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[摘 要]运用多体动力学的相关理论和虚拟样机技术，在ADAMS中建立某链式武器自动循环过程的动力学仿真模型，分析该链式武器缓冲装置的结构参数对工作特性的影响规律，并得到一个比较合理的设计方案，一定程度上减小了该链式武器的后坐力和后坐位移。
[关键词]链式炮； 动力学仿真；后坐力；后坐位移
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）38-0368-01
0 前言
动力学仿真技术现在已成为机械系统分析、研究、设计中不可缺少的重要手段，在降低系统的研制成本、缩短产品试验周期方面起着越来越重要的作用。ADAMS软件使用交互式图形环境及零件库、约束库和力库，创建完全参数化的机械几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、动力学及运动学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS仿真研究能有效的缩短武器系统的研发周期，对于制造费用和实验费用都非常昂贵的链式炮，ADAMS仿真研究的优点更加的突出。
1 建立动力学仿真模型
该链式炮炮身缓冲方式采用的是环形弹簧缓冲。由于环形弹簧数量较多，而且是复杂的圆锥面接触，如果逐个定义各个面之间的接触，会使动力学分析速度大大降低，且环形弹簧在加载和卸载时的刚度是不一样的，因此在ADAMS中仿真时需要对环形弹簧的缓冲过程进行简化。环形弹簧在加载和卸载时的轴向变形与受力关系可以用线性关系近似描述，环形弹簧加载、卸载阶段的刚度、可用式（1）表示：
（1）
式中：n是环形簧圆锥接触面的对数；E是材料的弹性模量； 是外圆环截面积；是内圆环截面积；是外圆环截面中心的直径；是内圆环截面中心的直径；是圆锥面的圆锥角；是摩擦角。
根据本文研究链式炮的特点，环形弹簧的参数选取为，。所以本文链式炮环形弹簧加载时的直线刚度约为卸载时的四倍。
施加完载荷、约束、驱动并对炮管进行柔性化处理，建立的动力学仿真模型如图1所示。
2 结果分析
2.1 枪身后坐运动特性
射击过程中该链式炮的后坐位移曲线和后坐力特性曲线如图2和图3所示。
结合图2和图3可以看出，首发弹的后坐力和后坐位移相对较小，这是由仿真的初始位置决定的，本文主要考虑稳定后的后坐力后坐位移情况，首发弹的情况不作分析。在时，后坐力第一次出现了单边最大值5086N，此时系统架座受到的后坐力为10172N；在时，第一次出现了前冲单边最大的作用力1673N，此时系统架座受到的力为3346N。在时，系统第一次达到最大的后坐位移20.43mm，在时，系统第一次达到前冲的最大位移13.37mm。
该链式炮采用环形弹簧缓冲器作为缓冲装置。本文主要对环形彈簧的直线刚度K、C、P对链式炮后坐运动特性的影响，进行对比分析。
3 改进方案结果分析
文在经过大量仿真后，对各个仿真结果进行全面的对比，在系统总体方案不改变的前提下，最后选定具有下面一组结构参数的环形弹簧的作为链式炮最终的缓冲装置。最终选定的环形簧结构参数为：环形簧的加载刚度为170N/mm；加载刚度和卸载刚度之比为6；环形簧的预压力为500N。采用改进后环形簧的系统后坐性能仿真结果如图4所示：
采用改进方案后，系统稳定后的后坐力7900N，后坐位移为21.35mm，前冲位移为9.53mm。而原方案的后坐力为10158N，后坐位移为20.43mm，前冲位移为13.37mm。对比可以发现，后坐力比原方案减小了23%，虽然后坐位移比原来增加了0.92mm，但改进方案的后坐位移值还是能满足最初链式炮设计方案的要求，并且改进方案的前冲位移降低了3.84mm，系统的总体行程降低了2.92mm，这对提高链式炮的射击稳定性是非常有帮助的。
4 结束语
本文是基于ADAMS的链式炮运动机构及缓冲装置进行了动力学仿真，对研究该链式炮缓冲装置对后坐力和后坐位移影响规律有很大的参考价值，并提出了一个相对合理的缓冲装置参数方案，很大程度上缩短了该链式炮的研发周期。
参考文献
[1] 郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程.北京：北京航空航天大学出版社，2008
[2] 何志强，黄守仁，李载弘.航空自动武器设计手册.北京：国防工业出版利，1990
[3] 张英会.弹簧.北京：机械工业出版社，1982：：280～310
[4] 曾晋春，杨国来，王晓峰.某火炮自动机虚拟样机建模与仿真.火炮发射与控制学报，2008（01）：42～45
