导气式旋转药室结构研究

韩 铁，袁志华，陈 强，胡 明，唐双喜，王国军

(1.中国人民解放军92840部队，山东 青岛 266405；2.沈阳理工大学 装备工程学院，辽宁 沈阳 110159)

导气式旋转药室结构研究

韩 铁1,2，袁志华2，陈 强1，胡 明2，唐双喜1，王国军1

(1.中国人民解放军92840部队，山东 青岛 266405；2.沈阳理工大学 装备工程学院，辽宁 沈阳 110159)

传统的旋转药室利用管退式自动方式，这种自动方式结构简单，有利于使用浮动机原理的优点，但受到重力影响较大，需设计专门的重力补偿装置。针对这一现状，设计了一种导气式旋转药室，利用药室的旋转来完成火炮的开闭锁动作，将进弹的方向由传统火炮的纵向进弹改为横向进弹，不仅能大幅减小火炮的纵向尺寸，而且易于药室燃气密封。应用ADAMS动力学仿真软件，对旋转药室的自动机部分进行仿真，仿真结果表明该结构在原理上是可行的。

旋转药室；导气式；ADAMS；动力学仿真；自动机

为解决现有战车火力不足的问题，火炮口径不断增大，使得武器系统的体积和质量大大增加。旋转药室火炮解决了火炮的威力与体积、质量之间的矛盾问题，它利用药室的旋转达到火炮开锁闭锁的需要，旋转药室开锁后，抽弹与供弹的方向与火炮身管的轴线方向垂直，其特殊的工作方式使得火炮的结构简化[1]，纵向尺寸得以大大减小。但传统的旋转药室火炮使用管退式自动方式，由于俯仰射击时后坐部分受到重力的作用，所以需要专门设计重力补偿装置；同时后坐部分质量过大容易产生干涉，从而影响连发射击精度[2-3]；而且传统的旋转药室火炮一直存在燃气密封困难问题[4]。笔者设计了一种导气式旋转药室，将导气式自动方式与旋转药室火炮原理相结合。该装置具有恶劣环境下动作机构可靠、后坐能量易于控制的优点；同时有利于采用新的药室密封方案。

1 导气式旋转药室火炮的工作原理

导气式旋转药室火炮自动机结构如图1所示。

当火炮射击以后，大部分火药燃气推动弹丸向前运动，当弹丸经过身管上的导气孔以后，一部分火药燃气通过导气孔进入导气管内的气室中，高温高压燃气在气室中膨胀做功并推动活塞后坐，活塞推动机框后坐，此时机框带动拨杆旋转，拨杆带动楔形体运动，楔形体带动药室座向后运动[5]。此过程中机框与旋转药室间的相对行程为自由行程，当药室座后坐大约1 cm后，机框上的导向槽与药室上导向轴相配合，机框的后坐带动药室旋转，药室旋转90°以后完成开锁动作。自此自动循环的前半段完成。

当自动装弹机完成装弹以后，机框和活塞将在复进簧的作用下向前复进[6]，此时，机框上的导向槽与药室上的导向轴相配合使药室旋转90°，这样药室的方向将与身管轴向对正。然后机框继续向前运动，拨杆旋转，带动楔形体横向运动，利用楔紧现象，楔形体将使药室座向前运动大约1 cm，药室和身管之间将会挤紧，药筒中的一小部分也将进入身管内。此时药室完成闭锁，如果击发弹丸，高压燃气会使药筒前端发生形变，药筒前端将会贴紧身管以此达到药室密封的目的。

2 导气式旋转药室动力学仿真

通过对自动武器自动机进行动力学仿真研究，掌握自动机的运动学、动力学特性[7]。笔者运用软件ADAMS，对所建模型进行仿真。

2.1 对输入的模型施加约束

在将Pro/E中的模型输入到ADAMS中之后，原模型本身自带的约束就已经失效了，为了能使模型能够产生正确的运动，所以要为新载入的模型施加约束。本次施加的约束有：固定副、移动副和转动副3种。固定副的作用是固定两个物体，使它们之间不会产生运动，如图2(a)所示。移动副的作用是确定两物体间只能在一根线上发生平移，一个移动副去除5个自由度，如图2(b)所示。旋转副的作用是确定两个物体间只能相对于一根轴发生旋转运动，一个旋转副去除5个自由度，如图2(c)所示。

2.2 仿真结果分析

需要将仿真计算出的部分结果转化为可以分析的图形以便于后期的处理与分析。用ADAMS的测量功能来输出需要测量的零部件的位移、速度、加速度、角速度、角加速度等参量。

2.2.1 机框运动特性分析

机框的位移与时间、机框的速度与时间、机框的加速度与时间曲线如图3所示。从图3可以看出机框的后坐行程约为100 mm，机框速度图中，第1段曲线的上升阶段，此时机框出于自由行程阶段，受到的合力为主动力与弹簧力的合力，此时机框的运动为加速运动，且由于合力随着弹簧的压缩而减小，所以机框的加速度应该是逐渐减小的。当机框后坐到一定的距离时，拨杆导轴脱离机框的导槽配合面。机框再次只受主动力与弹簧力的作用再次加速运动，当旋转药室的导轴进入到机框导槽的配合面之后，由于药室的惯性力的作用，机框会与药室导轴产出碰撞，在极短的时间内减速甚至出现反弹，此时的旋转药室也会因为此次的撞击而产生一定角速度的转动，加上主动力的作用，机框再一次加速向后运动，随着主动力的作用，机框速度达到最大。

