论文部分内容阅读
摘要：本文以一维弹道修正弹小型化为目的，探索了D形阻力机构应用在小口径榴弹上的可行性，从机构运动特性和气动力特性两个方面对其性能进行了数值仿真，验证了其可行性。
关键词：一维弹道修正；阻力修正机构；气动力仿真
中图分类号：TJ430 文献标志码：A
0 引言
未来我国面临城市战场和登陆作战的可能性越来越大，榴弹发射器作为单兵轻武器有着越来越重要的意义。榴弹发射器由于其身管短、重量轻，加上装药量不一致，射击跳角等原因，远距离射击落点散布较大，尤其是射程方向的散布。为提高榴弹的射击精度，近年来“榴弹狙击”的概念越来越热，虽然在小口径榴弹内安装制导模块的难度很大，但是随着弹道修正弹技术的发展，将弹道修正弹，尤其是一维弹道修炸弹小型化是提高榴弹发射器命中精度的有效手段。
传统榴弹的初速误差和身管跳角误差在发射前是不确定的。发射后虽然误差可以探知，但是弹道却已无法改变。但若是加装一套“刹车”装置，即阻力机构，只要在正确的时机展开，即可控制最终射程，靠射程的减小量达到增大射程落点密集度的目标。这就是一维弹道修正弹的原理。
一维弹道修正技术若要应用在小口径榴弹，就要解决弹道探测问题和阻力机构小型化的问题。尤其是为保证一定杀伤能力的情况下阻力机构不能太大，而且还要增阻能力强，且结构简单。
目前国际上已经有三片花瓣形、桨形、虹膜形、伞形、D形等几种原理的阻力机构。其中D形阻力机构体积小、结构简单且展开可实现同步，特别适合小口径榴弹使用。
1机构简介
针对35mm榴弹发射器对D形阻力机构进行了重新设计。首先设计四个形状相同阻力片，四个阻力片可以在前后导板的凹槽里滑动，凸轮板转动带动销的在凸轮滑槽上运动，由于销使四个阻力片紧贴在前后导板上，所以销的运动将带动四个阻力片在滑槽中前后伸展。销在结构固定中带动阻力片运动，起着至关重要的作用，在设计中采用双圆柱错开的设计理念，便于安装，保证定位精度和连接的紧固性。为了能够得到足够的展开面积并且不大于弹丸定心部截面积，在设计中对D型环阻力机构中的阻力片进行了改动。应阻力片匀速同时展开的设计要求，在凸轮板上画出阿基米德螺线如图2所示。
机构为双层四片式结构，机构原理：展开前，四个阻力片通过拔销器与与弹体锁紧，扭簧套在轴上与阻力片连接，處于压缩状态。当接受到机构启动信号后，拔销器通过内部火药燃烧实现拔销动作。四个阻力片在扭簧和离心力的作用下展开，由于凸轮板上凹槽以及扭簧的限制，当阻力机构达到最大展开面积时，阻力片位置将被锁死，机构工作结束。
2 修正机构运动仿真
用多刚体动力学软件对机构运动特性仿真。模型体现了阻力机构解锁瞬间的状态。阻力片材料设定为铝。由于简化了弹体，就要把弹体的转动惯量等效在简易弹体上，由于弹体的转动惯量远大于阻力片的转动惯量，要将弹体转动惯量等效在壳体上，设置前后挡板质量无穷大。弹轴与地面绕弹轴转动副连接，并以以12000rad/min（72000°/s）为初速绕弹轴按照右旋规律转动。分别定义四个阻力片绕弹沿挡板移动副连接，四个销分别与阻力片固定连接，前后导板固定连接。凸轮板绕弹轴转动，凸轮板分别与销定义接触。
观察图像看到阻力片1、2和阻力片3、4相对弹体质心的起始距离不同，因为阻力片1、3与阻力片2、4不在同一层，所以相对于弹体质心距离存在偏差。该机构展开同步性非常好，从解锁机构到完全展开用时1.3ms，机构响应时间短。
3 修正弹气动力仿真
将机构安装在小口径榴弹上，研究修正机构对弹丸气动力的影响。计算模型如图8所示。建立弹体表面空气域模型，并划分102万非结构网格。阻力机构的主要性能体现在增阻能力，故重点监测模型阻力系数。
阻力系数计算结果如表1所示，机构展开后阻力系数比达到3倍以上，增阻效果令人满意。
4 结论与展望
本文从机构运动特性和气动力特性两个角度说明了D形阻力机构应用在小口径一维弹道修正弹上的可行性，对于阻力机构对外弹道的影响和修正弹战术使用还需进一步研究。
参考文献：
[1]李素云，吴国东，徐永杰等.花瓣型一维阻力修正机构设计及外弹道研究[J].兵器装备工程学报.2016（10）：35-38
[2] 徐永杰，吴国东，刘 强，田广丰，王庆华.增阻式一维弹道修正弹气动分析[J].弹箭与制导学报，2013，6：133-136.
