人-槍系統(tǒng)中不同自動(dòng)方式對(duì)槍械后坐作用影響研究

王長(zhǎng)庚,徐萬(wàn)和,徐誠(chéng)

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇南京 210094）

人-槍系統(tǒng)中不同自動(dòng)方式對(duì)槍械后坐作用影響研究

王長(zhǎng)庚,徐萬(wàn)和,徐誠(chéng)

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇南京 210094）

為了研究槍械在人-槍系統(tǒng)中后坐作用的特性和影響因素,基于不同自動(dòng)方式下槍械的內(nèi)彈道特性、后坐機(jī)理以及槍機(jī)運(yùn)動(dòng),結(jié)合剛體動(dòng)力學(xué)和碰撞動(dòng)力學(xué),分別建立了在立姿射擊時(shí),考慮人-槍作用的導(dǎo)氣式和自由槍機(jī)式兩種槍械后坐作用的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)槍械在人-槍作用過(guò)程中的后坐作用力、后坐速度、肩部水平位移等特征物理量進(jìn)行數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)分析。研究結(jié)果表明:兩種不同自動(dòng)方式的槍械后坐作用力、射手的后坐速度和位移隨后坐時(shí)間的變化規(guī)律、最大值出現(xiàn)的次數(shù)和時(shí)間并不相同。

兵器科學(xué)與技術(shù);槍械;后坐作用;動(dòng)力學(xué);數(shù)值分析

0 引言

槍械的后坐作用是槍械考核的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。而在人-槍系統(tǒng)中,槍械的自動(dòng)方式是影響槍械后坐作用的一個(gè)因素。現(xiàn)有的研究工作在分析自動(dòng)方式對(duì)槍械后坐作用影響時(shí),并沒(méi)有考慮發(fā)射過(guò)程中自動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)人-槍系統(tǒng)和槍械后坐作用的影響,針對(duì)后坐作用過(guò)程進(jìn)行細(xì)致的分段建立模型。

本文針對(duì)槍械在人-槍系統(tǒng)射擊過(guò)程中,根據(jù)自動(dòng)機(jī)不同階段的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),基于相同的約束條件,分別建立了立姿射擊時(shí),導(dǎo)氣式和自由槍機(jī)式這兩種自動(dòng)方式的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值和實(shí)驗(yàn)分析,研究其對(duì)槍械后坐作用的影響。

1 槍械后坐作用動(dòng)力學(xué)模型

為了便于分析計(jì)算,將立姿射擊時(shí),槍械后坐作用模型簡(jiǎn)化,如圖1所示。

圖1 槍械后坐作用力學(xué)模型示意圖Fig.1 Mechanical model of gun recoil effect

在立姿射擊時(shí),射手手臂將槍械抵于射手肩部,進(jìn)行射擊。根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)[1-3],對(duì)模型做出以下假設(shè):

1)將射手軀干等效為一繞z軸水平旋轉(zhuǎn)和繞y軸俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體質(zhì)量塊。

2)槍托和抵肩點(diǎn)之間用一個(gè)彈性約束和一個(gè)阻尼器來(lái)描述;槍托和抵肩點(diǎn)之間無(wú)相對(duì)水平旋轉(zhuǎn)。

3)假設(shè)射手緊握槍械,槍械和射手手臂之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),并將射手手臂質(zhì)量轉(zhuǎn)換成槍械的等效質(zhì)量。

4)假設(shè)以射手臀腰為坐標(biāo)原點(diǎn)O,射手軀干繞臀腰轉(zhuǎn)動(dòng)、手臂繞軀干轉(zhuǎn)動(dòng),且其之間的阻尼系數(shù)為常數(shù),并用一個(gè)阻尼器來(lái)描述。

5)將射手對(duì)槍械的預(yù)緊作用假設(shè)為分別作用在腰部水平轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)以及槍械相對(duì)肩部的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)上的預(yù)緊力偶和手臂對(duì)槍械水平方向上的預(yù)緊力;預(yù)緊力偶具有摩擦力的一些特性,在槍械后坐運(yùn)動(dòng)過(guò)程中僅起到阻力的作用。

