火炮耳轴调平精度及方法分析

张世全

（西北机电工程研究所，陕西咸阳 712099）

火炮耳轴调平精度及方法分析

张世全

（西北机电工程研究所，陕西咸阳 712099）

火炮耳轴调平精度决定了火炮的初始水平基准，进而影响火炮的射击精度。工程上常因缺乏耳轴调平的定量要求而存在一定的技术争议。笔者在分析火炮耳轴横倾引起仰角和方位角偏差的基础上，从火炮的射击精度出发探讨了耳轴调平精度的确定原则及耳轴横倾许用值的大小；采用单经纬仪法调平火炮耳轴，分析了经纬仪布站工况对耳轴横倾角度的影响，给出了火炮耳轴调平的具体方法。实践证明，按许用值确定的耳轴调平精度及其方法能够指导火炮的总装调试工作。

火炮；耳轴倾斜许用值；耳轴调平方法

耳轴调平是火炮调平的要素之一，也是火炮总装调过程中最重要的内容之一。耳轴调平精度直接影响到火炮炮尾平台基准、火炮瞄准系统零位零线、随动系统和定位定向导航系统中敏感元件的初始安装零位等精度，最终影响到火炮的射击精度。文献［1］和［2］规定的瞄准装置零位零线、瞄准线偏移、瞄准具装定与炮身实际射角一致性、炮膛轴线偏离射面的偏离角、炮尾水平台与炮膛轴线一致性等性能参数均要求在火炮耳轴调平下进行检查。文献［3］中提出炮耳轴水平是标准射表条件之一，当耳轴不水平时要进行方向修正。文献［4］所介绍的应用传感器技术检测火炮零位零线的方法及文献［5］所研究的火炮轴线一致性与偏离角测试系统均基于火炮耳轴调平条件。然而，耳轴调平控制精度一直未有定量依据，通常是设计者和制造者相互协调的结果。

笔者就耳轴调平时的横倾许用值、单经纬仪布站对耳轴调平的影响及所采用的耳轴调平方法进行分析，有助于解决实践操作与指标要求之间的矛盾。文中所涉及的调平步骤是：利用架设在炮口前方15～20 m处的单经纬仪观察火炮俯仰时炮口十字线的偏离，并通过调整支撑全炮的4个千斤顶使火炮耳轴趋于水平。

1 耳轴横倾许用值分析

1.1 耳轴横倾引起的角度偏差

如图1所示，以耳轴中心O为原点建立直角坐标系O- xyz，OA表示身管水平轴线，OE表示耳轴水平状态下仰角为φ时的身管轴线，Oc表示耳轴横倾状态下仰角为φ时的身管轴线，B点为经纬仪布站观测点。D、H点分别为c、E点在水平面内的投影。Δψ为耳轴横倾状态下仰角为φ时对应的身管方位偏移角。β为经纬仪观测炮口点时的方位偏移角。

设耳轴横倾角为α，在身管仰角φ下分别产生方位角偏差Δψ和仰角偏差Δφ。平面Oc A可看作平面OEA绕OA倾斜α后所形成。在调试过程中，量取Oc的仰角实为φ′。

因Δ（sinφ）=sinφ′－sinφ=－sinφ（1－cosα），又因Δ（sinφ）≈Δφcosφ，所以，

在调试状态下，α、Δψ均为小量，即tanΔψ≈Δψ，cosα≈1，sinα≈α，则Δφ=0，

由此可以看出，耳轴横倾主要引起方位角偏差。

1.2 耳轴横倾许用值分析

工程实践中，由于受火炮架体刚度、火炮起落部分和回转部分质心位置及转动惯量的变化、调试台架刚度和支撑面积、调试设备和调试方法等多因素的影响，耳轴不能调到绝对水平，尤其对大口径长身管火炮，火炮调平精度只能处于一定的公差范围内，此公差范围受耳轴横倾的许用值的限制。分析耳轴调平精度，确定以下原则：