[3] 赵雄飞，吴国东，徐永杰. 可控阻力系数的一维弹道修正机构设计[J].弹箭与制导学报.2016 （6）：105-108
[4] 陈勇，吴国东，王志军.增阻式一维弹道修正机构设计与气动特性分析[J].弹箭与制导学报.2016 ， 36 （2） ：107-110
[5] 吳国东，陈勇，王志军. 阻尼片结构参数对一维弹道修正弹修正能力的影响[J]弹箭与制导学报. 2016 ， 36 （4） ：83-86
基金项目：海军大连舰艇学院科研发展基金资助项目
关键词：一维弹道修正；阻力修正机构；气动力仿真
中图分类号：TJ430 文献标志码：A
0 引言
未来我国面临城市战场和登陆作战的可能性越来越大，榴弹发射器作为单兵轻武器有着越来越重要的意义。榴弹发射器由于其身管短、重量轻，加上装药量不一致，射击跳角等原因，远距离射击落点散布较大，尤其是射程方向的散布。为提高榴弹的射击精度，近年来“榴弹狙击”的概念越来越热，虽然在小口径榴弹内安装制导模块的难度很大，但是随着弹道修正弹技术的发展，将弹道修正弹，尤其是一维弹道修炸弹小型化是提高榴弹发射器命中精度的有效手段。
传统榴弹的初速误差和身管跳角误差在发射前是不确定的。发射后虽然误差可以探知，但是弹道却已无法改变。但若是加装一套“刹车”装置，即阻力机构，只要在正确的时机展开，即可控制最终射程，靠射程的减小量达到增大射程落点密集度的目标。这就是一维弹道修正弹的原理。
一维弹道修正技术若要应用在小口径榴弹，就要解决弹道探测问题和阻力机构小型化的问题。尤其是为保证一定杀伤能力的情况下阻力机构不能太大，而且还要增阻能力强，且结构简单。
目前国际上已经有三片花瓣形、桨形、虹膜形、伞形、D形等几种原理的阻力机构。其中D形阻力机构体积小、结构简单且展开可实现同步，特别适合小口径榴弹使用。
1机构简介
针对35mm榴弹发射器对D形阻力机构进行了重新设计。首先设计四个形状相同阻力片，四个阻力片可以在前后导板的凹槽里滑动，凸轮板转动带动销的在凸轮滑槽上运动，由于销使四个阻力片紧贴在前后导板上，所以销的运动将带动四个阻力片在滑槽中前后伸展。销在结构固定中带动阻力片运动，起着至关重要的作用，在设计中采用双圆柱错开的设计理念，便于安装，保证定位精度和连接的紧固性。为了能够得到足够的展开面积并且不大于弹丸定心部截面积，在设计中对D型环阻力机构中的阻力片进行了改动。应阻力片匀速同时展开的设计要求，在凸轮板上画出阿基米德螺线如图2所示。
机构为双层四片式结构，机构原理：展开前，四个阻力片通过拔销器与与弹体锁紧，扭簧套在轴上与阻力片连接，處于压缩状态。当接受到机构启动信号后，拔销器通过内部火药燃烧实现拔销动作。四个阻力片在扭簧和离心力的作用下展开，由于凸轮板上凹槽以及扭簧的限制，当阻力机构达到最大展开面积时，阻力片位置将被锁死，机构工作结束。
2 修正机构运动仿真
用多刚体动力学软件对机构运动特性仿真。模型体现了阻力机构解锁瞬间的状态。阻力片材料设定为铝。由于简化了弹体，就要把弹体的转动惯量等效在简易弹体上，由于弹体的转动惯量远大于阻力片的转动惯量，要将弹体转动惯量等效在壳体上，设置前后挡板质量无穷大。弹轴与地面绕弹轴转动副连接，并以以12000rad/min（72000°/s）为初速绕弹轴按照右旋规律转动。分别定义四个阻力片绕弹沿挡板移动副连接，四个销分别与阻力片固定连接，前后导板固定连接。凸轮板绕弹轴转动，凸轮板分别与销定义接触。
观察图像看到阻力片1、2和阻力片3、4相对弹体质心的起始距离不同，因为阻力片1、3与阻力片2、4不在同一层，所以相对于弹体质心距离存在偏差。该机构展开同步性非常好，从解锁机构到完全展开用时1.3ms，机构响应时间短。
3 修正弹气动力仿真
将机构安装在小口径榴弹上，研究修正机构对弹丸气动力的影响。计算模型如图8所示。建立弹体表面空气域模型，并划分102万非结构网格。阻力机构的主要性能体现在增阻能力，故重点监测模型阻力系数。
阻力系数计算结果如表1所示，机构展开后阻力系数比达到3倍以上，增阻效果令人满意。
4 结论与展望
本文从机构运动特性和气动力特性两个角度说明了D形阻力机构应用在小口径一维弹道修正弹上的可行性，对于阻力机构对外弹道的影响和修正弹战术使用还需进一步研究。
参考文献：
[1]李素云，吴国东，徐永杰等.花瓣型一维阻力修正机构设计及外弹道研究[J].兵器装备工程学报.2016（10）：35-38
[2] 徐永杰，吴国东，刘 强，田广丰，王庆华.增阻式一维弹道修正弹气动分析[J].弹箭与制导学报，2013，6：133-136.
[3] 赵雄飞，吴国东，徐永杰. 可控阻力系数的一维弹道修正机构设计[J].弹箭与制导学报.2016 （6）：105-108
[4] 陈勇，吴国东，王志军.增阻式一维弹道修正机构设计与气动特性分析[J].弹箭与制导学报.2016 ， 36 （2） ：107-110
[5] 吳国东，陈勇，王志军. 阻尼片结构参数对一维弹道修正弹修正能力的影响[J]弹箭与制导学报. 2016 ， 36 （4） ：83-86
基金项目：海军大连舰艇学院科研发展基金资助项目