根據(jù)以上假設(shè),結(jié)合多剛體動(dòng)力學(xué),建立槍械立姿射擊下,后坐作用的動(dòng)力學(xué)模型,如圖2所示,點(diǎn)A、B、E分別為槍械(不含自動(dòng)機(jī))、軀干以及自動(dòng)機(jī)的質(zhì)心。點(diǎn)D為抵肩支撐點(diǎn);K為肩部約束剛度系數(shù);C為肩部水平約束的阻尼系數(shù);C1為軀干俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的阻尼系數(shù);C2為軀干水平旋轉(zhuǎn)的阻尼系數(shù);C3為槍械相對(duì)肩部俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的阻尼系數(shù);M1為軀干俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的預(yù)緊力偶;M2為軀干水平自轉(zhuǎn)的預(yù)緊力偶; M3為槍械相對(duì)肩部的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的預(yù)緊力偶。

圖2 槍械后坐作用動(dòng)力學(xué)模型Fig.2 Dynamic model of gun recoil effect

根據(jù)多剛體動(dòng)力學(xué)理論,模型為3剛體5自由度,假設(shè),x、r、θ、δ以及φ為系統(tǒng)的5個(gè)廣義坐標(biāo)。其中:x為步槍的水平后坐位移;r為自動(dòng)機(jī)的相對(duì)機(jī)匣的后坐位移;θ為槍械繞抵肩點(diǎn)的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角度;δ為軀干繞腰部的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角度;φ為軀干繞腰部的水平轉(zhuǎn)動(dòng)角度。同時(shí),考慮導(dǎo)氣式槍械的開(kāi)鎖機(jī)構(gòu),僅就導(dǎo)氣式槍械后坐作用模型添加一個(gè)廣義坐標(biāo)r1,r1為槍機(jī)框開(kāi)鎖前的相對(duì)機(jī)匣的后坐位移。

2 導(dǎo)氣式槍械后坐作用分析

導(dǎo)氣式是利用導(dǎo)出的膛內(nèi)火藥燃?xì)馐箻寵C(jī)后坐的自動(dòng)方式[4]。彈丸擊發(fā)后,在彈丸未經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣孔時(shí),槍機(jī)還未開(kāi)鎖,此時(shí)槍機(jī)和機(jī)匣在膛內(nèi)壓力的作用下一起后坐,故可將該階段稱之為開(kāi)鎖前期;當(dāng)彈丸經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣孔,槍機(jī)框開(kāi)始在導(dǎo)氣室內(nèi)的燃?xì)鈮毫ο?后坐運(yùn)動(dòng)完成開(kāi)鎖動(dòng)作,此階段,自動(dòng)機(jī)開(kāi)始解鎖,故稱之為開(kāi)鎖階段;開(kāi)鎖后,自動(dòng)機(jī)開(kāi)始慣性后坐,直至自動(dòng)機(jī)后坐到位,撞擊機(jī)匣,故可稱之為自動(dòng)機(jī)慣性后坐階段;最后自動(dòng)機(jī)在復(fù)進(jìn)簧作用下復(fù)進(jìn),直到復(fù)進(jìn)到位,撞擊機(jī)匣,進(jìn)行下次射擊動(dòng)作。

根據(jù)上述分析,可將導(dǎo)氣式槍械的劃分為:開(kāi)鎖前期、開(kāi)鎖階段、自動(dòng)機(jī)慣性后坐階段以及自動(dòng)機(jī)復(fù)進(jìn)階段。

2.1 開(kāi)鎖前期

開(kāi)鎖前期這一階段,從彈丸擊發(fā)開(kāi)始,到彈丸經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣孔結(jié)束。該階段,由于槍機(jī)還未開(kāi)鎖,可以將槍機(jī)、槍機(jī)框和機(jī)匣看為一個(gè)整體,受膛內(nèi)火藥燃?xì)獾膲毫?射手受到槍械后坐產(chǎn)生的后坐作用力(矩)和預(yù)緊力(偶)。該階段,系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