1）符合现有的制造工艺水平及测试条件。

2）与火炮射击精度要求相匹配。

3）与火炮的使用要求相一致。

以此原则对耳轴横倾许用值进行分析。

1.2.1 炮尾水平台横向平面精度要求

炮尾水平台代表火炮的使用基准，是在火炮调平状态下精密刮研而成。炮尾水平台横向平面的精度要求取决于耳轴的倾斜度和炮尾水平台与耳轴的不平行误差（火炮总装时不平行误差的最大值控制在0.4 mrad范围内）。由于炮尾水平台横向平面精度要求不大于其所造成火炮允许射向误差的50%（假设指标要求射向中间误差为1 mrad），即最大误差为2 mrad。取仰角φ=70°时，利用式（3）求得炮尾水平台横向平面的精度为0.73 mrad。由此得出满足炮身水平台精度要求时的耳轴横倾许用值为0.6 mrad。

1.2.2 瞄准引起的横向散布要求

式中：E为射弹散布的中间误差；En为瞄准装置允许的中间误差。

考虑间接瞄准引起的方位误差，即

式中：E1为耳轴横倾的中间误差；E2为零线规正的中间误差；E3为方向分划环刻制的中间误差；E4为方向蜗轮制造的中间误差；E5为瞄准线偏移的中间误差。

由表1的设定值求得E1，即得出满足瞄准要求时的耳轴横倾许用值为1.55 mrad。

表1 耳轴横倾中间误差计算表mrad

可以看出，无论从火炮瞄准使用方面还是从校准检查方面分析，耳轴横倾许用值均取决于精度指标要求。如设定射弹散布中间误差为1 mrad，可得出耳轴最大横倾许用值为0.6 mrad。因此在火炮总装调试总检时，如耳轴的倾斜值在整个仰角范围内小于许用值，则可判定耳轴已调平。

2 经纬仪布站对耳轴调平影响分析

按照经纬仪在火炮耳轴调平时的不同布站工况来分析其在调试时对耳轴横倾角度的影响。

2.1 状态一

设身管轴线垂直于耳轴中心线，身管水平轴线OA与经纬仪观测点B处于同一水平面上和同一铅垂面内，且观测点B位于身管水平轴线OA的延长线上。

耳轴横倾角α就是平面OEA与平面Oc A之间的夹角，根据平面方程求夹角α。c点坐标为（l cosφ，l sinφsinα，l sinφcosα），E点坐标为（l cosφ，0，l sinφ）。

平面OEA的方程为y=0，平面Oc A的方程为y sinφ－z cosφsinΔψ=0，所以，

2.2 状态二

当经纬仪观测点B与身管水平轴线OA不在同一平面上，但位于OA所处的铅垂面内时，将B点投影到OA所在水平面上，可看出β不随B点的高差而变化。此结论对实际工程中简化操作具有重要意义，为架设经纬仪提供了很大的灵活性，无需刻意要求等高平面。

2.3 状态三

当经纬仪观测点B与身管水平轴线OA不在同一铅垂面内时，如图2所示，经纬仪观测将具有初始误差，为避免该误差，通常进行“穿靶线”，使经纬仪观测点处于身管轴线的铅垂面内。

设θ为AB与OA的所夹锐角，初始误差由β′引起。由图2得出：

3 耳轴调平方法

通常利用具有一定刚性的台架来调平火炮，并要求调试台架具有一定的支撑面积，使被试火炮的回转部分质心在调试过程中均处于台架支撑点内。

如图3和4所示，K点表示耳轴中心O对应的调试台架支点，设OK=h。已知耳轴横倾角为α，则将耳轴中心线OO调平至QQ，对应的台架倾斜角α。

对应经纬仪观测点B，炮口中心点在水平方向上从H点移到Q点。

设h=2.2 m，l=8.3 m，k=3，φ=60°，则β″=β（1+0.367）。即将经纬仪观测点对炮口的偏角反向调至0后，继续反向至原偏角的0.367倍后，升高对应炮口偏向侧的调试台支撑点，使炮口中心点能在调整后的经纬仪中被观察到为止（或通过耳轴横倾角计算出台架调试高度值）。

