机枪下挂榴弹发射器高低速射击稳定性研究

0 引言

现在战争要求部队机械化程度越来越高，对于能够符合质量轻、机动性好、射程远、威力大等特点的12.7 mm的重机枪，无疑大有用途。而榴弹发射器——被人们认识的被誉为“步兵枪炮”的优秀单兵武器系统［1］，对面杀伤密度的提高，以及火力压制和支持的迅速提供，有着显著的作用。

本文是基于12.7 mm步机枪下挂35 mm榴弹发射器，对其SolidWorks三维建模，运用ADAMS软件仿真，其受力和仿真和实际基本一致，动态的分析发射过程中不同半径的导气孔对枪口稳定性和射击精度的影响［4］。

1 机枪下挂榴弹发射器原理

本文研究的机枪下挂榴弹发射器的原理是12.7 mm机枪在内弹道期间产生的火药气体通过侧向导气管导入35 mm榴弹发射器尾端的导气室，当导气室压力达到一定值时，榴弹金属底火薄膜被压破，从而点燃底火和发射药，以此发射榴弹。

该机枪和榴弹发射器与导气室的相联通的孔分别设置为A孔和B孔。通过改变A、B两孔孔径研究对榴弹发射的初速度的影响，方案一设置直径3 mm的孔A和3 mm的孔B各一个，此为榴弹低速发射。方案二设置两个直径8 mm的孔A和一个直径5 mm的孔B，此为榴弹高速发射。导气孔A、B如图1所示。

图1 导气孔A、B示意图

2 机枪下挂榴弹发射器仿真模型建立

2.1 仿真模型的建立

对于的模型的仿真分析主要用ADAMS软件。仿真模型的建立有多种方法［2］，但由于机枪下挂的榴弹发射器结构比较复杂，零件较多，因而直接采用在SolidWorks中建立实体模型，12.7 mm机枪下挂35 mm榴弹发射器实体装配图如图2。将总装配体另存为为Parasolid（*.x_t）格式导入ADAMS/View中，完成仿真模型的建立。

图2 12.7 mm机枪下挂榴弹发射器实体装配图

2.2 模型约束和载荷添加

对于已建立好的模型，需要对零件间添加约束来限制他们的相对运动;同时需要添加载荷来检查运动副的响应。通过Matlab软件编程获取机枪和榴弹发射器的膛内压力曲线。由于篇幅有限，不具体详述。

3 仿真结果分析

3.1 低速情况下武器系统的动力学仿真分析

对于低速条件下的发射，设定直径3 mm的孔A和3 mm的孔B各一个。

a）武器系统击发时，机枪枪口的跳动角度

通过动力学仿真分析，得出武器系统击发时，机枪枪口的跳动角度，如图3所示。

图3 武器系统射击时机枪枪口跳动角度

在图3中得到:枪口上下跳动的角度，t=2.1 ms时，θ1=0.023 8°，在 t=5.03 ms时，θ2=0.106 5 °。当前取子弹离开枪口和榴弹离开榴弹发射器时，机枪枪口的跳动角度。

b）武器系统击发时，机枪枪口的上下跳动距离

通过动力学仿真分析，得出武器系统击发时，机枪枪口的上下跳动距离，如图4所示。

图4 武器系统射击时机枪枪口上下跳动距离

因武器系统发射时，因为时间间隔比较短，所以从上图只要取子弹离开枪口时，即t=2.1 ms时，枪口上下跳动的距离，从图4 得出:t=2.1 ms时，H=0.378 mm。