式中:me為槍械的等效質(zhì)量(不包含自動(dòng)機(jī));m為槍機(jī)框質(zhì)量;mb為槍機(jī)質(zhì)量;F為膛內(nèi)火藥燃?xì)鈮毫?F=S·p,S為線膛橫截面積,p為膛內(nèi)平均壓力[5];J1為軀干繞腰部O點(diǎn)的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;J2為軀干繞腰部O點(diǎn)的水平轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;J3為步槍繞支撐點(diǎn)D的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;M1為軀干受到的俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)合力矩; M2為軀干受到的水平轉(zhuǎn)動(dòng)合力矩;M3為槍械受到的相對(duì)肩部俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的合力矩;b1為抵肩點(diǎn)到腰部的直線距離OD.

2.2 開(kāi)鎖階段

開(kāi)鎖階段,是從槍機(jī)框開(kāi)始自由行程到槍機(jī)完全開(kāi)鎖,槍機(jī)和槍機(jī)框一起開(kāi)始慣性后坐。該階段,槍機(jī)框在導(dǎo)氣室內(nèi)燃?xì)鈮毫蛷?fù)進(jìn)簧的作用下后坐,在走完開(kāi)鎖前自由行程后,撞擊槍機(jī),完成開(kāi)鎖,并和槍機(jī)一起開(kāi)始慣性后坐,同時(shí),在槍機(jī)還未開(kāi)始相對(duì)機(jī)匣后坐時(shí),槍機(jī)依然和機(jī)匣一起,在膛內(nèi)火藥燃?xì)獾淖饔孟吕^續(xù)后坐,直至槍機(jī)框撞擊槍機(jī),使得槍機(jī)和機(jī)匣分離。

由于槍機(jī)框撞擊槍機(jī)開(kāi)鎖時(shí),彈頭早已飛出膛口,膛內(nèi)壓力急劇下降,故簡(jiǎn)化計(jì)算,可忽略開(kāi)鎖時(shí)的抽殼阻力和此時(shí)的膛內(nèi)火藥燃?xì)鈮毫ΑＴ诖穗A段,機(jī)匣受到氣室內(nèi)火藥燃?xì)鈱?duì)氣室前端面的作用力Fs,其數(shù)值近似等于槍機(jī)框所受到的氣室內(nèi)燃?xì)鈮毫?整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

式中:Kj為復(fù)進(jìn)簧剛度;Cj為復(fù)進(jìn)簧阻尼系數(shù);Fs為導(dǎo)氣室內(nèi)火藥燃?xì)鈮毫?Fs=Ss·ps,Ss為導(dǎo)氣室橫截面積,ps為氣室內(nèi)平均壓力[5],pd為彈頭經(jīng)導(dǎo)氣孔瞬

式中:ts為開(kāi)鎖階段的總時(shí)間,從彈丸經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣孔開(kāi)始,到槍機(jī)框走完開(kāi)鎖前自由行程結(jié)束;a為結(jié)構(gòu)系數(shù);b為時(shí)間系數(shù)。

2.3 自動(dòng)機(jī)慣性后坐階段

自動(dòng)機(jī)慣性后坐階段,是從槍機(jī)和槍機(jī)框開(kāi)始慣性后坐到其后坐到位撞擊機(jī)匣。該階段,機(jī)匣和自動(dòng)機(jī)慣性后坐,受到復(fù)進(jìn)簧力,而射手也慣性后坐,受到預(yù)緊力偶的阻力,此時(shí),系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為間的膛內(nèi)平均壓力。采用布拉文的經(jīng)驗(yàn)公式[5]

