遥控武器站黏弹性胶体缓冲器试验研究

王之千， 毛保全， 朱锐， 杨雨迎， 韩小平

(陆军装甲兵学院 兵器与控制系, 北京 100072)

0 引言

遥控武器站是可安装在多种载体上相对独立的模块化武器系统[1]。我国现有遥控武器站主要依靠弹簧缓冲器以消耗和缓冲机枪后坐时传递到遥控武器站架座上的能量。然而弹簧缓冲器刚度大、阻尼小，后坐缓冲过程中存在能量耗散不足、后坐力偏大，致使枪口出现跳动，导致遥控武器站射击密集度低、可靠性差等问题。为此，杜敏等[2]将弹簧加工变形成碟形或环形等结构，使其具有一定能量耗散能力，并将其应用于自动武器上。但这类缓冲器仍属于低耗能型缓冲器，能量消耗较少，不适用于承受较大阻力和需要消耗较多能量的工作环境。武器装备上也常采用气体式缓冲器[3]、弹簧组合式缓冲器[4]、液气式缓冲器[5]、磁流变缓冲器[6]、泡沫金属缓冲器[7]等作为安全保护装置或提高武器性能，但亦存在能量吸收率低、密封困难、工作频率不易过快、结构复杂、受遥控武器站结构限制不易实现等问题。Wang等[8]根据遥控武器站实际工况构建了武器站动力学模型，通过仿真分析发现含阻尼较高的缓冲装置可以有效减小后坐冲击，提高遥控武器站射击密集度。因此，选择高阻尼、高弹性的缓冲器是提高遥控武器站性能的重要手段。

黏弹性胶体缓冲器兼有橡胶缓冲器和液压缓冲器的高黏弹性与高阻尼性能[9]，且耐高低温和耐老化性能良好，颇受国内外学者的关注。根据黏弹性胶体材料的不同和缓冲器结构的变化，黏弹性胶体缓冲器体现的性能也各不相同，应用于铁道机车[9]、火炮[10]、舰艇管道[11-12]、建筑土木[13-15]、车辆悬挂[16-18]等领域，且缓冲、减振效果显著。刘韦[9]将黏弹性胶体缓冲器应用于高速动车组上，有效地降低了动车组的纵向冲动，提高旅客的乘坐舒适性。马彦晋[10]设计了一种适用于火炮反后坐装置的黏弹性胶体缓冲器，通过试验及仿真证明了其具有良好的缓冲性能和军事价值。Jia等[11-12]设计了一种用于减少舰船管道振动的黏弹性胶体阻尼器，采用线性流体模型和幂率函数，通过试验推导出了适用于冲击环境下的半经验公式，为阻尼器设计提供了指导。Gong等[15]研究了一种用于建筑抗震、具有较强非线性特性的黏弹性阻尼器，并通过试验证明了该阻尼器的优势。Li等[18]构建了考虑形状参数的分数阶黏弹性振子系统动力学模型，以某工程车辆为实例，验证了模型的准确性，为黏弹性阻尼器的应用提供了理论模型。文献[19-20]设计了一种新型液弹阻尼器以减小直升机旋翼的摆振，通过模型构建和试验验证，证明了这种阻尼器的优势。为研究黏弹性胶体阻尼缓冲器启动流，王之千等[21]提出了一种含准态特性的分数Maxwell 模型，通过试验验证了模型的准确性，并研究了黏弹性胶体材料在缓冲器中的流动特点。Xu等[22]基于分子链网络的微观结构和温度频率等效原理，建立了黏弹性材料正多面体链网络模型，对比数值计算和试验结果验证了模型的准确性，并通过动态特性试验表明了黏弹性阻尼器具有良好的耗能能力。

以上研究表明黏弹性胶体缓冲器具有良好的储耗能能力，应用领域广泛且成熟。但遥控武器站射击条件与车辆悬挂等领域实际工况差别很大，导致缓冲器尺寸、行程、结构迥异，无法直接移植应用，且黏弹性胶体缓冲器应用于车载自动武器缓冲后坐中鲜有报道。另外，胶体材料的制备方式、方法属于商业机密，不轻易公开，而现有黏弹性胶体材料黏度受温度影响变化较大，黏温特性较差，基于遥控武器站复杂的使役环境，直接应用于黏弹性胶体缓冲器易出现较低温度下遥控武器站无法正常工作，导致可靠性下降等问题。

