不同土體對迫擊炮射擊穩(wěn)定性影響的動力學分析

徐曉樂，劉樹華

（中北大學 機電工程學院，山西 太原 030051）

0 引言

鑒于現代作戰(zhàn)模式與戰(zhàn)場環(huán)境中迫擊炮已成為陸戰(zhàn)場不可或缺的火力支援兵器，如何適應現代戰(zhàn)場環(huán)境成為迫擊炮研究的重點，其中輕量化是其主要方向之一。本文應用CAE技術對迫擊炮后坐復進運動進行分析，進而對迫擊炮射擊穩(wěn)定性進行分析和預測，為迫擊炮輕量化設計提供理論基礎。

1 迫擊炮后坐系統(tǒng)動力學分析

1.1 后坐系統(tǒng)運動微分方程

通過分析迫擊炮后坐運動過程，得到其動力學微分方程如下：

其中：mh為全炮質量；x為后坐位移；Fpt為炮膛合力；FR為后坐阻力，FR＝R（t）＋Fc＋Fz＋Ff，R（t）為土壤抗力，Fc為阻尼力，Fz為緩沖簧的緩沖力，Ff為系統(tǒng)的摩擦力。

迫擊炮復進運動微分方程為：

1.2 迫擊炮緩沖機中緩沖簧阻力

圖1為迫擊炮緩沖機結構示意圖。

計算緩沖機彈簧力時，對后坐階段和復進階段分別計算。后坐階段緩沖機彈簧力為：

復進階段緩沖機彈簧力為：

其中：K1，K2，K3分別為緩沖結構中彈簧1，2，3的剛度；F1，F2分別為彈簧1，2的初始力；x為后坐位移，當x＞0時，座鈑與土壤接觸，當x≤0時，座鈑與土壤不接觸。

圖1 迫擊炮緩沖機結構示意圖

2 動力學仿真及結果分析

2.1 動力學模型

圖2為基于Simulink的后坐系統(tǒng)仿真模型。

圖2 后坐系統(tǒng)仿真模型

2.2 動力學仿真與結果分析

本文的研究對象是迫擊炮在射角45°主射擊平面內的射擊穩(wěn)定性，利用ANSYS軟件對模型進行動力學分析，計算得到全裝藥時在硬土、中硬土、軟土3種土壤情況下后坐部分的位移、速度以及后坐阻力的變化曲線。

（1）圖3～圖5分別為硬土情況下后坐部分的速度、位移及后坐阻力的變化曲線。

（2）圖6～圖8分別為中硬土情況下后坐部分的速度、位移及后坐阻力的變化曲線。

（3）圖9～圖11分別為軟土情況下后坐部分的速度、位移及后坐阻力的變化曲線。

圖3 硬土時后坐部分速度v－t曲線

圖4 硬土時后坐部分位移x－t曲線

圖5 硬土時后坐阻力FR－t曲線

圖6 中硬土后坐部分速度v－t曲線

圖7 中硬土后坐部分位移x－t曲線

圖8 中硬土后坐阻力FR－t曲線

圖9 軟土后坐部分速度v－t曲線

圖10 軟土后坐部分位移x－t曲線

圖11 軟土后坐阻力FR－t曲線

表1為后坐部分在3種土壤中的運動極限值。由圖4、圖7和圖10可知：硬土中后坐部分跳離地面大約為4.80mm；中硬土中后坐部分復進回彈大約為3.60mm；在軟土中后坐部分沒有復進回彈。

表1 后坐部分在3種土壤中的運動極限值

3 結束語

本文應用ANSYS軟件對迫擊炮的后坐系統(tǒng)在3種類型土壤45°角射擊進行動力學仿真。數值計算結果很好地表明了迫擊炮在不同類型土壤射擊情況下的穩(wěn)定性，為下一步迫擊炮輕量化及其他優(yōu)化設計提供了參考。

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