該階段方程未知變量的初始值應(yīng)該為上一階段的終止值,但由于槍機(jī)框撞擊槍機(jī)開(kāi)鎖,導(dǎo)致槍機(jī)框和槍機(jī)的速度發(fā)生瞬間變化,故該階段自動(dòng)機(jī)的初始速度應(yīng)該為碰撞后的瞬時(shí)值,同時(shí),該碰撞為碰撞結(jié)合,其碰撞恢復(fù)系數(shù)b0可取為0,碰撞后的速度由(10)式可得。

2.4 自動(dòng)機(jī)復(fù)進(jìn)階段

自動(dòng)機(jī)復(fù)進(jìn)階段,是從槍機(jī)和槍機(jī)框開(kāi)始復(fù)進(jìn)到其復(fù)進(jìn)到位撞擊機(jī)匣前端。該階段,系統(tǒng)只受到射手的預(yù)緊力(偶)和復(fù)進(jìn)簧力,此時(shí),系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

該階段方程未知變量的初始值應(yīng)為自動(dòng)機(jī)撞擊機(jī)匣后的瞬時(shí)值,而該碰撞為撞擊分離,根據(jù)(10)式和碰撞原理,可得碰撞后各構(gòu)件的瞬時(shí)速度。而該階段,復(fù)進(jìn)到位碰撞后,各構(gòu)件的瞬時(shí)速度將作為下一循環(huán)的初始值。

3 自由槍機(jī)式槍械后坐作用分析

自由槍機(jī)式是利用槍機(jī)后坐運(yùn)動(dòng)能量進(jìn)行工作的自動(dòng)方式[4]。自由槍機(jī)式槍械,當(dāng)槍彈擊發(fā)后,槍機(jī)在膛內(nèi)火藥燃?xì)獾淖饔孟戮烷_(kāi)始后坐,同時(shí),完成抽殼動(dòng)作,直到槍機(jī)后坐到位,撞擊機(jī)匣;然后在復(fù)進(jìn)簧的回復(fù)力的作用下,槍機(jī)開(kāi)始復(fù)進(jìn),直至復(fù)進(jìn)到位,撞擊機(jī)匣,進(jìn)入下一次射擊動(dòng)作。

根據(jù)自由槍機(jī)式槍械的后坐過(guò)程,整個(gè)過(guò)程可分為:抽殼階段、槍機(jī)自由后坐階段以及槍機(jī)復(fù)進(jìn)階段3個(gè)階段。

3.1 抽殼階段

該階段,槍彈擊發(fā)時(shí),由于槍機(jī)是靠慣性閉鎖,沒(méi)有相應(yīng)機(jī)構(gòu)限制其后坐運(yùn)動(dòng),故槍機(jī)在膛內(nèi)火藥燃?xì)夂吞艢らg摩擦力的作用下,開(kāi)始后坐運(yùn)動(dòng)。但抽殼過(guò)程中,膛殼間的摩擦阻力較為復(fù)雜,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,引入了槍機(jī)質(zhì)量虛擬系數(shù)。

此階段,整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

式中:φ1為槍機(jī)質(zhì)量虛擬系數(shù)[5],可取為1.3.

式中:v0為碰撞后槍機(jī)和機(jī)匣的前沖速度;v1為碰撞前槍機(jī)的前沖速度,根據(jù)擊發(fā)前,復(fù)進(jìn)簧的壓縮量和槍機(jī)質(zhì)量近似計(jì)算獲得。

自由槍機(jī)常采用前沖式擊發(fā),使得槍械在槍彈擊發(fā)前已經(jīng)具有一定的速度,由于從槍彈擊發(fā)到槍機(jī)撞擊機(jī)匣前端面的時(shí)間很短,槍機(jī)和機(jī)匣所受外力相對(duì)碰撞力較小,為便于分析,可以認(rèn)為系統(tǒng)所受合外力為0.根據(jù)碰撞理論,可得