因此，本文配制了一种黏温特性较好的黏弹性胶体材料，研发了一种适用于遥控武器站的黏弹性胶体缓冲器。通过静压试验、落锤试验和射击频率模拟试验，并与原遥控武器站弹簧缓冲器性能进行对比，研究黏弹性胶体缓冲器的力学特性。

1 黏弹性胶体材料的配制

1.1 组成成分

配制的黏弹性胶体材料主体成分为甲基硅橡胶，其组成成分如表1所示。其中：端羟基硅油作为调和剂，用以提高黏弹性胶体材料的流动性；聚硅氧烷液晶弹性体作为改性剂，不仅具有非交联液晶高分子的液晶性能，而且具有弹性体良好的软弹性，用以改善胶体材料的弹性、流动性和有序性；蒙脱土和纳米二氧化硅作为增塑剂，用以调节黏弹性胶体材料的黏度、体积压缩率和阻尼值等性能，同时起到降低成本的作用。

表1 黏温特性较好的黏弹性胶体材料组成成分Tab.1 Compositions of viscoelastic elastomer material with temperature insensitivity and high viscoelasticity

根据表1中材料组成成分，按照总质量200 g配制黏弹性胶体材料。采用台秤分别称取甲基硅橡胶120.4 g、端羟基硅油72.4 g、液晶弹性体2.4 g、端羟基聚丁二烯0.8 g、蒙脱土1.2 g、纳米二氧化硅1.2 g、炭黑1.2 g、石墨1.2 g. 配置时先将甲基硅橡胶、液晶弹性体、蒙脱土、纳米二氧化硅、炭黑、石墨等放置于光滑玻璃板上混合均匀，而后将其加入三辊研磨机中，一边研磨一边均匀加入秤好的端羟基聚丁二烯和端羟基硅油，待其充分混合后，取出静置168 h，期间观察有无分层现象，如无分层现象发生即配制得所需黏弹性胶体材料，其实物如图1所示。

图1 黏温特性较好的黏弹性胶体材料实物Fig.1 Viscoelastic elastomer material with good viscosity-temperature characteristic

1.2 性能分析

图2 两种黏弹性胶体材料动力黏度对比Fig.2 Dynamic viscosities of two viscoelastic elastomers

图2为所配制的黏弹性胶体材料与购置的某公司5×105mm2/s胶体材料的动力黏度随温度变化曲线。从图2中可以看出：现有动力黏度5×105mm2/s胶体材料实际动力黏度为4.3×105mm2/s(20 ℃时)，比目标值5×105mm2/s小；现有胶体材料动力黏度随温度变化很大，-50 ℃时动力黏度为4.21×106mm2/s，而80℃时动力黏度为1.57×105mm2/s，低温与高温下的动力黏度比为26.88(见表2)。我国南北温差大，因此遥控武器站使役温差也很大。如果将现有胶体材料直接应用于遥控武器站黏弹性胶体缓冲器中，低温环境下胶体材料黏度太大，导致黏弹性胶体缓冲器缓冲不充分，无法正常工作，易出现首发命中率及射击密集度过低、可靠性差的问题。从图2中可以看出：配制的黏弹性胶体材料动力黏度虽随温度有变化，但较现有胶体材料变化不大，其-50 ℃的动力黏度1.45×106mm2/s比同温度下现有胶体材料动力黏度降低了2.91倍；当温度大于10 ℃后，配制的黏弹性胶体材料动力黏度均比现有的高，在80 ℃时动力黏度为2.27×105mm2/s，是同温度下现有胶体材料的1.44倍，而且20 ℃时的动力黏度为5.07×105mm2/s与目标值5×105mm2/s基本相符。结合表2和图2可知，配制的黏弹性胶体材料低温与高温动力黏度比为6.38，较现有黏弹性胶体材料下降了4.21倍。由此可见，所配制的黏弹性胶体材料较现有胶体材料黏温特性明显增强，且常温下动力黏度与目标值相当，证明了其具有较好的黏温特性，更满足遥控武器站黏弹性胶体缓冲器的需求。

表2 两种胶体材料低温与高温下动力黏度比Tab.2 Dynamic viscosity ratios of two viscoelastic elastomers at low and high temperatures

2 黏弹性胶体缓冲器的结构及原理

图3 某型遥控武器站黏弹性胶体缓冲器示意图Fig.3 Geometrical schematic of a viscoelastic elastomer damper