当机框开始复进的时候，是相对于药室旋转导轴的自由行程，所以体现为较均匀的加速。但是当机框开始接触到旋转导轴的时候，由于药室惯性力的作用，使机框的速度迅速降低到0，随后，机框在复进簧力的作用下再次向前运动。当药室旋转到位以后，机框再次进入自由行程，表现为加速向前运动。当机框的拨杆导槽配合面接触拨杆导轴之后，由于拨杆、楔形体、药室座及药室等联动件的惯性作用机框再次减速，由于撞击的作用，产生极小幅度的反跳作用。但在复进簧力的作用下再次加速向前复进，大约在0.26 s的时候机框拨杆导槽配合面与拨杆导轴分离，机框以很大的加速度向前加速复进直到复进到位。

2.2.2 药室运动特性分析

药室是旋转药室火炮最重要的部件之一，它的运动特性对于火炮的性能有很重要的影响[8]。下面通过药室的角度与时间关系图、角速度与时间关系图和角加速度与时间关系图来分析药室在自动过程中的运动特性。药室的角度与时间、药室的角速度与时间、药室的角加速度与时间曲线如图4所示。

从图4(a)可以看出，药室旋转的主要运动时间段是在0.025-0.225 s间，这段时间，药室的运动较为平缓，但是在最高点药室的旋转角度略微大于90°，这是由于药室高速旋转到位时与炮箱的限位凸起发生了碰撞，双方有微小的弹性形变，所以会有这段行程。

从图4(b)中可以看出，在0.025 s之前，药室的角速度为0，但在0.025 s时，药室的角速度迅速增加到越500(°)/s， 这是由于机框相对静止的药室速度很高，两者间刚相互作用时，发生了碰撞，药室迅速得到了运动的能量，所以一瞬间就加到很大的角速度。之后药室开始一段几乎是匀加速的阶段，其加速度明显比前一阶段小，这是由于此时的加速是有主动力推动机框带动药室加速的，其作用较为平和，所以药室的加速过程比较平缓稳定。在约0.08s的时候，药室的角速度急剧降低为0，然后出现反弹，这是由于药室已经旋转到位，撞击了炮箱上的限位凸起，在撞击的作用下，药室的运动迅速降低并产生反跳。当到达约0.225s的时刻，药室再次剧烈减速至0，经过极小的波动之后达到静止状态。

图4(c)能够直观地反映出药室的受力情况，从图中能看到3个较为明显的峰值，第1个峰值为机框导槽配合面与药室旋转导轴发生接触时受到的力造成的；第2个也是最大的那个负的峰值是由于药室开锁后旋转到位与炮箱限位凸起碰撞造成的；第3个次小的峰值，是当药室闭锁时旋转到位于药室座的限位凸起碰撞产生的。

2.2.3 机框运动与药室运动结合图

为了直观地表现出机框与药室运动的协调关系，将两条运动曲线画在一个坐标系中以便于比较，如图5所示。

3 结论

经过仿真，证明以导气式为自动方式的旋转药室火炮在原理上是可行的，在施加了主动力和弹簧力之后，火炮自动机大约经过0.3 s可以完成一次自动循环，理论射速可以达到180～200 发/min。该结构在大幅减小火炮纵向尺寸的同时，还可解决药室燃气密封问题。这对于减小火炮体积和质量，大幅提高火炮性能，具有非常重要的意义。

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ResearchonStructureofGasOperatedRotatingChamber

HAN Tie1,2，YUAN Zhihua2，CHEN Qiang1，HU Ming2，TANG Shuangxi1，WANG Guojun1

(1.92840 Troops of PLA, Qingdao 266405, Shandong, China;2.Equipment Engineering College,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159, Liaoning, China)

The traditional rotating chamber made use of the barrel recoil automatic operation mode, this automatic mode was simple in structure, and beneficial to using the principle of the floating machine, but it was greatly affected by gravity, so it is necessary to design special gravity compensation device. In order to solve the problem, a kind of gas operated rotating chamber was designed, it made use of powder chamber rotation to perform the open and closure action of the gun, and it will change the traditional gun feeding direction from longitudinal direction to lateral direction.This rotating chamber can not only greatly reduce the longitudinal size of the gun, but also be liable to carry out the chamber gas seal. The ADAMS dynamics simulation software was applied to the simulation of the automat part of the rotating chamber. Simulation results showed that the structure is feasible in principle.

rotating chamber；gas operated；ADAMS；dynamics simulation；automat

2014-06-26；

2014-08-22

韩铁(1986-)，男，硕士研究生，助理工程师，主要从事火炮自动武器与弹药工程技术研究。E-mail：lujunzhihua2030@163.com

TJ35

A

1673-6524(2014)04-0087-04