某小口径枪械内弹道时期枪管的动态响应研究

方义川,王永娟,孙国旭

(1.南京理工大学 机械工程学院,江苏 南京 210094;2.内蒙古北方重工业集团有限公司 南京研发中心,江苏 南京 211100)

枪管是自动武器的关键部件,内弹道时期其受到高温、高压以及高速弹丸的载荷作用会产生变形和振动,这对于枪管寿命以及射击精度会产生显著影响[1-2]。因此掌握内弹道时期枪管的动态响应规律对于推动自动武器结构设计由传统的静态设计向动态设计转变具有重要意义。

在枪管的热弹耦合响应方面,徐宁等[3]通过建立转管机枪枪管的有限元模型,比较热载荷单独作用、膛压载荷单独作用以及热弹耦合作用条件下的计算结果,说明热载荷对于枪管耦合应力响应影响较大,且轴向、周向和径向的响应规律存在差异;文献[4-5]在温度响应分析的基础上,将非均匀温度场作为热力学边界条件对身管进行热弹耦合分析。现有研究在计算热弹耦合响应时,大多不考虑轴向热传递的边界条件,这与实际的三维模型存在较大的差异性。在枪管的振动方面,刘国庆等[6]采用非线性有限元方法建立了运动步枪的弹/枪相互作用模型,计算得到了枪口的横向振动规律;周齐郑等[7]将火炮身管简化为Bernoulli-Euler均匀等截面悬臂梁,采用小参数法求解得到了单发弹丸激励下身管振动方程的近似解;于情波等[8]同样将身管简化为变截面悬臂梁,建立了以振动理论为基础的弹枪耦合有限元动力学模型。现有模型大多针对弹/枪相互作用或将身管简化为悬臂梁进行枪管振动响应计算,未考虑枪管组件在射击过程中与架座、机匣、导气装置或其他组件的相互作用,与实际的约束情况存在差异。……