黏弹性胶体缓冲器选择单出杆混合式结构，其结构组成如图3所示。缓冲器支座用于连接缓冲器和遥控武器站架座，起传递和承力作用。缓冲器活塞缸通过螺纹与缓冲器支座连接，而活塞堵头也通过螺纹与缓冲器活塞缸连接。O形密封圈、单向阀等组成黏弹性胶体注入口，黏弹性胶体材料通过其注入缓冲器腔室中。根据需要增加黏弹性胶体材料的填充量，使阻尼缓冲器具有一定的预压力，称为初始预紧力。射击过程中机枪通过活塞杆将力传递给缓冲器，当缓冲器受到外力大于初始预紧力时，活塞杆推动活塞压缩缓冲器腔室内的黏弹性胶体材料。胶体材料被迫流过节流间隙和活塞上的阻尼孔，产生黏滞力，阻碍活塞前行，这一过程中外力转化为热能和势能，消耗和存储。当外力被撤消时，冲击力小于初始预紧力，黏弹性胶体材料自行膨胀，释放压缩过程中储存的势能，将活塞推回到初始位置，而通过阻尼孔和节流间隙被挤入前腔体的胶体材料流回后腔体，等待下次冲击或压力。

在添加胶体材料时，首先拧松活塞堵头便于胶体材料加入时空气的排出。采用胶体材料填充装置(见图4)连接缓冲器上的黏弹性胶体注入口注入胶体材料。胶体材料填充装置中充满配制好的胶体，压缩填充装置活塞杆，挤压内部胶体流经与缓冲器注入口相连的胶体材料注入管，将胶体材料注入到缓冲器腔体内。黏弹性胶体注入口为单向阀，胶体材料通过注入口添加后不会从注入口泄漏。随着胶体材料的加入，腔体内原有空气从拧松的活塞堵头处挤出，待空气完全排除，胶体材料充满缓冲器腔体后，采用专用设备拧紧活塞堵头。此时，胶体材料正好充满整个缓冲器腔体，缓冲器活塞不受力，理想状态下视为预紧力等于0 N. 如果需要提升缓冲器的预紧力，可将胶体材料填充装置放置在万能试验机上，胶体材料注入口始终连接缓冲器黏弹性胶体注入口。采用万能试验机缓慢压缩填充装置的活塞杆，直至试验机上显示达到所需预紧力。由此可见，预紧力的施加是通过增加胶体材料的量而实现的，实际上胶体材料量的增加意味着缓冲器腔体内压强的提升，即也是通过改变缓冲器腔体内的压强而实现缓冲器预紧力的施加。

图4 胶体材料填充装置Fig.4 Filling device of a viscoelastic elastomer material

一般而言，为使活塞在外力撤消后能完全回复原位，所充入胶体材料的量不仅需大于正好充满缓冲器腔体时的量，且需超过一定量，以使缓冲器在初始状态下腔体内存在一定压强。待外力撤消后，该压强可使活塞左右两侧腔体产生力差，推动活塞完全归位。

原遥控武器站弹簧缓冲器的弹簧如图5所示，主要参数如表3所示。在弹簧缓冲器安装尺寸不变的情况下，设计黏弹性胶体缓冲器，其实物如图6所示，基本结构参数如表4所示。在黏弹性胶体缓冲器中注入所配制黏温特性较好的黏弹性胶体材料，其材料密度为1.1 g/cm3. 首先根据遥控武器站原弹簧缓冲器行程和最大力等性能参数，设计了阻尼孔直径为1.5 mm、阻尼孔个数为6、节流间隙宽度为0.9 mm、活塞直径为20 mm的黏弹性胶体缓冲器样机，通过静压和落锤试验，对比分析黏弹性胶体缓冲器与弹簧缓冲器的性能；为了进一步减小遥控武器站上机枪后坐行程，满足提升遥控武器站射击密集度的需求，在不改变外部尺寸结构的基础下，提出更严格的黏弹性胶体缓冲器设计指标，设计了阻尼孔直径为1.0 mm、阻尼孔个数为4、节流间隙宽度为0.9 mm、活塞直径为20 mm的新黏弹性胶体缓冲器，通过静压和射击频率模拟试验验证新胶体缓冲器应用于遥控武器站的可行性。