如经纬仪观测点不在炮膛轴线的垂直面内，由于h的存在，耳轴调平时，炮身水平时炮口点产生偏移，如在起始位置将经纬仪归零，随仰角增大，观测数值出现减小趋势，会产生未调平的假相（事实上耳轴已调平）。为减小初始值的大小，减小台架倾斜角α，减小了经纬仪观测数的绝对值，将出现正负数的情况，但此时耳轴并未调平。为避免上述情况，需移动经纬仪，使其观测点处在炮膛轴线的垂直面内。

在k=3，φ=60°时，按照耳轴倾斜许用值0.6 mrad，由式（6）得出，β=45″，也就是说对l=8.3 m的火炮进行调平时，当经纬仪架设在距炮口16.6 m的距离上，在仰角60°时经纬仪观测偏差值应控制在45″范围内。

4 结论

通过分析可得出以下结论：

1）耳轴横倾许用值取决于火炮射击精度的要求。如设定射弹散布中间误差为1 mrad，对应仰角70°范围内，耳轴调平时的初始横倾许用值为0.6 mrad，为火炮耳轴调平精度控制提供了依据。

2）利用单经纬仪法进行调平时，经纬仪观测点应布于炮膛轴线的垂直面内，以减小耳轴调平误差。

3）当经纬仪的布站位置距炮口越远，炮口偏移的观测值应越小。如经纬仪架设在距耳轴中心3倍于炮身长的位置时，其在仰角60°时经纬仪观测偏差值应控制在45″范围内。此结论可直接用于火炮的总装调平工作。

（Referenees）

［1］总装备部.GJB 2977A－2006火炮静态检测方法［S］.北京：中国标准出版社，2008.General Armament Department.GJB 2977A－2006 Inspecting and measuring methods for static gun［S］.Beijing：Standards Press of China，2008.（in Chinese）

［2］常显奇，程永生.常规武器装备试验学［M］.北京：国防工业出版社，2007：230- 242.CHANG Xianqi，CHENG Yongsheng.Conventional weapon equipment experimentation［M］.Beijing：National Defense Industry Press，2007：230- 242.（in Chinese）

［3］浦发.外弹道学［M］.北京：国防工业出版社，1980：267- 303.PU Fa.Exterior ballistics［M］.Beijing：National Defense Industry Press，1980：267- 303.（in Chinese）

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［6］王中民，蔡俊春，孙培家.瞄准仪器原理与设计［M］.北京：北京理工大学出版社，1996：1- 59.WANG Zhongmin，CAI Junchun，SUN Peijia.Principle and design of aimming apparatus［M］.Beijing：Beijing Institute of Technology Press，1996：1- 59.（in Chinese）

Analysis on Preeision and Method of Adjusting Gun Trunnion Axis Level

ZHANG Shiquan
（Northwest Insititute of Mechanical＆Electrical Engineering，Xianyang 712099，Shaanxi，China）

gun；allowable value of trunnion axis inclination；method of adjusting trunnion axis level

TJ303

A

1673-6524（2015）04-0074-04

2015- 01- 26；

2015- 06- 26

张世全（1971－），男，研究员级高级工程师，主要从事火炮总体技术研究。E-mail：zsq202202＠sohu.com

Abstraet：Level datum of gun depends on precision of adjusting gun trunnion axis level，which further affects firing accuracy.In engineering there are certain technical disputes for lack of quantitative requests of trunnion axis level.On the basis of analyzing deviations of angle of elevation and azimuth angle caused by trunnion axis inclination，a discussion is made of the explicit rules for adjusting gun trunnion axis level and allowable level value of trunnion axis inclination.Trunnion axis level could be adjusted by using a theodolite from the perspective of firing precision of gun.An analysis is made of the influence of the setting conditions of theodolite on inclination angle of trunnion axis.A specific method of adjusting gun trunnion axis level was provided.Practice has proven that the adjusting method and precision determined by the allowable value can instruct general assemblies and adjustments for gun.