3.2 槍機(jī)慣性后坐階段

槍機(jī)慣性后坐階段,從內(nèi)彈道結(jié)束到槍機(jī)后坐到位,撞擊機(jī)匣。該階段的初始時(shí)期,雖然彈殼還未完全從膛內(nèi)抽出,但膛內(nèi)壓力已經(jīng)急劇下降,彈殼所受的合外力也急劇下降,為便于分析,可認(rèn)為此時(shí)槍機(jī)僅在復(fù)進(jìn)簧的作用下慣性后坐,系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

3.3 槍機(jī)復(fù)進(jìn)階段

槍機(jī)復(fù)進(jìn)階段,從槍機(jī)開(kāi)始復(fù)進(jìn)到槍機(jī)復(fù)進(jìn)到位,撞擊機(jī)匣前端。該階段,槍機(jī)僅在復(fù)進(jìn)簧的作用下自由后坐。此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為

該階段方程未知變量的初始值應(yīng)為自動(dòng)機(jī)撞擊機(jī)匣后的瞬時(shí)值,而該碰撞為撞擊分離,根據(jù)(10)式和碰撞原理,可得碰撞后各構(gòu)件的瞬時(shí)速度。而該階段,復(fù)進(jìn)到位碰撞后,各構(gòu)件的瞬時(shí)速度將作為下一循環(huán)的初始值。

4 數(shù)值計(jì)算與分析

槍械后坐作用的動(dòng)力學(xué)方程為微分方程組。本文采用4階龍格-庫(kù)塔的數(shù)值計(jì)算方法,借用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)值分析。同時(shí),根據(jù)模型的特性,在動(dòng)力學(xué)方程的求解過(guò)程中,考慮了碰撞計(jì)算和約束的判定。

4.1 碰撞計(jì)算

在槍械后坐運(yùn)動(dòng)中,會(huì)出現(xiàn)多次碰撞,這些碰撞不僅作用時(shí)間極短,而且往往引起構(gòu)件速度的急劇變化。為了便于分析計(jì)算,本文采用將每次碰撞作為各個(gè)階段的初始點(diǎn)或者中止點(diǎn)。考慮到碰撞時(shí),系統(tǒng)所受合外力遠(yuǎn)小于碰撞力,可認(rèn)為系統(tǒng)合外力為0,根據(jù)碰撞理論,可得碰撞件碰撞后的速度

式中:mA、mB分別為碰撞件A、B的質(zhì)量;vA、vB分別為碰撞件A、B撞擊前的速度;b0為碰撞恢復(fù)系數(shù)。

4.2 約束判定

在立姿射擊中,由于射手對(duì)槍械的預(yù)緊力偶具有與摩擦力相似的力學(xué)特性,所以需要在每一個(gè)階段動(dòng)力學(xué)方程的求解過(guò)程中,對(duì)支撐體所受的合外力矩進(jìn)行判定。以軀干繞腰部的俯仰力矩為例,其判定條件如下:

1)當(dāng)軀干俯仰速度為0,同時(shí),軀干受到的動(dòng)力矩M1d小于預(yù)緊力偶My時(shí),其合外力矩M1為0.

2)當(dāng)不滿足條件1時(shí),由于整個(gè)系統(tǒng)受力平衡,軀干所受合外力矩M1為

式中:l為槍械后坐作用力到腰部回轉(zhuǎn)軸的力臂;Fr為槍械后坐作用力,其值為

同理,軀干水平轉(zhuǎn)動(dòng)的合力矩M2以及槍械相對(duì)肩部俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的合力矩M3,都可依據(jù)該方法進(jìn)行判定。

4.3 計(jì)算參數(shù)諸元

為了直觀地表現(xiàn)不同自動(dòng)方式對(duì)槍械后坐作用的影響,本文以使用同一種槍彈的79式?jīng)_鋒槍和85式?jīng)_鋒槍作對(duì)比。

由于射手射擊時(shí)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的非確定性,同時(shí),為了便于分析,本文根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[6],確定了立姿射擊動(dòng)力學(xué)方程中的主要相關(guān)諸元以及兩種槍械的主要相關(guān)參數(shù),如表1、表2所示。