图5 某型遥控武器站弹簧缓冲器用弹簧实物图Fig.5 Spring of a spring damper for a remote weapon station

表3 遥控武器站弹簧缓冲器基本参数

Tab.3 Basic parameters of spring damper for a remote weapon station

缓冲器弹簧直径/mm长度/mm原始长度/mm直径/mm材料截面形状4486.583.52860Si2Mn钢矩形

3 静压试验

3.1 试验方法及设备

采用深圳三思纵横科技股份有限公司生产的SUNS万能压力机(见图7)进行静压试验，用以研究缓冲器力与位移之间的关系。进行黏弹性胶体缓冲器静压试验时，将组装好的黏弹性胶体缓冲器竖直安装在压力机上，以2 mm/s的速度均匀加载压力压缩缓冲器活塞杆头部；当压缩量到达或者接近缓冲器的最大设计行程时，以2 mm/s匀速缓慢地卸载。测量弹簧缓冲器静压曲线时，将弹簧缓冲器竖直安装在压力机上，以2 mm/s的速度均匀加载压力压缩弹簧缓冲器活塞杆头部，待进入屈服状态时撤消加载力，结束试验。压力机与计算机相连，同步记录缓冲器的力- 位移曲线。

图6 某型遥控武器站黏弹性胶体缓冲器实物图Fig.6 Viscoelastic elastomer damper for a remote weapon station

表4 黏弹性胶体缓冲器基本结构参数

Tab.4 Basic structure parameters of viscoelastic elastomer dampers

缓冲器阻尼孔直径/mm阻尼孔个数节流间隙宽度/mm活塞直径/mm活塞杆直径/mm设计最大行程/mm设计最大力/N黏弹性胶体缓冲器1.560.9209123100新黏弹性胶体缓冲器1.040.920985000

图7 SUNS万能压力机Fig.7 SUNS universal press

3.2 试验结果及分析

弹簧缓冲器和黏弹性胶体缓冲器静压试验所得力与位移曲线如图8所示。从图8中可以看出，黏弹性胶体缓冲器进程、回程曲线之间存在一定面积，该面积表示黏弹性胶体缓冲器所消耗的能量，证明了该缓冲器具有一定的能量吸收率。而由于试验方法的区别，弹簧缓冲器仅有进程曲线，且弹簧缓冲器进程曲线呈线性增长，大约在12.5 mm处出现了屈服现象。比较最大力发现，黏弹性胶体缓冲器的最大力为3.10 kN，而弹簧缓冲器在不屈服情况下最大力为3.15 kN，二者相差不大。

图8 两种缓冲器静压试验结果对比Fig.8 Force-displacement curves of two dampers in static pressure test

4 落锤试验

4.1 试验方法及设备

采用落锤试验模拟遥控武器站单发射击，研究缓冲器储耗能效果。采用深圳新三思材料检测有限公司生产的SANS全自动落锤试验机作为试验设备(见图9)，冲击落锤质量为7.19 kg. 根据动量守恒定律(见(1)式)近似计算遥控武器站射击过程中缓冲器所受到的冲击速度，以确定落锤自由坠落的最大高度。

mbvb=mgvg，

(1)

式中：mb为弹头质量，mb=0.05 kg；vb为弹头出枪口速度，vb=800 m/s；mg为遥控武器站上机枪的质量，mg=19.8 kg；vg为遥控武器站机枪的后坐速度，vg=2.02 m/s.

图9 SANS全自动落锤试验机Fig.9 SANS automatic drop-testing machine

根据能量守恒定律计算落锤高度：

(2)

式中：H为落锤的跌落高度；g为重力加速度；v为H对应的落锤跌落速度。在遥控武器站射击过程中，缓冲器所受的冲击速度与机枪后坐速度相当，因此将(1)式中遥控武器站机枪的后坐速度vg=2.02 m/s代入(2)式，可得H≈0.21 m，即落锤从约210 mm高度跌落冲击缓冲器的速度为武器站射击过程中缓冲器所受的实际冲击速度。

为全面分析和对比缓冲器的性能，落锤高度范围设定较实际广泛，分别为50 mm、100 mm、150 mm、200 mm、250 mm、300 mm进行冲击试验，每个高度连续冲击5次，冲击间隔不超过50 s，冲击结束后观察黏弹性胶体缓冲器是否出现胶体泄漏或采样曲线异常等性能退化或失效情况。落锤提升到一定高度后无摩擦自由滑下，撞击试验物放置平台上的缓冲器，利用加速度传感器和数据采集平台记录冲击过程中落锤加速度随时间的变化情况。对加速度进行滤波处理后，1次积分得到相应时刻的瞬时速度，2次积分得到落锤位移，落锤所受的力等于加速度与落锤质量的乘积。而缓冲器所受的力与落锤所受力互为作用力与反作用力，因此，落锤力与位移的关系可近似看作缓冲器阻抗力与行程的关系。