c）维持三脚架前脚架稳定所需的力

通过动力学仿真分析，得出武器系统发射时，三脚架前脚架的受力图，如图5所示。

图5 三脚架前脚架的受力图

从图5得出:三脚架前脚受力的情况，要想保持三脚架稳定，则要取上图中的最大力Fmax=7 229 N。

d）枪托上的抵肩力

通过动力学仿真分析，得出武器系统发射时，作用在枪托上后坐力图，如图6所示。

图6 枪托上的后坐力图

从图6得出:机枪枪托上的后坐力情况，取图中的最大受力Fmax=815 N。

e）机枪子弹出枪口时，机枪枪口的跳动速度

在机枪子弹出枪口时，机枪枪口的跳动速度，如图7所示。

图7 武器系统射击时机枪枪口跳动速度

当子弹离开枪口时，即t=2.1 ms时，枪口上下跳动的速度，从图 5、3、10 得出:t=2.1 ms时，V1=0.462 m/s。

f）榴弹离开榴弹发射器膛口时，机枪枪口的跳动速度

机枪子弹出枪口时，机枪枪口的跳动速度，如图8所示。

图8 武器系统射击时机枪枪口跳动速度

当榴弹离开榴弹发射器膛口时，即t=5.03 ms时，机枪枪口上下跳动的速度，V2=0.792 m/s。

3.2 高速情况下武器系统的动力学仿真分析

对于高速条件下的发射，设定两个直径8 mm的孔A和一个直径5 mm的孔B。

a）武器系统击发时，机枪枪口的跳动角度

武器系统击发时，机枪枪口的跳动角度，如图9所示。

图9 武器系统射击时机枪枪口跳动角度

在图9中得到:枪口上下跳动的角度，t=2.1 ms时，θ1=0.023 9°;t=3.3 ms时，θ2=0.043 °。当前取子弹离开枪口和榴弹离开榴弹发射器时，机枪枪口的跳动角度。

b）机枪枪口的上下跳动距离

通过动力学仿真分析，得出武器系统击发时，机枪枪口的上下跳动距离，如图10所示。

图10 武器射击时机枪枪口上下跳动距离

取子弹离开枪口时，即t=2.1 ms时，枪口上下跳动的距离，H=0.377 6 mm。

c）维持三脚架前脚架稳定所需的力

通过动力学仿真分析，得出武器系统发射时，三脚架前脚架的受力图，如图11所示。

图11 三脚架前脚架的受力图

从图11得出:三脚架前脚受力的情况，要想保持三脚架稳定，则要取上图中的最大力Fmax=6 962 N。

d）枪托上的抵肩力

通过动力学仿真分析，得出武器系统发射时，作用在枪托上后坐力图，如图12所示。

图12 枪托上的后坐力图

从图12得出:机枪枪托上的后坐力情况，取图中的最大受力Fmax=843 N。

e）机枪子弹出枪口时，机枪枪口的跳动速度

机枪子弹出枪口时，机枪枪口的跳动速度，如图13所示。

图13 武器系统射击时机枪枪口跳动速度

当子弹离开枪口时，即t=2.1 ms时，枪口上下跳动的速度，V1=0.359 m/s。

f）榴弹离开榴弹发射器膛口时，机枪枪口的跳动速度

机枪子弹出枪口时，机枪枪口的跳动速度，如图14所示。

图14 武器系统射击时机枪枪口跳动速度

当榴弹离开榴弹发射器膛口时，即t=5.03 ms时，机枪枪口上下跳动的速度，V2=0.131 m/s。

4 结论

将高低速下机枪下挂榴弹发射器的不同发射情况和表1中12.7 mm机枪无下挂的仿真结果做对比。得出机枪下挂榴弹发射器在高低速下发射和无下挂进行对比结果如表1所示。

1）不管高速还是低速发射的枪口跳动角度都比无下

挂时大;有下挂时，子弹出枪口（2.1 s时）低速和高速情况下枪口跳动角度相近，但榴弹出膛口时（5.03 s时）高速下枪口跳动角度比低速下降低了59.6%。

2）射枪口跳动距离有所变化，低速情况下发比无下挂时下增大了16.6%，高速情况下增大了16.5%。

3）三脚架前脚架维持稳定力都有所变化，低速情况下稳定力比无下挂增大9.2%，高速情况下增大了5.2%。

4）枪托抵肩力也必然会相较于无下挂时增大，低速情况比无下挂时增大0.5%，高速情况下增大3.9%。

5）除了榴弹出膛口高速发射时枪口跳动速度降低外，其他发射情况下跳动速度较无下挂时均有所增大。其中子弹出枪口时高速情况下的枪口跳动速度比低速时降低了22.3%，榴弹出膛口时高速情况下枪口跳动速度比低速时降低了83.5%。

综上分析，机枪下挂榴弹发射器时考察的各个参数值大多数情况下均不同幅度增大;高速情况下发射时设计稳定性和精度要优于低速情况下的发射，高速发射下对于抵肩力比低速发射要大，可以采用弹簧或液压缓冲器降低。

表1 机枪下挂榴弹发射器在高低速下发射和无下挂进行对比结果对比表