反后坐裝置安裝方式對密集度影響分析

高 波，郁永年，高 飛

(1.63961部隊,北京 100012;2.西北機電工程研究所，陜西 咸陽 712099;3.駐咸陽地區(qū)軍事代表室，陜西 咸陽 712099))

在火炮射擊過程中，搖架的變形和運動是影響密集度的主要因素之一。

由于火炮的射擊載荷通過反后坐裝置傳遞給搖架，搖架的變形和運動又反過來又影響炮身的運動，因此反后坐裝置的設(shè)計和在搖架上的安裝方式的確定是火炮設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)[1]。降低后坐阻力，保證火炮后坐運動的一致性在國內(nèi)文獻中多有描述，但反后坐裝置在搖架上的固定方式討論很少。

本文通過對搖架變形及其與反后坐裝置相互作用的分析，闡述了反后坐裝置在搖架上不同安裝方式的利弊，提出了后固定的觀點，并結(jié)合測試數(shù)據(jù)進行了說明。

1 基本設(shè)計要求

搖架在火炮發(fā)射過程對后坐部分具有支撐和導向作用，可以把火藥氣體13 ms時間內(nèi)300～500 t膛底壓力通過反后坐裝置轉(zhuǎn)換為0.1～0.3 s時間內(nèi)10～40 t的后坐阻力。假定火炮架體強度滿足射后不產(chǎn)生永久形變的要求，要實現(xiàn)火炮發(fā)射對彈丸的起始擾動小、炮口點章動一致，首先要求架體(包括搖架)在彈丸膛內(nèi)時期的彈性變形盡可能小，其次要求反后坐裝置施加于架體的后坐阻力盡可能一致，第三要避免膛內(nèi)時期高低機支反力產(chǎn)生換向，最后要求反后坐裝置在搖架中的布置要合理[2]。

架體(包括搖架)在彈丸膛內(nèi)時期的彈性變形盡可能小，一方面需要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)、增加重量來提高架體(包括搖架)剛度，另一方面可以通過調(diào)整反后坐裝置設(shè)計、降低駐退機后坐阻力來減小變形。

反后坐裝置施加于架體的后坐阻力盡可能一致，需要優(yōu)化駐退機設(shè)計，特別是火炮連續(xù)射擊，駐退液溫度變化的條件下，應(yīng)保證液量調(diào)節(jié)器有效、可靠工作。

避免膛內(nèi)時期高低機支反力產(chǎn)生換向，需要通過合理設(shè)計和炮尾配重調(diào)整e值的大小和正負，做到平衡機力矩、后坐阻力矩、慣性力矩三者作用的方向一致，保證U力在膛內(nèi)時期方向一致。

反后坐裝置在搖架中的合理布置，既涉及到搖架本身的剛強度設(shè)計，又關(guān)系到平衡機、駐退機、復(fù)進機、炮身、上架與搖架的相互裝配關(guān)系，對火炮發(fā)射落彈散布的影響不可忽視。因此，搖架設(shè)計一方面要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)保證搖架本身的剛強度足夠大，在裝配前后和發(fā)射過程產(chǎn)生的彈形變性控制在設(shè)計要求范圍，保證后坐各部分運動平穩(wěn)順暢；另一方面要防止后坐阻力對搖架本體產(chǎn)生影響，特別是后坐阻力逆向傳導至搖架的前端，前后端變形不一致使得身管指向脫離初始位置，彈丸出炮口瞬間初始擾動加劇、章動角增大，散布變差[3-5]。

2 反后坐裝置與搖架連接方式對后坐運動的影響分析

圖1和圖2分別是某型火炮搖架本體和反后坐裝置裝配示意圖，假定搖架主筒前后銅套和平衡機支臂剛強度足夠，炮身在搖架內(nèi)沒有因架體變形而產(chǎn)生的運動阻滯，單獨討論反后坐裝置與搖架連接對發(fā)射后坐的影響。

圖3為簡化后的搖架結(jié)構(gòu)示意圖，前后套箍用以連接駐退機，炮身護筒用以支撐炮身，肩部為前后套箍和炮身護筒的連接部分，在此作為重點進行分析。

駐退桿通過深孔與炮尾剛性連接，隨著炮身的后坐一起運動，由于炮尾同時連接火炮身管和退機駐退桿，其剛度完全可以保證駐退桿的運動和身管保持平行，也就是說駐退桿被強制沿身管軸線運動。駐退桿后坐帶動活塞壓縮液體形成高達35 t的后坐阻力，作用于筒端并通過后套箍肩部傳遞至搖架耳軸。下面就前后套箍與反后坐裝置的不同連接方式進行分析。

2.1 前后套箍同時采用固定約束

前后套箍與駐退機同時采用固定連接(見圖4)，這種連接方式必須做到后套箍肩部剛度足夠大以保證后套箍不產(chǎn)生位移變形，后坐阻力不會通過駐退機筒傳遞到前套箍，前后套箍相對位置保持穩(wěn)定，可以保證駐退機正常運動。如果后套箍肩部受力變形，就會通過固連的駐退機筒把后坐阻力傳遞到前套箍，由于前套箍肩部連接剛度和后套箍存在差異，勢必會引起變形不一致，導致炮身護筒前端位置發(fā)生改變，特別是前套箍剛度較弱時會通過套筒帶動身管指向的變化，影響火炮射擊的密集度。