4.2 试验结果及分析

图10为弹簧缓冲器从50 mm至300 mm高度落锤试验加速度与时间的变化曲线。从图10可以看出，随着落锤高度的逐渐增加，加速度呈增长趋势。在不同高度下，弹簧缓冲器加速度曲线均呈现前半段紊乱、后半段平缓的形式。在冲击前期存在两次波峰，且加速度值很大，这说明弹簧缓冲器在受力时出现了二次冲击效应。其原因在于弹簧的刚度较大，在受到冲击瞬间弹簧与落锤发生刚性碰撞，冲击能量较大且无法短时间吸收，导致加速度采集平台捕捉到加速度较高的异常信号；而后期弹簧被压缩，逐渐吸收少量能量，进而相对平缓。遥控武器站在射击过程中，弹头出枪口瞬间产生的瞬态冲击类似于落锤试验，其冲击力较大、时间较短。由此推断，弹簧缓冲器二次冲击现象的存在是导致枪口扰动较大、射击密集度不高的原因之一。

图10 不同落锤高度下弹簧缓冲器加速度与时间曲线Fig.10 Acceleration-time curves of spring damper at different drop heights

图11为黏弹性胶体缓冲器从50 mm至300 mm高度落锤试验加速度与时间的变化曲线。从图11可以看出，黏弹性胶体缓冲器加速度与时间曲线不存在二次冲击现象，说明黏弹性胶体缓冲器缓冲过程较为平稳，不存在明显的刚性碰撞，有助于减小遥控武器站射击时的枪口扰动、提高射击密集度。黏弹性胶体缓冲器缓冲过程中加速度最高点平均值与弹簧缓冲器平均值相差不大，这说明二者的最大阻抗力基本相当。冲击结束后观察黏弹性胶体缓冲器未出现胶体泄漏等失效情况，且图11各冲击高度下未出现加速度异常曲线，证明了黏弹性胶体缓冲器在连续冲击下缓冲性能保持良好。

图11 不同冲击高度下黏弹性胶体缓冲器加速度与时间曲线Fig.11 Acceleration-time curves of viscoelastic elastomer damper at different drop heights

采用小波滤波法对落锤试验加速度曲线进行滤波处理，而后进行积分计算。其1次积分得到瞬态速度，2次积分得到位移。黏弹性胶体缓冲器和弹簧缓冲器在不同冲击高度下力与位移的曲线对比如图12所示，其能量吸收率、最大阻抗力及最大位移如表5所示。对比图12中黏弹性胶体缓冲器和弹簧缓冲器的滞回曲线，发现在不同冲击高度下，黏弹性胶体缓冲器滞回曲线所围绕面积明显大于弹簧缓冲器，表明黏弹性胶体缓冲器的耗能能力大于弹簧缓冲器。弹簧缓冲器的弹簧采用矩形簧形式，材料为60Si2Mn钢，这使得弹簧缓冲器在不同冲击高度下力与位移曲线呈非线性，且具有一定能量吸收率。然而当落锤高度超过200 mm时，弹簧缓冲器滞回曲线出现线性增加的趋势，能量吸收率明显降低，最大力和最大位移增长较大。当超过250 mm时弹簧进入屈服状态，这是导致弹簧缓冲器能量吸收率明显下降的主要原因。遥控武器站在实际射击工况下作用于缓冲器的冲击速度大约为2 m/s，由此可见在遥控武器站射击时弹簧缓冲器工作临界于屈服边缘，长此以往弹簧缓冲器容易变性，降低其使用寿命，使遥控武器站存在射击密集度降低、可靠性变差的风险。

表5 两种缓冲器落锤试验结果对比

Tab.5 Drop weight test results of two dampers

高度/mm落锤最大速度/(m·s-1)能量损耗率/%最大力/N最大位移/mm黏弹性胶体缓冲器弹簧缓冲器黏弹性胶体缓冲器弹簧缓冲器黏弹性胶体缓冲器弹簧缓冲器501.0083.4865.46108810035.215.481001.4079.5764.80173415056.036.631501.7184.2462.89204318647.638.032001.9887.4367.58215021378.919.462502.2184.6144.682325246110.9512.823002.4286.7739.392692282711.5513.49

