手槍可感后坐仿真分析

譚繼宇　沙金龍　李朋超

摘要： 手槍射擊過程中存在震手的問題，其本質(zhì)原因是自動機(jī)向后運動過程中與握把組件發(fā)生剛性碰撞對虎口部位產(chǎn)生沖擊作用，本文基于以上現(xiàn)象，建立了人手持槍模型，對手槍發(fā)射過程中射手手部感受到的可感后坐進(jìn)行求解。

Abstract： Pistol shooting will shock the shooter's hand. The reason is when the automata moves backward， there is rigid collision with the grip parts， which will cause an impact to the part of the hand between the thumb and the index finger. Based on the phenomenon above， the human hand-hold-pistol model is established， to find the appreciable posture felt by the hand of the shooter in the shooting process.

關(guān)鍵詞： 手槍；可感后坐；沖擊

Key words： pistol；appreciable posture；impact

中圖分類號：TJ21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）23-0120-03

1 可感后坐的基本概念與評價方法

1.1 武器可感后坐的概念

武器發(fā)射彈丸時，武器體部在制動后坐狀態(tài)下所產(chǎn)生的向后運動的行為稱為武器的可感后坐，是武器的支承體（如射手的肩部）所能感受到的后坐。武器的可感后坐不但與武器的威力、自動原理相關(guān)、還與武器體部的緩沖裝置、武器的質(zhì)量等特性有關(guān)。

1.2 武器可感后坐的評價方法

目前，對于評價武器后坐而言，常見的評價因素一般有后坐能量、最大后坐速度、最大后坐力、后坐動量等，在實際射擊過程中這些物理量會觸發(fā)人體外圍感覺系統(tǒng)可以感受3種基本感覺類型： 觸壓感、痛感以及本體感覺。觸壓感是對后坐力在一定時間內(nèi)積累作用強(qiáng)度的反應(yīng)，其對應(yīng)的物理特征量即為槍械對射手的作用沖量。痛感是由射手抵槍處受到的壓強(qiáng)引起的，其最大刺激量為射擊過程中傳到射手身上的最大后坐力。本體感是射手對軀干位置和運動狀態(tài)的感知，引發(fā)這種感覺的物理量是軀體的加速度、速度和位移。

對于手槍而言，射擊過程中射手手部難以忍受的震手的感覺主要是后坐沖量引起的。因此，本文主要針對槍械對射手的后坐沖量這一因素對手槍的可感后坐進(jìn)行評價。后坐沖量是一矢量，其方向向后，槍械對射手的作用沖量是槍械后坐力在后坐時間上的積累，故用后坐沖量來評價武器后坐的大小時，可以選取后坐總沖量來度量。但是，槍械后坐力小于某一敏感值時，即使后坐時間較長，射手對此時的作用沖量也并不敏感。

如圖1所示，曲線1和曲線2分別為兩種不同槍械發(fā)射時后坐力曲線，兩個陰影部分IS1和IS2為大于某一敏感閾值的后坐力在后坐時間上的積累，可稱為敏感后坐沖量。假設(shè)曲線1和曲線2的后坐總沖量相等，如果簡單的對比I1和I2，會得出兩種槍械可感后坐相似的結(jié)論，而如果比較兩種槍械的敏感后坐沖量IS1和IS2，則并不一定相等，也就是說射手的感官承受并不一樣，表明兩種槍械的可感后坐并不相同。

基于以上分析，由于敏感閾值的存在，在對比評價槍械對射手的作用沖量時，并不能簡單的對比評價因素中槍械對射手作用的總沖量，而應(yīng)該對比大于敏感閾值的后坐力在時間上的積累，即敏感后坐沖量，本文采用間接評價法對手槍的可感后坐進(jìn)行評價，即采用可感后坐沖量對可感后坐進(jìn)行評價，論文以下內(nèi)容中如無特別說明，提到的可感后坐均指可感后坐沖量。

1.3 可感后坐數(shù)學(xué)模型的建立

發(fā)射擊發(fā)后，自動機(jī)向后運動過程中，給握把組件一個向后運動的力，射手手部與握把受力簡圖如圖2所示。

圖中 F1——自動機(jī)與握把組件相互作用力；

F2——虎口與握把之間的相互作用力；

F3——手指與握把之間的相互作用力。

南京理工大學(xué)王長庚博士對人體的敏感閾值進(jìn)行了相應(yīng)的測試統(tǒng)計，得出了人體各敏感閾值的具體取值，其中后坐作用力對應(yīng)的敏感閾值、敏感后坐沖量對應(yīng)的敏感閾值如表1所示。

根據(jù)前面可感后坐沖量的概念可知，射擊過程中虎口受到的可感后坐沖量為

式中IK——為發(fā)射過程中虎口感受到的后坐沖量；

t1 ——為發(fā)射開始時的時間；

t2——為發(fā)射結(jié)束時的時間；

F4——可感后坐沖量計算公式中參與積分運算的力（圖1中陰影部分的縱坐標(biāo)）。

2 可感后坐仿真模型的構(gòu)建與求解

在對手槍可感后坐求解之前，先對手槍固定架動力學(xué)模型進(jìn)行仿真，驗證建立的模型正確有效后，將手槍模型與人手模型進(jìn)行合并后，求解該手槍的可感。

2.1 手槍固定架仿真模型的建立

本文以某手槍為研究對象，建立的手槍固定架動力學(xué)模型如圖3所示。

運行仿真后，在后處理中提取的槍機(jī)位移曲線如圖4、5所示。

從圖4、5中可以看出，槍機(jī)后坐最大速度、后坐到位速度均仿真結(jié)果與試驗結(jié)果誤差均小于15%，仿真模型能夠滿足工程分析要求。

2.2 可感后坐仿真模型的建立

在上一小結(jié)的基礎(chǔ)上，將在UG軟件中建立的人體手部模型與手槍模型合并，并對其模型進(jìn)行如下假設(shè)：

①在仿真過程中認(rèn)為人體的手部骨骼十分堅硬，在仿真過程中不考慮人體骨骼的變形。

②人體手部的關(guān)節(jié)之間的連接關(guān)系采用運動副來連接。

③人體手部肌肉、韌帶和神經(jīng)血管等軟組織采用彈簧阻尼系統(tǒng)替代，具體參數(shù)如表2所示。

④人手持槍模型中，手腕兩側(cè)的滑塊與地面采用移動副連接，其等效手臂肌肉力的彈簧作用在手腕的質(zhì)心上，手腕與滑塊采用轉(zhuǎn)動副連接，作用在手腕與滑塊之間的扭簧與轉(zhuǎn)動副同軸（見圖6）。

2.3 仿真結(jié)果的求解

在軟件中運行仿真結(jié)果，得到的可感后坐與時間的曲線如圖7所示。

3 總結(jié)

從圖7中可感后坐沖量曲線可知，發(fā)射過程中，射手手部受到的可感后坐沖量較大的兩個時刻分別為開鎖時刻與后坐到位時刻。開鎖過程中射手手部吸收的沖量為1.75N·S，后坐到位時刻射手手部吸收的沖量為1.27N·S，自動機(jī)完成整個自動循環(huán)動作射手手部感受到的可感后坐沖量值為3.02N·S。

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