[5] 王宝元，梁世瑞，周发明.火炮自动机平面运动凸轮机构多体系统运动分析.火炮发射与控制学报，2000（3）：13～15
[关键词]链式炮； 动力学仿真；后坐力；后坐位移
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）38-0368-01
0 前言
动力学仿真技术现在已成为机械系统分析、研究、设计中不可缺少的重要手段，在降低系统的研制成本、缩短产品试验周期方面起着越来越重要的作用。ADAMS软件使用交互式图形环境及零件库、约束库和力库，创建完全参数化的机械几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、动力学及运动学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS仿真研究能有效的缩短武器系统的研发周期，对于制造费用和实验费用都非常昂贵的链式炮，ADAMS仿真研究的优点更加的突出。
1 建立动力学仿真模型
该链式炮炮身缓冲方式采用的是环形弹簧缓冲。由于环形弹簧数量较多，而且是复杂的圆锥面接触，如果逐个定义各个面之间的接触，会使动力学分析速度大大降低，且环形弹簧在加载和卸载时的刚度是不一样的，因此在ADAMS中仿真时需要对环形弹簧的缓冲过程进行简化。环形弹簧在加载和卸载时的轴向变形与受力关系可以用线性关系近似描述，环形弹簧加载、卸载阶段的刚度、可用式（1）表示：
（1）
式中：n是环形簧圆锥接触面的对数；E是材料的弹性模量； 是外圆环截面积；是内圆环截面积；是外圆环截面中心的直径；是内圆环截面中心的直径；是圆锥面的圆锥角；是摩擦角。
根据本文研究链式炮的特点，环形弹簧的参数选取为，。所以本文链式炮环形弹簧加载时的直线刚度约为卸载时的四倍。
施加完载荷、约束、驱动并对炮管进行柔性化处理，建立的动力学仿真模型如图1所示。
2 结果分析
2.1 枪身后坐运动特性
射击过程中该链式炮的后坐位移曲线和后坐力特性曲线如图2和图3所示。
结合图2和图3可以看出，首发弹的后坐力和后坐位移相对较小，这是由仿真的初始位置决定的，本文主要考虑稳定后的后坐力后坐位移情况，首发弹的情况不作分析。在时，后坐力第一次出现了单边最大值5086N，此时系统架座受到的后坐力为10172N；在时，第一次出现了前冲单边最大的作用力1673N，此时系统架座受到的力为3346N。在时，系统第一次达到最大的后坐位移20.43mm，在时，系统第一次达到前冲的最大位移13.37mm。
该链式炮采用环形弹簧缓冲器作为缓冲装置。本文主要对环形彈簧的直线刚度K、C、P对链式炮后坐运动特性的影响，进行对比分析。
3 改进方案结果分析
文在经过大量仿真后，对各个仿真结果进行全面的对比，在系统总体方案不改变的前提下，最后选定具有下面一组结构参数的环形弹簧的作为链式炮最终的缓冲装置。最终选定的环形簧结构参数为：环形簧的加载刚度为170N/mm；加载刚度和卸载刚度之比为6；环形簧的预压力为500N。采用改进后环形簧的系统后坐性能仿真结果如图4所示：
采用改进方案后，系统稳定后的后坐力7900N，后坐位移为21.35mm，前冲位移为9.53mm。而原方案的后坐力为10158N，后坐位移为20.43mm，前冲位移为13.37mm。对比可以发现，后坐力比原方案减小了23%，虽然后坐位移比原来增加了0.92mm，但改进方案的后坐位移值还是能满足最初链式炮设计方案的要求，并且改进方案的前冲位移降低了3.84mm，系统的总体行程降低了2.92mm，这对提高链式炮的射击稳定性是非常有帮助的。
4 结束语
本文是基于ADAMS的链式炮运动机构及缓冲装置进行了动力学仿真，对研究该链式炮缓冲装置对后坐力和后坐位移影响规律有很大的参考价值，并提出了一个相对合理的缓冲装置参数方案，很大程度上缩短了该链式炮的研发周期。
参考文献
[1] 郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程.北京：北京航空航天大学出版社，2008
[2] 何志强，黄守仁，李载弘.航空自动武器设计手册.北京：国防工业出版利，1990
[3] 张英会.弹簧.北京：机械工业出版社，1982：：280～310
[4] 曾晋春，杨国来，王晓峰.某火炮自动机虚拟样机建模与仿真.火炮发射与控制学报，2008（01）：42～45
[5] 王宝元，梁世瑞，周发明.火炮自动机平面运动凸轮机构多体系统运动分析.火炮发射与控制学报，2000（3）：13～15