由表5可知，在不同冲击高度下黏弹性胶体缓冲器能量吸收率差别不大，均在80%左右，其平均值为84.35%，远大于弹簧缓冲器的57.47%. 对比最大位移发现，黏弹性胶体缓冲器最大位移均小于弹簧缓冲器，且小于最大设计行程(12 mm)。当冲击高度超过200 mm时，由于弹簧进入屈服状态，弹簧缓冲器的能量吸收率明显下降，最大位移超过了最大设计行程，而黏弹性胶体缓冲器不存在屈服范围，即使冲击载荷较大也能保持良好的能量吸收率，且最大位移均在设计范围内。

5 新黏弹性胶体缓冲器静压、射击频率模拟试验

5.1 试验方法及设备

图13 MTS 809 疲劳试验机Fig.13 MTS 809 electro-hydraulic servo fatigue testing machine

为检验黏弹性胶体缓冲器在遥控武器站连发射击载荷下的适应能力，采用美国MTS公司生产的MTS 809电液伺服疲劳试验机(见图13)加载2 Hz、5 Hz、10 Hz正弦波频率激励模拟遥控武器站120发/min、300发/min和600发/min时的射击工况。采集不同频率下缓冲器的滞回曲线，分析黏弹性胶体缓冲器的频响性能。将热电偶粘贴于黏弹性胶体缓冲器外壁表面，测量不同频率下连续加载300次时缓冲器的温度情况，待温度不再发生变化时读取数据，并观察胶体泄漏情况，以研究黏弹性胶体缓冲器在连发射击载荷下的适应性。

5.2 试验结果及分析

在遥控武器站原弹簧缓冲器设计要求的基础上提出新黏弹性胶体缓冲器的设计指标，即：预紧力为1 200 N，最大力为5 kN，最大行程小于8 mm，能量吸收率不小于65.00%. 新黏弹性胶体缓冲器设计值与实测值对比如表6所示，表中能量吸收率为不同频率下射击频率模拟试验能量吸收率的平均值。图14为根据新指标设计的新黏弹性胶体缓冲器静压试验力与位移曲线，从图中可以看出其预紧力为1 350 N，最大行程为7 mm，最大力为5 475 N，均满足设计要求。

表6 遥控武器站新黏弹性胶体缓冲器

设计值与实测值对比

Tab.6 Design and measured values of viscoelastic elastomer damper for a remote weapon station

数据类别预紧力/N最大行程/mm最大承力/N能量吸收率/%设计值12008500065.00实测值13507547577.28

图14 新黏弹性胶体缓冲器静压试验力- 位移曲线Fig.14 Force-displacement curve of new viscoelastic elastomer damper in static pressure test

实际上，遥控武器站射击过程中提供给缓冲器的最大力并未达到5 kN. 通过上述弹簧缓冲器试验结果可知，当弹簧缓冲器达到最大位移时，其最大受力约为3 kN左右，可见设计的最大力明显大于实际承受的最大力。但采用5 kN的最大设计力不仅有利于保证缓冲器有较宽的安全工作范围，提高缓冲器的安全系数，而且可以间接减小遥控武器站上机枪的后坐行程。其原因在于，黏弹性胶体缓冲器的能量吸收率只与自身结构相关[23]，与所受外界载荷无关，不论冲击力多大，其能量吸收率基本保持不变，上述落锤试验也证明了这一特点。因此，当冲击力较小时，黏弹性胶体缓冲器工作行程也随之减小。在受力不变情况下，增大最大设计力相当于间接地减小黏弹性胶体缓冲器的工作行程。例如新黏弹性胶体缓冲器受到2.5 kN力时，压缩行程仅为1.53 mm，而遥控武器站弹簧缓冲器在此压力下行程大约为10 mm，减小了一个数量级，明显降低了后坐行程。

