架座武器后坐力测试技术研究❋

姚养无

(中北大学 机电工程学院,山西 太原 030051）

0 引 言

为了承载武器发射时的后坐力,大威力架座武器的架座一般为三脚式.架座武器的架座分为弹性架座和缓冲架座两类.在枪身与架座之间通过刚性连接的架座称为弹性架座,它是靠架座自身的弹性变形来吸收枪身的后坐能量.在枪身与架座之间通过缓冲装置连接的架座称为缓冲架座,它是靠缓冲装置来吸收枪身的后坐能量,以减小后坐力.武器发射时后坐力的大小对架座的强度、架座的稳定性和武器射击精度等有着重要的影响.在架座武器系统总体设计时,后坐力是必须要重点考虑的因素.为此,对武器发射时的后坐力进行精确测试是非常必要的.

就测试架座武器在发射时的后坐力而言,目前普遍采用的方法是试验架测试法.在试验架测试法中,由于试验架的刚度及其支撑状态等很难与被测武器的架座刚度及其支撑状态达到一致,故用试验架测试法测量出的后坐力与武器发射时的实际后坐力有一定的差距.为此,本研究寻求一种能更准确测试后坐力的武器架座测试法,以便对武器架座设计提供更加可靠的后坐力数据.

1 架座武器后坐力的测试技术状况

1.1 架座武器的后坐力

架座武器发射时,架座阻止枪身向后坐的力称为枪身的后坐阻力,而枪身对架座的作用力则称为后坐推力,简称后坐力[1].后坐阻力与后坐力大小相等、方向相反、分别作用在不同的物体上.对于缓冲架座,后坐阻力包括枪身缓冲装置产生的阻力和摩擦阻力等,其变化规律主要由枪身缓冲装置的阻抗特性所决定.对于弹性架座,后坐阻力包括架座弹性变形的抗力,其变化规律主要由弹性架座的阻抗特性所决定.也就是说,架座武器发射时的后坐力与支承枪身的元件相关联.

1.2 架座武器后坐力的测试技术状况

由于受武器结构与空间的限制,在架座武器的耳轴处安装测力传感器直接进行后坐力的测试是比较困难的,为此,目前普遍采用的后坐力测试方法是将枪身安装在一专用后坐力试验架上,或利用力传感器进行直接测量,或利用应变传感器进行间接测量.因这种后坐力测试法是用试验架来替代实际的武器架座,故存在较大的系统测量误差.不过,在比对不同架座武器的后坐力大小时,它不失为一种可行的方法.

2 试验架测试法的原理与分析

2.1 间接测试法[2,3]

2.1.1 测试系统组成

后坐力间接测试法的测试系统主要由后坐力试验架和测试子系统组成.后坐力试验架的结构如图1所示,它主要由被测武器枪身、矩形断面板簧、后支座、底座等组成.被测武器枪身的前支点与板簧固连,被测武器枪身的后支点可相对于后支座滑动.测试子系统主要由应变式传感器、信号放大器、数据采集仪、计算机及标定装置等组成.

图1 后坐力间接测试法试验架结构Fig.1 Construction of test stand fo r indirectmeasure of recoil force

图2 后坐力直接测试法试验架结构Fig.2 Construction of test stand for directmeasure of recoil force

2.1.2 后坐力测试方法

当武器发射时,弹底合力作用于弹丸使弹丸向前运动,而膛底合力等则作用于枪身.由于板簧与枪身固连,作用于枪身的力必然传到板簧上.板簧受力后产生弹性变形,引起应变式传感器的电阻变化,经信号放大器放大后,用数据采集仪记录.试验前用加载装置对板簧进行静力标定,确定出应变与后坐力之间的对应关系,即标定系数.利用武器射击时测出的应变曲线乘以标定系数即可得到后坐力曲线.

2.2 直接测试法

2.2.1 测试系统组成

后坐力直接测试法的测试系统主要由后坐力试验架和测试子系统组成.后坐力试验架的结构如图2所示,它主要由被测武器枪身、枪身座、底座等组成.被测武器枪身与枪身座固连,枪身座可相对于底座滑动.测试子系统主要由力传感器、信号放大器、数据采集仪、计算机及标定装置等组成.

