浅析弹性硅胶泥缓冲器在火炮的应用

中北大学机电工程学院 马彦晋 苏铁熊 仝志辉

前言：

现代火炮普遍采用了反后座装置，它主要是由制退机和复进机组成的。火炮反后座装置实质上就相当于一个缓冲器。将刚性炮架变为弹性炮架，使得火炮在射击时所承受的载荷大为降低，有效地改善了火炮威力和机动性的矛盾[1]。但是，现代战争对火炮系统的性能要求不断提高，对火炮的威力提高，同时也要求火炮具有良好的机动性。火炮威力的增加将产生火炮后座冲量过大带来的火炮发射载荷增加、火炮系统质量过大、机动性降低、发射平台结构强度变差、火炮精度下降等一系列问题。基于以上问题，本文提出了用弹性硅胶泥缓冲器代替传统的反后座装置。弹性硅胶泥缓冲器是由缸体、弹性胶泥、活塞杆、活塞、阻尼孔、密封装置等部分组成的；其结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、性能稳定、耐老化性强、使用寿命长且无毒无臭等等。

1 硅胶泥的性质

1.1 压缩性

弹性硅胶泥类似于弹簧，随着外界对它的压力增加，胶泥的体积可以被压缩，压缩到一定程度后，当外力减小或消失时，体积又可以短时间内复原。当外压力达500MPa时，体积压缩率不小于初始容积的17%[2]。

1.2 高阻尼黏弹性

弹性硅胶泥的黏度是普通液体的几十万倍，可以产生很大的粘滞摩擦，把这种材料的胶泥缓冲器安装在火炮上，当后坐力对胶泥缓冲器的活塞发生作用力时，胶泥缓冲器能够起到很好的吸能、减振作用[3-4]。

除此之外，硅胶泥好有较好的流动性，热稳定性，耐老化性，且无毒无臭等。

2 弹性胶泥缓冲器

2.1 弹性胶泥缓冲器的概念

弹性胶泥缓冲器是把可压缩体积的，具有流动性、粘弹性的胶泥放于密闭的容器中，类似于弹簧阻尼系统，利用这个简单的机构实现其吸收能量、减振、缓冲的机构。为了达到不同的工作需要，胶泥缓冲器需要采用不同的材料和结构。

2.2 弹性胶泥缓冲器结构选择

不同的工作需要，根据所承受的冲击力的大小和所需阻尼力的大小，胶泥缓冲器需要采用不同的材料和结构。根据其运动方式的不同，可以将其分为平动式胶泥缓冲器和非平动式胶泥缓冲器。具体运用到火炮上，要求结构简单、自重轻，使火炮机动性强，所以选择平动式弹性胶泥缓冲器。

平动式胶泥缓冲器根据构造形式又有好多种，比如阻尼壶式缓冲器、阻尼孔式缓冲器、阻尼缸式缓冲器等[5-7]。其中只有阻尼孔式胶泥缓冲器目前使用比较广泛，这类阻尼器是通过缸体内活塞运动，迫使弹性胶泥通过阻尼孔产生阻尼。

阻尼孔式缓冲器一般又分为双出杆式阻尼缓冲器和单出杆式阻尼缓冲器[8]。如图，对于火炮，由于缓冲器不需要在较小的行程内提供特别大的阻尼，且承受的冲击力也不是特别大，所以这里选择单出杆式阻尼缓冲器就可以；现有可以设计的单出杆阻尼器有以下几种。

图1 间隙式胶泥缓冲器

这种结构的设计，是将活塞和缸内壁之间留下一定的间隙，当活塞受压向左运动时，缸内的胶泥受到挤压，通过间隙流动，产生阻尼。

图2 活塞孔式胶泥缓冲器

这种结构的设计，活塞的直径和缸壁的内径相等，如图，在活塞上开四个对称的圆孔，当活塞受到挤压在工作腔内工作时，弹性胶泥通过活塞上的孔流动，产生阻尼。

图3 活塞槽式胶泥缓冲器

这种结构的设计，活塞的直径和缸壁的内径相等，如图，在活塞上开四个对称的半圆形的槽，当活塞受到挤压在工作腔内工作时，弹性胶泥通过活塞上的槽流动，产生阻尼。

图4 缸壁槽式胶泥缓冲器

这种结构的设计，活塞的直径和缸壁的内径相等，如图，在缸内壁开四个对称的方形槽，当活塞受到挤压在工作腔内工作时，弹性胶泥通过缸内壁的槽流动，产生阻尼。

考虑胶泥缓冲器稳定性和缓冲效果，选择活塞槽式胶泥缓冲器与火炮配合。

3 胶泥缓冲器在火炮上的工作原理

图5 火炮弹性胶泥缓冲器

如图5，活塞杆2与火炮后坐部分1固连，缸壁4与火炮摇架固连。氮气室6内高压氮气通过单向阀5，使活塞工作腔8内胶泥压力升高到预压力P。当火炮发射前，外力F小于预压力P，活塞杆保持静止不动；当火炮发射时，当后坐力大于预压力P时，在后坐力的作用下，火炮后坐部分1向右运动（如图），带动活塞杆2随之运动，同时带动活塞3向右运动。活塞挤压工作腔内胶泥，一方面使得胶泥体积被压缩，另一方面使得胶泥经过活塞上的4条阻尼槽向左流动，起到阻尼的作用。随着胶泥体积的减小，产生的后坐阻力逐渐增大，直到与后坐力F相等；当后坐力减小直至消失时，胶泥体积恢复到原状，推动活塞向左运动到起始位置，为下一次的活塞运动做准备。

4 结束语

弹性胶泥缓冲器和普通的火炮后坐装置相比，具有体积小、质量轻、价格便宜、性能稳定、耐老化性强、使用寿命长，这样在不降低损失火炮综合性能的前提下，提高了火炮的机动性。随着现代化武器的发展和现代化战争的需要，弹性胶泥缓冲器在火炮上将得到极为广泛的应用。

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