表1 約束主要相關(guān)諸元Tab.1 Main data of constraint

表2 槍械主要相關(guān)參數(shù)Tab.2 Main data of gun

4.4 仿真結(jié)果與分析

在表1、表2所示諸元下,85式?jīng)_鋒槍和79式?jīng)_鋒槍的后坐作用力Fr隨時(shí)間t的變化曲線如圖3所示。

圖3 后坐作用力對(duì)比曲線Fig.3 Curves of recoil forces

導(dǎo)氣式槍械由于其自動(dòng)方式的原因,在彈頭未經(jīng)過(guò)導(dǎo)氣孔時(shí),槍機(jī)還未開(kāi)鎖,膛內(nèi)火藥燃?xì)鈮毫νㄟ^(guò)槍機(jī)作用于整個(gè)槍械系統(tǒng),當(dāng)出現(xiàn)最大膛壓后,產(chǎn)生后坐作用力峰值,但由于射手軀干的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致這一峰值的最大數(shù)值降低以及作用時(shí)間增加;隨著自動(dòng)機(jī)后坐到位時(shí),槍機(jī)及槍機(jī)框撞擊機(jī)匣時(shí)的碰撞力,作用在整個(gè)系統(tǒng)上,產(chǎn)生后坐作用力峰值。

自由槍機(jī)式槍械由于自動(dòng)方式的原因,在槍彈擊發(fā)后,機(jī)匣受到的主動(dòng)力僅為膛殼間的摩擦力,這一主動(dòng)力相對(duì)膛內(nèi)火藥氣體壓力較小,故其后坐作用力幅值也較小;抽殼動(dòng)作完成后,槍機(jī)自由后坐到位后,槍機(jī)撞擊機(jī)匣,出現(xiàn)了較大的后坐作用力峰值。

圖4所示為兩種自動(dòng)方式下,槍械水平速度·x的對(duì)比曲線,由圖4可知:兩種槍械在后坐過(guò)程中的速度都發(fā)生了兩次突變,其峰值出現(xiàn)的時(shí)間相比槍械后坐作用力峰值出現(xiàn)的較早,說(shuō)明槍肩的約束具有明顯的緩沖作用。

圖4 槍械水平速度對(duì)比曲線Fig.4 Speed curves of guns

圖5 軀干俯仰角速度對(duì)比曲線Fig.5 Curves of pitching angular velocity of body

圖6所示為射手肩部的水平位移s對(duì)比曲線,由圖6可知,雖然兩種不同自動(dòng)方式的槍械,其射擊時(shí),射手肩部水平位移的變化趨勢(shì)都是逐漸增大的,但其增大的規(guī)律并不一樣。導(dǎo)氣式槍械射擊時(shí),射手肩部開(kāi)始水平移動(dòng)后,其數(shù)值先急劇增大,而后其增大速率有所放緩,然后再增大;而自由槍機(jī)式槍械,其數(shù)值先增大,而后其增大速率逐漸放緩。

圖6 肩部水平位移對(duì)比曲線Fig.6 Curves of shoulder horizontal displacement

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)以79式?jīng)_鋒槍和85式?jīng)_鋒槍為例,采用射手射擊的方式進(jìn)行測(cè)量,如圖7所示。射擊時(shí),槍托底部連接壓電式傳感器,傳感器另一端抵于射手肩部上。擊發(fā)后,整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始后坐,傳感器傳出相應(yīng)的電荷信號(hào),通過(guò)電荷放大器,將信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),顯示于示波器中,并記錄下來(lái),同時(shí),利用高速攝影記錄射擊時(shí),射手肩部的水平位移。

圖7 射擊實(shí)驗(yàn)原理圖Fig.7 Illustrative diagram of firing experiment

5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖8和圖9所示,分別為79式?jīng)_鋒槍后坐作用力實(shí)驗(yàn)曲線和85式?jīng)_鋒槍后坐作用力實(shí)驗(yàn)曲線。

圖8 79式?jīng)_鋒槍后坐作用力實(shí)驗(yàn)曲線Fig.8 Experimental curve of recoil force of 79 type submachine gun

由圖8和圖9可以看出:在該實(shí)驗(yàn)條件下,79式?jīng)_鋒槍的后坐力曲線出現(xiàn)兩次峰值,其最大后坐作用力為435.8 N.85式?jīng)_鋒槍的最大后坐作用力為487.6 N.

