非线性弹性胶体缓冲器及其在机枪上的应用研究

发布时间：2020-08-22 21:06

【摘要】：弹簧缓冲器是机枪与武器平台之间常用的缓冲装置,但是弹簧缓冲器存在一些缺点如能量吸收率低、稳定性差、反弹冲击力大等。为此,相关科研单位一直在寻求一款高性能缓冲器代替弹簧缓冲器作为枪身缓冲器以提高机枪射击性能。研究发现非线性弹性胶体缓冲器能量吸收率高、阻抗力低、缓冲复进过程平稳,且可在-50℃至250℃的环境中保持良好的性能。因此,本文探索将非线性弹性胶体缓冲器应用于机枪与武器平台上,构建非线性弹性胶体缓冲器数学模型和动力学仿真分析模型,研究非线性弹性胶体缓冲器的特性,并通过试验验证模型准确性,为提高机枪射击精度和降低机枪射击后坐提供技术支撑。本文主要研究内容有:根据机枪与武器平台的空间限制设计并加工非线性弹性胶体缓冲器样机。以胶体的粘弹性特性为理论依据,根据落锤试验和静压试验所得阻抗力和位移关系求解非线性弹性胶体缓冲器的阻尼力公式和弹性力公式,推导出非线性弹性胶体缓冲器数学模型。根据胶体的阻尼系数和弹性刚度的变化规律,构建非线性弹性胶体缓冲器动力学仿真分析模型,并通过落锤试验和静压试验验证模型的准确性。仿真及试验结果表明,不同试验所得非线性弹性胶体缓冲器最大阻抗力和模型仿真所得最大阻抗力相对误差小于5%,因此非线性弹性胶体缓冲器动力学仿真分析模型基本可以反映非线性弹性胶体缓冲器的力学特性。通过仿真的方式分析连续冲击载荷下非线性弹性胶体缓冲器的温度变化,仿真中缓冲器最高温度256.13℃略高于胶体的使用要求250℃,但是考虑到实际应用中空气流通和间歇性冲击等因素,可推断该缓冲器基本满足工作需求。根据内弹道方程求解某型机枪射击时的膛底合力,结合非线性弹性胶体缓冲器动力学仿真模型确定缓冲器预压力为800N。建立机枪射击枪口扰动动力学分析模型,分析非线性弹性胶体缓冲器对机枪射击精度的影响,结果表明使用非线性弹性胶体缓冲器相对使用原弹簧缓冲器阻抗力降低23.1%,能量吸收率提高37.2%,枪口上下方向扰动降低12.9%,左右扰动降低了25%。因此,根据本文的研究非线性弹性代替弹簧缓冲器作为枪身缓冲器基本可行。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ203.7
【图文】：

弹簧缓冲器,结构示意图,缓冲簧

1 端盖；2 销；3 活塞杆；4 缓冲簧；5 缓冲器缸筒图 1.1 弹簧缓冲器结构示意图冲器主要由缓冲弹簧、缸筒组件、活塞杆组件组成，该缓冲器是目置。弹簧缓冲器工作时，缓冲簧在外部冲击力的作用下被压缩，外簧的弹性势能被贮存起来，继而获得缓冲效果；当外部冲击力撤销的作用下缓冲器活塞复位，冲击完成[4]。弹簧缓冲器的缓冲簧有多、环形弹簧、蝶形弹簧，它们结构不同但是工作原理相同。弹簧缓单、保养维修方便、性能可靠、耐久性好、不受温度影响等，但是冲器复进时能量释放过快，在惯性的作用下容易产生强烈的回弹和精度要求高、稳定性要求好的场合。压式缓冲器（如图 1.2）

液压缓冲器,弹簧,结构示意图,缓冲簧

销；3 活塞杆；4 缓冲簧；5 缓冲器 1.1 弹簧缓冲器结构示意图、缸筒组件、活塞杆组件时，缓冲簧在外部冲击力起来，继而获得缓冲效果复位，冲击完成[4]。弹簧缓簧，它们结构不同但是工性能可靠、耐久性好、不过快，在惯性的作用下容要求好的场合。.2）

结构示意图,缓冲器,下活塞,节流孔

中北大学学位论文式缓冲器主要由缸筒、活塞组件、活塞杆组件、节流孔、复位弹缓冲器工作时，外部冲击力推动活塞向内运动。在压力的作用下活塞间隙流动，阻尼孔和间隙的的节流作用将冲击能量转化为热到缓冲减震的作用。冲击完成以后，在复位弹簧的作用下活塞复根据节流孔不同可以分为多孔式、阀体式、芯棒式等。弹簧液压阻力更均衡、能量耗散率更高、容量也更大、性能更稳定，同时缓冲器的结构进行优化。虽然该缓冲器有众多优点，但是其结构，维修不便，密封要求高，需要经常维护、成本高等问题[5]。目广泛应用在车辆、工程机械、国防、航天航空等领域。冲器（如图 1.3）

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