因此，只有在后套箍剛度設(shè)計足夠大不產(chǎn)生變形或前后套箍剛度相同變形一致的情況下，采用前后套箍對駐退機同時進行固定連接，可以保證駐退機工作正常且不會對身管的指向產(chǎn)生影響。在實際結(jié)構(gòu)上，由于后套箍受力后的變形不可避免，而前后套箍因結(jié)構(gòu)不同，產(chǎn)生的變形大小也各不相同，再加上駐退機筒剛度的影響，很難保證前后套箍變形的一致性。

2.2 后套箍采用固定約束且前套箍完全解除約束

后套箍采用固定約束且前套箍完全解除約束(見圖5)，發(fā)射后坐過程中，后套箍在后坐阻力的作用下出現(xiàn)“仰起”現(xiàn)象，帶動駐退機筒向上運動，如某火炮駐退機筒因后套箍變形軸線上仰計算值約0.4°，導致前端上仰最大可達11.6 mm。而參與后坐的駐退桿被強制沿身管軸線運動，與駐退機筒接觸的活塞會下壓限制駐退機筒的抬升，活塞與駐退筒內(nèi)壁之間的壓力增大，摩擦阻力增加，拆檢后會發(fā)現(xiàn)，在駐退筒內(nèi)壁下表面和活塞銅頭下表面磨損大于上表面，活塞銅頭下部前端磨損較后端嚴重。

2.3 后套箍采用固定約束且前套箍軸向解除約束

后套箍采用固定約束且前套箍軸向解除約束(見圖6)，發(fā)射后坐過程中，后套箍在后坐阻力的作用下出現(xiàn)“仰起”現(xiàn)象，帶動駐退機筒一方面向后運動，另一方面向上抬起。由于前套箍軸向約束解除，駐退筒后移不受限制，但前套箍徑向約束使得駐退機筒向上抬升無法實現(xiàn)，后坐過程駐退機筒就會出現(xiàn)“弓背”現(xiàn)象，筒徑水平方向變寬、垂直方向變窄，當參與后坐的駐退桿被強制沿身管軸線運動時，與駐退機筒接觸的活塞會下壓撫平駐退機筒的拱起并克服由此引起的變形，活塞與駐退筒內(nèi)壁上下之間的壓力增大，摩擦阻力增加，拆檢后會發(fā)現(xiàn)在駐退筒內(nèi)壁下表面和活塞銅頭下表面磨損大于左右兩側(cè)表面，活塞銅頭下部后端磨損較前端嚴重。

3 前后套箍同時采用固定約束以提高搖架剛度設(shè)計誤區(qū)分析

由于搖架是火炮后坐運動部分的安裝機構(gòu)，變形量的大小與炮身運動一致性直接相關(guān)，剛強度設(shè)計顯得尤為重要。為了提高搖架的剛度，設(shè)計中利用反后坐裝置駐退機和復(fù)進機外筒的前后端與搖架前后套箍同時固定連接，或者另外增加反后坐裝置護筒，示意見圖4。這種連接必須做到后套箍肩部剛度足夠大保證后套箍不產(chǎn)生位移變形，后坐阻力不會通過駐退機筒傳遞到前套箍，前后套箍相對位置保持穩(wěn)定，可以保證駐退機正常運動。如果后套箍肩部受力變形，就會通過固連的駐退機筒把后坐阻力傳遞到前套箍，由于前套箍肩部連接剛度和后套箍存在差異，勢必會引起變形不一致，導致炮身護筒前端位置發(fā)生改變，特別是前套箍剛度較弱時會通過套筒帶動身管指向的變化，影響火炮射擊的密集度。

對上述結(jié)構(gòu)建立力學模型說明如下。圖7所示為典型質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

按照上述分析，改變反后坐裝置與搖架連接方式，將原來的前后套箍同時采用固定約束改為后套箍采用固定約束且前套箍軸向解除約束，并在前套箍增加徑向間隙，最大射程地面密集度橫向散布和縱向散布基本穩(wěn)定在要求范圍，改進效果非常明顯。作為一致性考核的密集度試驗的基本要求是射擊條件(包括火炮、彈藥、陣地、氣象等)保持一致。對火炮而言，需要重點關(guān)注反后坐裝置的設(shè)計和安裝方式，通過降低駐退機最大后坐阻力達到減小架體彈性變形、提高架體剛度的目的，保證駐退機液量調(diào)節(jié)器在駐退液溫度變化情況下可靠而有效工作，保證每次后坐運動規(guī)律的一致性，進而實現(xiàn)膛內(nèi)時期火炮和彈丸之間相互作用一致，盡可能做到彈丸出炮口瞬間的初始擾動穩(wěn)定一致。

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