小口径模块化枪族工作特性分析与研究

摘要

模块化设计是当前产品设计的重要发展趋势，小口径模块化枪械也已经成为各国轻武器研制的一个热点。本文以“小口径模块化枪族”为背景，对5.8mm/7.62mm模块化枪族进行了深入的研究。主要内容如下: 根据终点效应及内外弹道分析获得的弹道匹配指标，设计了一套完整的模块化枪族。该枪族采用活塞短行程导气式自动方式、枪机回转式开闭锁方式和击锤回转式击发方式。枪族共包括22个模块，通过不同模块组合可装配成不同口径、不同类型的6种枪械。 建立了两种口径(5.8mm和7.62mm)模块化步枪的虚拟样机仿真模型，通过与实验数据对比，验证了该虚拟样机仿真模型的正确性;通过对模块化枪族的运动学和动力学仿真，进行了枪机框运动特性匹配、供弹匹配和抛壳匹配分析，建立了相应的匹配关系，为小口径模块化枪族的设计提供了理论基础。 以小口径模块化枪族自动机运动系统为对象，利用高速摄像系统进行了实验研究，实验采集自动机运动过程，通过实验数据处理，分析了自动机随机运动特性，获得了导气室初始压力系数及其分布规律，进行了复进簧刚度系数和阻尼系数的参数识别。建立了该自动机随机运动虚拟样机模型，与实验结果进行对比，验证了结合随机参数和识别参数的虚拟样机模型能较好地模拟自动机的随机运动特性，并进一步分析了导轨间隙对自动机运动特性的影响。 引入质量替换概念，考虑火药燃气作用力的随机性和枪机框与导轨间的间隙，建立了一套典型自动机二维随机运动理论模型。与实验结果进行对比，验证了结合质量替换理论及随机参数的二维随机运动理论模型较好地模拟了自动机的随机运动，且具有良好的预测精度。与虚拟样机模型结果对比发现，该模型不仅精度更加，且大大缩短计算时间。 对小口径模块化枪族动作可靠性进行了研究。建立了一种刚性抛壳动作可靠性分析与设计方法。建立了步枪抛壳机构简化模型，确立了若干影响抛壳动作可靠性的主控参数，并采用Monte Carlo法随机方法进行主控参数取值。通过仿真研究分析了影响步枪抛壳动作可靠性的主导因素。根据仿真分析结果确立了抛壳窗定位尺寸的取值方程，为模块化枪族结构设计提供了参考和依据。最后利用实验，对仿真分析结果进行了验证。以自动步枪弹匣供弹机构为研究对象，仿照上述方法，对供输弹动作可靠性进行了分析，证明了该分析与设计方法在研究动作可靠性方面具有一定的通用性。同时研究获知，托弹簧预压力等是影响供输弹动作可靠性的显性因素。 研制了一种小口径模块化枪械系统实物样机并进行了试验。试验项目包括:静态检测、动态测试、100m固定架射击精度试验。试验结果满足设计指标，证明了本文设计的模块化枪族技术方案也是可行的。建立了枪械射击命中概率模型、毁伤概率模型和射击效率模型，并以此为基础，建立了基于蒙特卡洛方法的小分队攻防作战仿真模型并编制了仿真计算程序，并通过一个对抗实例对模块化枪族的射击效能进行了仿真试验分析。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．2．1模块化设计方法的应用

1．2．2国外模块化枪械产品发展状况

1．2．3模块化枪族运动特性匹配研究状况

1．2．4复杂机构随机运动特性研究状况

1．2．5机构运动和动作可靠性研究状况

1．3本文主要内容

2小口径模块化枪族方案和结构研究

2．1模块化枪族模块划分及总体布置

2．2弹道匹配分析

2．2．1终点效应分析

2．2．2内外弹道分析

2．2．3弹道匹配技术指标的确定

2．3模块化枪族模块结构设计

2．3．1枪管模块设计

2．3．2开闭锁机构设计

2．3．3复进机模块设计

2．3．4发射机模块设计

2．3．5供弹模块和弹匣转换模块设计

2．3．6其他共用模块设计

2．3．7接口设计

2．4模块化枪族系统装配模型

2．5本章小结

3小口径模块化枪族运动特性匹配研究

3．1模块化步枪数值仿真模型的建立与验证

3．1．1数值仿真模型的建立

3．1．2数值仿真模型的验证

3．2模块化步枪匹配性能分析

3．2．1枪机框运动特性匹配分析

3．2．2供弹特性匹配分析

3．2．3抛壳特性匹配分析

3．3本章小结

4小口径模块化枪族随机运动特性研究

4．1实验与分析

4．1．1实验研究对象

4．1．2实验研究方法

4．1．3实验数据处理

4．1．4枪机框随机运动分析

4．1．5复进簧运动特性分析

4．2虚拟样机建模与研究分析

4．2．1火药燃气作用力的确定

4．2．2复进簧参数辨识

4．2．3虚拟样机模型建立与验证

4．3导轨间隙影响研究

4．3．1竖直导轨间隙影响分析

4．3．2水平导轨间隙影响分析

4．4本章小结

5典型自动机二维随机运动快速预测模型研究

5．1刚体平面运动

5．2模型描述及假设

5．3自动机动力学方程

5．3．1替换质量理论

5．3．2接触碰撞力模型

5．3．3摩擦力模型

5．3．4接触碰撞判断模型

5．3．5分段运动描述

5．4计算流程

5．5算例分析

5．6本章小结

6小口径模块化枪族关键动作可靠性研究

6．1抛壳动作可靠性研究

6．1．1抛壳动作可靠性分析与设计方法

6．1．2方法的实例应用

6．1．3方法的实验验证

6．2供输弹动作可靠性研究

6．2．1研究对象

6．2．2供输弹动作可靠性主要影响参数

6．2．3动作可靠性判据

6．2．4供输弹可靠性仿真

6．3本章小结

7小口径模块化枪族样机试验及效能仿真研究

7．1样机试验

7．1．1试验目的与项目

7．1．2试验及试验结果

7．2射击效能仿真试验研究

7．2．1枪械射击效率模型建立

7．2．2小分队攻防作战仿真模型建立

7．2．3小分队攻防作战仿真实例

7．3本章小结

8全文工作总结及展望

8．1研究工作总结

8．2主要创新点

8．3研究工作展望

致谢

参考文献

附录