狙擊步槍彈-槍相互作用問題研究.pdf

1、狙擊步槍作為一種高精度射擊武器，不斷提升射擊精度是其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，內(nèi)彈道結(jié)束時(shí)刻的彈頭初始擾動(dòng)是影響射擊精度的主要原因，初始擾動(dòng)是彈/槍相互作用的最終結(jié)果，其狀態(tài)與槍、彈參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性密切相關(guān)。然而現(xiàn)有槍、彈的設(shè)計(jì)方法已不能作為進(jìn)一步降低初始擾動(dòng)、提高狙擊步槍射擊精度的有效方法，需要開展更深層次的彈/槍相互作用機(jī)理研究，關(guān)注常規(guī)槍械設(shè)計(jì)中忽略的微小因素，全面分析槍、彈因素對(duì)初始擾動(dòng)的影響，發(fā)展狙擊步槍彈/槍參數(shù)匹配設(shè)計(jì)方法，為設(shè)計(jì)與研

2、制高精度狙擊步槍提供理論基礎(chǔ)。本文采用試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，基于非線性有限元理論建立了彈/槍相互作用數(shù)值計(jì)算模型，重點(diǎn)分析了槍管、彈頭結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)彈頭發(fā)射過程的影響，將穩(wěn)健設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于彈/槍參數(shù)匹配設(shè)計(jì)方法中，形成了一套可行的狙擊步槍彈/槍參數(shù)匹配設(shè)計(jì)理論方法。全文主要工作與內(nèi)容如下:
　　以某型狙擊步槍為研究對(duì)象開展了多項(xiàng)性能試驗(yàn)研究，其中包括膛壓測(cè)試試驗(yàn)、初速測(cè)試試驗(yàn)、準(zhǔn)靜態(tài)擠進(jìn)試驗(yàn)與槍口振動(dòng)試驗(yàn)研究。采用銅柱測(cè)壓法與光

3、電靶法獲得了狙擊步槍最大膛壓與初速試驗(yàn)數(shù)據(jù);設(shè)計(jì)了一套輔助擠進(jìn)試驗(yàn)裝置，開展了兩種坡膛錐度下的彈頭準(zhǔn)靜態(tài)擠進(jìn)試驗(yàn)，由材料試驗(yàn)機(jī)推動(dòng)彈頭擠進(jìn)坡膛獲得了擠進(jìn)阻力變化曲線;設(shè)計(jì)了一套輔助夾持裝置用以固定狙擊步槍槍管，使用高速攝影機(jī)拍攝彈頭出膛后槍口圖片的方式獲得了彈頭出膛后500ms內(nèi)的振動(dòng)位移數(shù)據(jù)。性能試驗(yàn)研究為開展相關(guān)理論研究提供了前提條件與驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。
　　基于非線性有限元法建立了彈/槍相互作用數(shù)值計(jì)算模型，該模型將內(nèi)彈道膛壓計(jì)算程

4、序與彈頭發(fā)射過程有限元計(jì)算相耦合，并充分考慮了彈頭動(dòng)態(tài)擠進(jìn)過程及重力作用導(dǎo)致的槍管預(yù)彎曲現(xiàn)象，保證了內(nèi)彈道過程的完整性，更準(zhǔn)確的描述了彈/槍相互作用過程。通過數(shù)值計(jì)算獲得了有無重力作用下槍口振動(dòng)與彈頭膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)特性，分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)重力對(duì)彈頭膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的影響作用不可忽略;將數(shù)值計(jì)算所得膛壓、初速及槍口振動(dòng)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，證明了彈/槍相互作用數(shù)值計(jì)算模型的正確性。
　　建立了準(zhǔn)靜態(tài)擠進(jìn)數(shù)值計(jì)算模型與動(dòng)態(tài)擠進(jìn)數(shù)值計(jì)算模型，獲得了準(zhǔn)靜

5、態(tài)與動(dòng)態(tài)擠進(jìn)過程中的擠進(jìn)阻力變化情況與應(yīng)力/應(yīng)變分布規(guī)律，分析了擠進(jìn)阻力的組成與占比。擠進(jìn)阻力由軸向正壓力與軸向摩擦力兩部分組成，其中軸向摩擦力為主要組成部分，軸向正壓力在擠進(jìn)完成之后基本消失，準(zhǔn)靜態(tài)擠進(jìn)與動(dòng)態(tài)擠進(jìn)狀態(tài)兩種狀態(tài)下坡膛結(jié)構(gòu)對(duì)擠進(jìn)阻力影響程度不同。重點(diǎn)分析了彈頭殼、彈芯與槍管的應(yīng)力/應(yīng)變?cè)谳S向、周向與徑向的分布情況，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)擠進(jìn)與動(dòng)態(tài)擠進(jìn)兩種狀態(tài)下的應(yīng)力/應(yīng)變的分布及大小有明顯不同。
　　借助彈/槍相互作用數(shù)值計(jì)算模

6、型，研究了槍管坡膛結(jié)構(gòu)參數(shù)、線膛結(jié)構(gòu)參數(shù)與外形結(jié)構(gòu)參數(shù)微小變化對(duì)彈頭發(fā)射過程的影響情況，以彈頭膛內(nèi)擺動(dòng)角極大值作為判別參數(shù)優(yōu)劣的主要標(biāo)志量，衡量參數(shù)與彈頭膛內(nèi)擺動(dòng)劇烈程度間的關(guān)系，從定性與定量?jī)蓚€(gè)角度開展相關(guān)分析。分析計(jì)算結(jié)果得到了坡膛結(jié)構(gòu)參數(shù)、線膛結(jié)構(gòu)參數(shù)與外形結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)彈頭膛內(nèi)擺動(dòng)的影響規(guī)律。
　　借助彈/槍相互作用數(shù)值計(jì)算模型，研究了彈頭結(jié)構(gòu)參數(shù)、彈頭質(zhì)量誤差與偏心、火藥主控參數(shù)對(duì)彈頭發(fā)射過程的影響。分析計(jì)算結(jié)果表明，彈頭圓

7、柱部過盈量越小、長(zhǎng)度越大越有利于降低膛內(nèi)擺動(dòng);彈頭質(zhì)量誤差將對(duì)初速及最大膛壓產(chǎn)生影響，而對(duì)彈頭擺動(dòng)基本沒有影響;彈頭質(zhì)量偏心對(duì)彈頭擺動(dòng)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它因素，偏心距越大則擺動(dòng)程度越劇烈;火藥主控參數(shù)通過對(duì)膛壓的改變來影響初速與彈頭膛內(nèi)擺動(dòng)，當(dāng)膛壓在270MPa～300MPa之間時(shí)，彈頭膛內(nèi)擺動(dòng)的劇烈程度最低。
　　將穩(wěn)健設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于彈/槍參數(shù)匹配設(shè)計(jì)方法研究，采用正交試驗(yàn)方法開展仿真試驗(yàn)，以彈頭偏心為噪聲因素，彈頭膛內(nèi)擺動(dòng)角極大