基于ADAMS的手枪动力学仿真分析

张小石，李彦宇，王宪升，喻翔，张强

（重庆建设工业（集团）有限责任公司，重庆 400054）

手枪是能够在50～100m有效射程内狙杀有生目标的制式武器。手枪由于短小精悍，便于携带，能突然射击，一直被受到各国军队和警察的青睐，特别是指挥干部、航天员以及公安人员等大量使用。随着时代的发展，对原有手枪进行了拓展升级，演变出许多新的枪族系列，如勃朗宁系列、格洛克系列，其中格洛克可以连发射击使其性能得到大幅度提高。格洛克手枪上加上卡宾套可以当冲锋枪用。该手枪在击发时的工作原理为枪管短后坐，目的是减小后坐力，提高射击精度，借助Adams软件对该手枪进行动力学分析，能够更好地理解该手枪在后坐和复进过程时中套筒和枪管运动的情形。

1 工作原理

在击发时，枪管和套筒处于闭锁状态准备后坐，在套筒后坐的过程中，拉壳钩把弹壳从枪管里抽出来。然后，向后运动的枪管受到限制停止后坐，而套筒则继续后坐，直到套筒与枪管之间的距离达到足够供弹为止。

枪管与套筒一起复进到位，开锁后，向后运动的枪管受到限制并被扣住而暂时停止运动，而套筒单独后坐与复进，快复进到前方位置时锁住枪管，并与枪管一起复进，随后完成闭锁动作并复进到位。一般情况下，身管和闭锁构件共用一根复进簧。

2 动力学模型的建立

2.1 基本假设

由于手枪在击发的过程中，零部件间的相互受力和相对运动比较复杂，在建立adams模型的时候抓住主要影响因素，忽略次要影响因素，在不影响模型的合理性的基础上，做出以下假设：（1）手枪中的个构件作刚体处理。（2）不考虑人体的缓冲作用，机匣与地固定。（3）仿真过程中，忽略了一些不参加机构动作的零件。（4）内道道解算过程中遵循火药燃烧的基本假设。

2.2 动力学模型的建立

将在UG中建好的三维手枪模型导入ADAMS中，在NX.11中将三维实体模型以step中性格式文件形式保存，在adams2018中将step格式文件打开并进行动力学仿真，按照手枪射击时的运动约束和受力情况，分别对手枪adams2018模型添加约束和施加载荷，如图1所示。该手枪的动力学模型如图1所示。该仿真模型中共有：4个单点力、3个弹簧阻尼器、1个仿真脚本、3个样条曲线、1个传感器。

2.3 内弹道的分析计算

图1 手枪动力学模型

根据内弹道相关理论，解算出的膛压曲线最大值为210MPa，在0.5ms时膛压已经降到30MPa，此时，弹丸速度为350m/s，在枪管里走过300mm的长度。在2.5ms时，弹丸的速度达到平稳的400m/s，可以判断此时弹丸已经离开枪口。通过matlab解算出的内弹道数据，保存成.txt文件。通过样条曲线的形式导入ADAMS软件中，并用ADAMS中的AKISPL函数将膛压曲线换算成膛底合力曲线，将套筒通过模型分割准确的将膛底合力曲线通过单点力的形式加到套筒的弹底窝处。

2.4 载荷的施加

在手枪实际射击过程中，枪机承受的力很多，本文中主要考虑有枪膛合力、抽壳阻力的施加。枪膛合力通过AKISPL函数施加，在此主要分析抽壳力出现时机，在内弹道后效期结束时出现抽壳力，本文的参考时间为2.5ms，是通过IF函数完成抽壳力的施加。

3 仿真分析

经查询资料可知国产9mm某型手枪枪机速度试验数据：最大后坐速度6.16m/s、后坐到位速度4.02m/s、复进开始速度-0.67m/s（其中负号代表反方向）、复进到位速度-2.56m/s。该手枪枪机速度仿真数据整理：最大后坐速度6.76m/s、后坐到位速度4.93m/s、复进开始速度-0.165m/s、复进到位速度-2.07m/s。改变枪机质量分析枪机的速度、位移曲线如图2、3所示。

本文仿真数据如下：枪机150g循环时间37.7ms、最大后坐速度7.32m/s、后坐到位速度5.20m/s、复进开始速度-0.114m/s、复进到位速度-2.287m/s。枪机180g循环时间39.8ms、最大后坐速度6.67m/s、后坐到位速度4.48m/s、复进开始速度-0.22m/s、复进到位速度-2.176m/s。枪机250g循环时间45.3ms、最大后坐速度5.41m/s、后坐到位速度3.16m/s、复进开始速度-0.156m/s、复进到位速度-1.974m/s。通过对上述数据的分析，枪机质量增加100g，枪机的自动循环时间延迟了7.6ms，在4个速度中最大后坐速度显得尤为重要，其中最大后坐速度减小了1.91ms。显而易见，通过仿真可以看出，增加枪机质量能够有限地降低枪机的最大后坐速度。

图2 枪机质量改变时，枪机运动速度曲线

图3 枪机质量改变时，枪机运动位移曲线

4 结语

（1）枪机的开锁速度6.76m/s，后坐到位速度4.93m/s，复进开始的速度0.165m/s复进到位的速度2.07m/s，可见仿真结果与试验情况相一致。（2）在自动机循环时间可控的范围内，增大枪机质量可以降低枪机的后坐速度。通过手枪位移、速度的动力学分析，能够更好地理解该手枪在后坐和复进过程中枪机的运动情形。