圖10所示為兩種槍械肩部水平位移s的實(shí)驗(yàn)曲線。由圖10可知,85式?jīng)_鋒槍在該條件下射擊時(shí),射手肩部最大水平位移為6.55 mm;79式?jīng)_鋒槍在該條件下射擊時(shí),射手肩部最大水平位移為7.58 mm.

圖9 85式?jīng)_鋒槍后坐作用力實(shí)驗(yàn)曲線Fig.9 Experimental curve of recoil force of 85 type submachine gun

圖10 兩種槍械肩部水平位移實(shí)驗(yàn)曲線Fig.10 Experimental curves of shoulder horizontal displacements of 79 and 85 type submachine guns

由于為了便于分析,模型建立中進(jìn)行了簡(jiǎn)化,故實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果相比有一定的差異,但槍械后坐作用力的作用規(guī)律基本一致。

6 結(jié)論

1)本文建立了立姿射擊時(shí),考慮人-槍相互作用的兩種不同自動(dòng)方式槍械后坐作用理論模型,為槍械后坐作用精細(xì)化的預(yù)測(cè)提供了基本方法。

2)在使用同一種槍彈以及約束條件相同的情況下:導(dǎo)氣式槍械,第一后坐沖量引起的后坐力明顯大于自動(dòng)機(jī)第二后坐沖量引起的后坐力;自由槍機(jī)式槍械,第一后坐沖量引起的后坐力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于槍機(jī)后坐到位沖擊引起的后坐力。

3)基于不同自動(dòng)方式,后坐力的作用規(guī)律并不相同,人體軀干的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不相同,導(dǎo)氣式自動(dòng)方式下,射手軀干的俯仰角速度有兩次明顯的峰值;而自由槍機(jī)自動(dòng)方式下,射手軀干的俯仰角速度只有一次明顯的峰值。

4)兩種自動(dòng)方式下,不同后坐作用力規(guī)律和射手軀干的運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)連發(fā)射擊時(shí)需要的穩(wěn)定操控方式以及槍械后坐作用的測(cè)評(píng)提供了一定的理論參考。

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Research on the Influence of Different Automatic Action of Gun on Its Recoil Effect in Man-gun System

WANG Chang-geng,XU Wan-he,XU Cheng
(School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,Jiangsu,China)

In order to study the characteristics and influence factors of recoil effect of gun in the man-gun system,two dynamic models for the recoil effects of gas-operated and simple blowback bolt type guns for firing at the standing position are established in consideration of man-gun interaction.The models are based on gun interior ballistic properties,recoil mechanism and bolt movement in different automatic ways,rigid-body dynamics and collision dynamics.The gun recoil force,recoil velocity and shoulder horizontal displacement in man-gun system are numerically and experimentally analyzed.The research results show that the rules of the changes of gun recoil force and the shooter'recoil velocity and displacement withe recoiling time,and the number of occurrences and time of the maximum are not same for two different kinds of automatic gun.

ordnance science and technology;firearms;recoil effect;dynamics;numerical analysis

TJ156

:A

1000-1093(2014)05-0741-07

10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.024

2013-08-10

王長(zhǎng)庚(1985—),男,博士研究生。E-mail:1380516@163.com;

徐萬(wàn)和(1954—),男,教授,碩士生導(dǎo)師。E-mail:xuwanhe@mail.njust.edu.cn