带通滤波器高低频截止频率、滤波器阶数以及包络检波器中各参数控件均对应实际解码电路中各元件参数;降采样间隔dt的值等于接收串口的波特率分之一。将这些可变输入控件对应引信硬件电路中的各参数用来模拟实际参数误差对解码测试产生的影响。如在实际装定过程中, 引信与装定器进行串口通信时设定的波特率会有微小差异, 则重采样间隔dt的值应确认在T1至T2所包含的范围内, 其中T1<T<T2, 要确保装定信号能被串口正确接收, 需使dt值在此范围内连续变化均回读无误。当各输入控件在其范围内变化均可使回读结果正确, 则解码无误, 可判定感应装定通信链路的可靠性达到需求;各控件的输入值范围即为引信硬件电路中各参数的极限值, 保证测试软件可以建立各种极限参数下的虚拟引信电路, 以实现对感应装定通信链路全面、准确的检测。
5结论
膛口动态感应装定通信链路的可靠性在感应装定通信链路设计、研制过程中具有非常重要的作用, 它是膛口动态感应装定参数冗余设计中关键的取决因素。开发与其匹配的动态检测技术将为引信动态装定可靠性的设计、调整和优化, 提供重要的依据, 可大幅提高引信动态感应装定功能可靠性。加速装置通过压力调节可使测试弹丸在装定时达到所需的实际初速, 模拟初次级线圈相对高速运动的动态装定环境, 使装定信息在相对真实的环境下进行感应装定;用高速采集卡从引信接口电路的输入端采集装定信号, 避免引信、装定器发生互检;以基于LabVIEW编程技术的专用测试软件替代引信的解码电路, 模拟各种极限情况下的解码状态, 对装定信号进行解码判定;整个测试过程基本完成了对膛口感应装定通信链路可靠性的动态测试。测试系统更多细节问题将在今后的工作中进行更深层次的分析探讨, 使动态测试环境最大限度地贴近实际环境, 以更好地实现对膛口感应装定通信链路进行全面、真实的检测。
参考文献
[1]纪霞, 沙文龙, 王利.感应装定中炮口速度测定方法研究.弹箭与制导学报, 2004;24 (5) :542—544
[2]马少杰, 张合, 李长生, 等.火箭弹引信电磁感应装定仿真分析.探测与控制学报, 2008;30 (2) :68—72
[3]曲秀杰, 李杰.电子时间引信装定技术研究.探测与控制学报, 2001;23 (3) :21—24
[4]高侃坷, 周军.基于LabVIEW的通信仿真.http://d.wanfang-data.com.cn/Periodical_jrdz200504014.aspx, 2005
[5]王磊, 陶梅.精通LabVIEW8.0.北京:电子工业出版社, 2007
[6]樊昌信, 张甫翊, 徐炳祥, 等.通信原理.北京:国防工业出版社, 2001
膛口装置 篇4
当弹丸飞出膛口后,内弹道过程即已结束,但为了确定弹丸飞出膛口后火药气体对武器身管的影响,还必须研究后效期膛内压力的变化规律。膛内高压的火药气体从膛口流出后,会产生两个作用:一是火药气体会使后坐部分向后运动,同时促使自动机完成自动动作;二是对离开膛口的弹丸有一段加速的作用[1]。因此,火药的后效期可分为火药气体对后坐部分的后效期和火药气体对弹丸作用的后效期。从弹丸飞离膛口的瞬间开始到膛内气体压力下降到接近大气压力,此时火药气体对后坐部分的作用停止,这一时期称为火药气体对弹丸的后效期。本文主要是对火药气体对后坐部分的后效期进行研究。在此后效期内,火药气体会继续对膛底有向后的作用力,这样会使后坐部分的动能增加,一方面对武器的性能会带来一些不利的影响,但同时这一后效期也有有利的一面,即能够为自动机的动作提供一定的能源,所以研究后效期膛内压力是有重要现实意义的。
1后效期火药气体膛内压力计算
在火药气体后效期,火药气体对武器体和弹丸的作用十分复杂,为了便于对此进行研究,需要做一些相应的假设。又由于假设会使计算结果出现误差,为了满足使用的要求,在计算中要引用一些经验系数进行修正。在设计计算时,一般采用指数经验公式来进行后效期膛内压力p的计算[2],即:
其中:pg为弹丸飞出膛口时膛内的平均压力;tg为弹丸出膛口的时间;t为后效期作用时间,t=blnpg/pe,pe为后效期结束时膛内平均压力;b为后效期时间常数,,S为膛底面积,ω为装药量,v0为弹丸初速,一般情况下,计算时可以用弹丸膛口速度vg的数值来代 替,β为火药气 体作用后 效系数,,c为无因次系数,d为內膛口径,L′为枪膛换算长度,,Vs0为药室初始容积,lg为弹丸在膛内行程。
2膛口制退器影响分析
膛口制退器是一种能够控制后效期火药气体流量分配、气流方向和气流速度的排气装置。膛口制退器的主要作用在于能够通过控制后效期火药气体的流量分配和气流速度,产生一个向前的冲量,对枪身提供一个制退力,使炮膛合力减小,从而减小武器的后坐动能和射击载荷[3]。有、无膛口制退器对于后效期膛内气体的作用有较为明显的影响。
2.1无膛口制退器时后效期膛内压力计算
无膛口制退器时后效期膛内压力p为:
无膛口制退器时后效期膛底合力Fpt为:
无膛口制退器时后效期作用时间τ为:
2.2有膛口制退器时后效期膛内压力计算
有膛口制退器时的后效系数βT为:
其中:ηT为膛口制退器的制退效率;m为火药气体的绝热膨胀指数,一般取1.2~1.4。
膛口制退器的冲量特征量χ为:
后效期膛底合力Fpt,T为:
3膛内燃气压力曲线
武器发射过程中,弹丸的运动、自动机的工作循环所需要的能量几乎都是靠火药气体的燃烧所产生的火药燃气压力提供的,所以要分析弹丸在膛内的运动规律及自动机工作循环的运动规律就必须先对火药燃气压力的变化规律进行分析。对火药气体的压力分析分为以下3个阶段:从击发开始到弹丸经过导气孔位置之前;弹丸经过导气孔位置之后到弹丸出膛口;弹丸出膛口至后效期结束[4]。基于某12.7 mm机枪内弹道参数,通过MATLAB分析,得到的无膛口装置时膛内压力变化曲线如图1所示,有膛口装置时膛内压力变化曲线如图2所示。
由图1可知,弹丸出膛口后,膛内火药气体压力随着时间的推移逐渐减小。由图2可知,当有膛口制退器时,弹丸出膛口后由于膛口装置的作用,膛内火药气体的压力有一显著的变化,随后随着时间的推移迅速减小。
4结论
本文主要通过对后效期火药气体膛 内压力的计算,分析有无膛口制退器对于后效期膛内气体作用的影响。得出:在有膛口制退器时,弹丸出膛口后由于膛口装置的作用,膛内火药气体的压力有一显著的变化,随后随着时间的推移迅速减小;而无膛口制退器时,弹丸出膛口后膛内火药气体随着时间的推移只是逐渐减小,对武器的后坐没有产生有利影响。即膛口制退器对枪身提供一个制退力,使炮膛合力减小,从而减小武器的后坐动能和射击载荷。
摘要：基于某12.7mm机枪内弹道参数,通过MATLAB语言进行编程,对火药气体对后坐部分的后效期进行研究。对比在有、无膛口装置时膛内压力变化,得出膛口制退器对减小武器的后坐动能和射击载荷有一定影响。