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計目標，內(nèi)彈道結(jié)束時刻的彈頭初始擾動是影響射擊精度的主要原因，初始擾動是彈/槍相互作用的最終結(jié)果，其狀態(tài)與槍、彈參數(shù)設計的合理性密切相關(guān)。然而現(xiàn)有槍、彈的設計方法已不能作為進一步降低初始擾動、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/槍相互作用機理研究，關(guān)注常規(guī)槍械設計中忽略的微小因素，全面分析槍、彈因素對初始擾動的影響，發(fā)展狙擊步槍彈/槍參數(shù)匹配設計方法，為設計與研

2、制高精度狙擊步槍提供理論基礎(chǔ)。本文采用試驗與數(shù)值計算相結(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)值計算模型，重點分析了槍管、彈頭結(jié)構(gòu)參數(shù)對彈頭發(fā)射過程的影響，將穩(wěn)健設計思想應用于彈/槍參數(shù)匹配設計方法中，形成了一套可行的狙擊步槍彈/槍參數(shù)匹配設計理論方法。全文主要工作與內(nèi)容如下:
　　以某型狙擊步槍為研究對象開展了多項性能試驗研究，其中包括膛壓測試試驗、初速測試試驗、準靜態(tài)擠進試驗與槍口振動試驗研究。采用銅柱測壓法與光

3、電靶法獲得了狙擊步槍最大膛壓與初速試驗數(shù)據(jù);設計了一套輔助擠進試驗裝置，開展了兩種坡膛錐度下的彈頭準靜態(tài)擠進試驗，由材料試驗機推動彈頭擠進坡膛獲得了擠進阻力變化曲線;設計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)的振動位移數(shù)據(jù)。性能試驗研究為開展相關(guān)理論研究提供了前提條件與驗證標準。
　　基于非線性有限元法建立了彈/槍相互作用數(shù)值計算模型，該模型將內(nèi)彈道膛壓計算程

4、序與彈頭發(fā)射過程有限元計算相耦合，并充分考慮了彈頭動態(tài)擠進過程及重力作用導致的槍管預彎曲現(xiàn)象，保證了內(nèi)彈道過程的完整性，更準確的描述了彈/槍相互作用過程。通過數(shù)值計算獲得了有無重力作用下槍口振動與彈頭膛內(nèi)運動特性，分析計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)重力對彈頭膛內(nèi)運動的影響作用不可忽略;將數(shù)值計算所得膛壓、初速及槍口振動數(shù)據(jù)與試驗結(jié)果相對比，證明了彈/槍相互作用數(shù)值計算模型的正確性。
　　建立了準靜態(tài)擠進數(shù)值計算模型與動態(tài)擠進數(shù)值計算模型，獲得了準靜

5、態(tài)與動態(tài)擠進過程中的擠進阻力變化情況與應力/應變分布規(guī)律，分析了擠進阻力的組成與占比。擠進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，軸向正壓力在擠進完成之后基本消失，準靜態(tài)擠進與動態(tài)擠進狀態(tài)兩種狀態(tài)下坡膛結(jié)構(gòu)對擠進阻力影響程度不同。重點分析了彈頭殼、彈芯與槍管的應力/應變在軸向、周向與徑向的分布情況，發(fā)現(xiàn)準靜態(tài)擠進與動態(tài)擠進兩種狀態(tài)下的應力/應變的分布及大小有明顯不同。
　　借助彈/槍相互作用數(shù)值計算模

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)微小變化對彈頭發(fā)射過程的影響情況，以彈頭膛內(nèi)擺動角極大值作為判別參數(shù)優(yōu)劣的主要標志量，衡量參數(shù)與彈頭膛內(nèi)擺動劇烈程度間的關(guān)系，從定性與定量兩個角度開展相關(guān)分析。分析計算結(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)對彈頭膛內(nèi)擺動的影響規(guī)律。
　　借助彈/槍相互作用數(shù)值計算模型，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)對彈頭發(fā)射過程的影響。分析計算結(jié)果表明，彈頭圓

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