遥控武器站上机枪的后坐行程与遥控武器站供弹链有一定关系，当后坐行程较大时，供弹链会出现扭转、卡弹等现象，降低后坐行程可以保证供弹过程的舒畅性，从而提高遥控武器站的可靠性。但黏弹性胶体缓冲器最大设计力并不是越大越好。缓冲器的外部结构尺寸限制了黏弹性胶体缓冲器中胶体材料的最大填充量，使得黏弹性胶体缓冲器的最大力存在最大边界。而且随着最大设计力的增加，黏弹性胶体缓冲器刚度逐渐增大、阻尼逐渐减小，导致能量吸收率随之降低。因此，只有在满足能量吸收率的前提下提高最大设计力，才能达到既保持良好储能、耗能性能，又起到降低后坐行程的效果。

图15为疲劳试验机分别加载2 Hz、5 Hz、10 Hz正弦波频率模拟遥控武器站120发/min、300发/min和600发/min射击工况下新黏弹性胶体缓冲器的滞回曲线。表7为不同频率下新黏弹性胶体缓冲器性能参数。结合图15和表7可以看出在不同频率下新黏弹性胶体缓冲器滞回曲线均呈梭形，形状较为饱满，且各频率下缓冲器平均能量吸收率为77.28 %，远大于65.00%的设计要求，反映了新黏弹性胶体缓冲器具有良好的抗振能力和耗能能力。采用热电偶测量了不同频率下连续加载300次时新黏弹性胶体缓冲器的温度，结果如表7所示。随着频率的升高，温度呈现上升趋势，在10 Hz时缓冲器温度为61.8 ℃，该温度属于新黏弹性胶体材料的正常工作温度范围(-50～80 ℃)。温度是影响黏弹性胶体缓冲器性能的主要因素之一，当胶体材料的工作温度升高或降低至适用温度范围以外时，黏弹性胶体缓冲器将失效，而设计的新黏弹性胶体缓冲器在不同频率下连续加载300次温度始终在正常工作范围内，远小于最高工作温度值，且胶体无泄漏发生，其力学特性和缓冲效果始终保持良好。可见，新黏弹性胶体缓冲器可适用于高射频长时间射击工况，具有良好的射频适应性。

图15 不同振动频率下新黏弹性胶体缓冲器滞回曲线Fig.15 Hysteresis loop curves of new viscoelastic elastomer damper at different vibration frequencies

6 结论

本文针对遥控武器站弹簧缓冲器刚度较大、阻尼较小导致射击密集度低、可靠性差等问题，研发了一种适用于遥控武器站的黏弹性胶体缓冲器。通过试验对比现有黏弹性胶体材料，配制了一种适用于遥控武器站具有良好黏温特性的黏弹性胶体材料。

表7 不同频率下新黏弹性胶体缓冲器性能参数

Tab.7 Performance parameters of new viscoelastic elastomer damper at different frequencies

频率/Hz最大位移/mm最大承力/mm能量吸收率/%加载300次后温度/℃26.01489874.6742.755.83508477.2452.5105.22527179.9361.8

根据遥控武器站原弹簧缓冲器性能和结构等参数，设计了黏弹性胶体缓冲器样机，通过静压试验和落锤试验，对比分析了黏弹性胶体缓冲器和弹簧缓冲器的力学特性。在不改变外部尺寸结构的基础下，为满足减小后坐行程的要求，设计了新黏弹性胶体缓冲器，通过静压试验和射击频率模拟试验分析了新黏弹性胶体缓冲器力学特性及射击频率适应性。

试验结果表明：

1) 配制的黏弹性胶体材料低温与高温动力黏度比为6.38，较现有黏弹性胶体材料下降了4.21倍，具有良好的黏温特性。

2) 弹簧缓冲器在12.5 mm处出现屈服现象，而黏弹性胶体缓冲器没有，且二者的最大阻抗力相差不大。

3) 弹簧缓冲器存在二次冲击现象，而黏弹性胶体缓冲器样机没有；黏弹性胶体缓冲器样机落锤试验平均能量吸收率为84.35%，是弹簧缓冲器的1.47倍。

4) 新黏弹性胶体缓冲器预紧力为1 350 N，最大行程为7 mm，最大力为5 475 N，能量吸收率为77.28%，满足设计要求；不同频率下新黏弹性胶体缓冲器滞回曲线均呈梭形，形状较为饱满，10 Hz加载300次时缓冲器温度最高，为61.8 ℃，具有良好的射击频率适应性。

因此，黏弹性胶体缓冲器不仅具有良好的能量吸收率，可有效减小后坐行程、消耗多余能量，而且可适应遥控武器站不同射击频率的射击工况，起到提高遥控武器站射击密集度和可靠性的目的，为提高遥控武器站性能奠定基础。