2.2.2 后坐力测试方法

当武器发射时,弹底合力作用于弹丸使弹丸向前运动,而膛底合力等则作用于枪身,而枪身后端面直接与传感器前端面相接触,引起力传感器的参数变化,经信号放大器放大后,用数据采集仪记录.试验前用加载装置对力传感器进行静力标定,确定出应变与后坐力之间的对应关系,即标定系数.利用武器射击时测出的应变曲线乘以标定系数即可得到后坐力曲线.

2.3 测试特点分析

无论是间接测试法还是直接测试法,都可测试出武器发射时的后坐力时间曲线,便于了解武器发射时的后坐力变化规律.但根据后坐力的定义,试验架的刚度对后坐力的大小有较大影响,而试验架的刚度及支撑状态等很难做到与被测武器架座的刚度及支撑状态一致,故利用试验架所测得的后坐力大小与武器在架座上射击时的实际后坐力大小存在较大误差.

3 后坐力的架座测试法

由于试验架测试法测试后坐力的误差主要来源于试验架刚度与被测武器架座刚度的不同,为此,本研究提出了一种更为精确的测试后坐力的新方法——架座测试法.架座测试法测试后坐力的原理就是直接将被测武器枪身安装在原枪架座上,通过测试武器发射时架座架杆受力后的变形量来测试后坐力.

3.1 测试装置组成[4]

后坐力架座测试法的测试装置主要由被测武器和测试系统组成.被测架座武器的结构如图3所示.一般来讲,它由枪身、摇架、托架、下架 /三脚架等组成.测试系统主要由应变式传感器、动态电阻应变仪、数据采集仪、计算机及标定装置等组成,其系统构成如图4所示.

3.2 后坐力测试方法

图3 后坐力测试装置Fig.3 Measure device of recoil force

架座武器发射时,在火药燃气压力推动弹丸向前运动的同时,膛底合力作用于枪身,并传至架座,使架座后架杆产生弹性变形.也就是说,后架杆的弹性变形可以反映架座武器发射时后坐力的大小.建立被测架座武器在发射时的有限元模型,经计算机仿真计算与分析,确定出架座后架杆变形量最大的部位.在后架杆变形量最大部位的上面和侧面处分别粘贴电阻应变片,组成半桥电路.为了测试出架座武器实弹射击时的实际后坐力,将被测武器架座架设在标准土质的地面上.

根据定义,架座武器发射时的后坐力是枪身对架座的作用力,也就是枪身作用于摇架的力.为了得到后架杆安装传感器部位的应变值与后坐力之间的对应关系,即求出标定系数 K,在测试前应进行静力标定.通过加载装置按一定的加载梯度给架座武器的摇架施加载荷 Fi,利用测试系统采集、记录对应的应变值 hi.则标定系数为

在实弹射击测试时,通过测试系统测出架座后架杆的应变时间曲线 h=h(t),则架座武器的后坐力为在测试时,测试系统的技术状态必须同系统标定时保持一致.

3.3 测试实例[5]

图5 榴弹发射器后坐力测试曲线Fig.5 Cu rves of recoil force for a grenade launcher

根据后坐力架座测试法的原理,利用建立的自动测试系统,对某自动榴弹发射器在连发射击时进行了后坐力测试,其后坐力测试曲线如图5所示.

4 结 论

通过本研究工作可以得出以下结论:

1)利用架座测试法测试架座武器发射时的后坐力避免了试验架测试法用试验架代替实际架座所带来的系统误差,为准确测试大威力架座武器的后坐力提供了新的测试方法;

2)本研究所提出的架座测试法适用于所有架座武器后坐力的测试.

[1] 兵器工业科学技术辞典编辑委员会.兵器工业科学技术辞典(上)[M].北京:国防工业出版社,1998:5-120.

[2] 航空自动武器设计手册编辑委员会.航空自动武器设计手册[M].北京:国防工业出版社,1992:562-564.

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