高射频浮动自动步枪动力学仿真研究
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性和易修改性
参考文献:
[1] Zambonelli F, Bergenti F, Di Marzo G. Methodologies and Software Engineering for Agent Systems [J]. AgentLink News. 2002, (9): 23-25.
[2] 罗自荣, 常明, 肖人彬. 面向虚拟环境的场景管理关键技术及其 实现研究[J]. 系统仿真学报, 2003, 15(6): 23-27.
1 提高射频措施[1]
的速度损失 采用高效自动机缓冲簧 用以吸收和释放能量 减小自动机后坐到位时枪击框与机匣碰撞造成的速度损失
(4) 采用辅助供弹机构进行供弹 以有效缩短自动机的 工作行程
2 动力学仿真
2.1 浮动自动机模型
根据某自动步枪的结构特点 可简化为如图 1 所示力学 模型 其中 F1 为气室内火药燃气压力作用于气室前壁的合 力 F2 为气室内火药燃气压力作用于活塞的合力 F3 为膛 内火药燃气压力作用于膛底的合力
度 复进簧刚度等参数对射频的影响规律 光幕靶测试系统获得的试验结果与仿真结果符合一致
为这种步枪的设计提供了有价值的参考
关键词 射击频率 自动步枪 浮动 点射
中图分类号 TJ22
文献标识码 A
文章编号 1004-731X (2006) 08-2190-02
Dynamics simulation of high firing rate and floating automatic rifle
1 2 3 4 56
提高射击频率的本质就是缩短自动机循环一次所需时 间 自动机循环时间与自动机的速度及行程有关 提高自动 机运动速度 缩短自动机行程是提高射击频率的有效措施
(1) 导气孔位置后移 增大导气孔直径 减小活塞与气 室壁间的间隙 应保证自动机工作的灵活性 以增大气室 内的火药气体冲量 从而提高自动机的运动速度 应当综合 考虑这些参数变化后对内弹道性能的影响
2190
万方数据
第 18 卷第 8 期 2006 年 8 月
贾智宏, 等 高射频浮动自动步枪动力学仿真研究
Vol. 18 No. 8 Aug., 2006
显的撞击并后坐 同时自动机开始复进 推弹入膛 机头闭 锁 枪机框复进到位 此时打响第二发弹 第二发弹打响后 自动机后坐到位撞击浮动体 浮动体再后坐到位与外机匣碰 撞此时射手的姿态开始变形但第二发弹已经出膛
JIA Zhi-hong, GE Teng, ZHOU Ke-dong
(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China)
Abstract: The virtual prototype of high firing rate automatic rifle was established. The influence of structure parameters of airway device, the stiffness of buffer spring and return spring on firing rate was studied. The firing rate of automatic rifle was measured with the optical screen testing system. The simulation results of firing rate agreed with testing results well. The obtained results provide the reference for the designing of high firing rate automatic rifle. Key words: firing rate; automatic rifle; floating; burst firing
活塞直 径(mm)
11 12 13 14
表 1 活塞直径对自动机工作频率的影响分析
自动机后坐 自动机复进 自动机循环 射频 射频增
时间(ms) 时间(ms) 时间(ms) (rpm) 量(%)
12.9
16
29.3
2047
/
11.4
16.1
27.5
2182 6.6
10.2
16.2
26.4
2273 11
4.3 组装 Agent
本步主要由两步完成 定义 Agent 结构和定义结构中的 组件 设计者可以选择自己设计 Agent 结构和组件或采取现 有的结构如 BDI 和预先定义好的组件
4.4 系统设计
MaSE 的最后一个步骤就是系统设计 根据 Agent 类创 建实际的 Agent 实例 并部署到实际的网络主机上
2.2 虚拟样机模型
ADAMS 中可以直接创建完全参数化的系统几何模型 但 对于形状复杂的零件模型创建起来非常困难 因而 MDI 公司 开发了连接三维实体建模软件Pro/ENGINEER 与ADAMS 的接 口模块——MECHANISM/Pro 模块 二者采用无缝连接的方 式 不需要退出 Pro/ENGINEER 应用环境 就可以将装配完毕 的总成根据其运动关系定义机械系统模型 进行系统的运动学 或动力学仿真 使用它还可以在 Pro/ ENGINEER 中定义刚体和 施加约束后 将模型传送到 ADAMS/ View 中 以便进行全面 的动力学分析[2] 本文先在 Pro/ENGINEER 中建立零件的精 确的三维实体模型并定义为刚体 然后导入 ADAMS/View 中添加约束副和载荷后进行动力学仿真分析
根据勃拉文经验公式 火药燃气压力作用于活塞的合力 及气室前壁的合力定义为
if(time-t:0,0,p*s*exp(-(time-t)/b)*(1-exp(-a*(time-t)/b)) 式中 time—当前仿真时间 t—气室压力作用时间 p—弹头 过导气孔瞬间的膛内平均压力 s—活塞面积 b—与膛内压力 冲量有关的时间参数 a—与导气装置结构尺寸有关的参数
引 言1
自动步枪的命中概率特别是点射命中概率是自动步枪 的一个重要技术指标 现有自动步枪的射弹散布受人为因素 的影响较大 已成为提高命中概率的一大难题 高射频点射 浮动技术是解决这一难题的重要方法 高射频与浮动原理的 结合 使得高射频点射最后一发弹出膛以后 射手的姿态才 开始变形 从而保证步枪的点射精度 因此对高射频点射浮 动技术进行研究具有重要意义 而如何实现高射频是研究高 频浮动技术的一个技术难点 通过建立高射频浮动自动步枪 的动力学模型并进行数值仿真与试验研究 获得了导气结构 参数 自动机缓冲簧参数等对射频的影响规律
2191
(下转第 2198 页)
万方数据
第 18 卷第 8 期 2006 年 8 月
系统仿真学报
Vol. 18 No. 8 Aug., 2006
4.2 构造会话
MaSE 的会话定义了两个 Agent 间的交互协议 一个会话 通常包含两个 Agent 类 发信端和收信端 会话采用通信类图 表示 通信类图是确定两个 Agent 间对话的有限状态机
5 结论
MaSE 方法是一种分析 设计和构造多 Agent 软件系统 的有力手段 其目的是引导设计者从最初的系统需求到实现 Agent 系统 在分析阶段 利用目标层次图表达系统需求分 析 采用顺序图表示系统中的事件及其发生的顺序 再根据 系统目标确定角色及任务 在设计阶段 首先通过将分析阶 段的角色和任务转化为 Agent 类和会话定义系统的组织结 构 然后定义 Agent 类的内部详细结构和具体的会话 进而 对整个系统进行设计 分析和设计阶段创建的每个对象都能 向前或向后跟踪到其他阶段设计相关对象
2.3 仿真结果
(1) 活塞面积对射频影响 从图 2 和图 3 中可以看出随着活塞直径的增大气室内的 压力是减小的 自动机循环时间缩短进而提高武器射频 这 是由于增大活塞面积尽管因活塞运动使气室容积变化增大 而导致气室内压力及单位面积压力冲量有所降低 但对整个 活塞作用的冲量却是增加的 表 1 给出了随活塞直径变化射 频计算结果 从表中可以看出随着活塞面积增大 自动机后 坐时间明显缩短而复进时间无明显变化 (2) 自动机行程对射频影响(表 2) (3) 导气孔直径对射频影响(表 3)
第 18 卷第 8 期 2006 年 8 月
系 统 仿 真 学 报© Journal of System Simulation
Vol. 18 No. 8 Aug., 2006
高射频浮动自动步枪动力学仿真研究
贾智宏, 葛 藤, 周克栋
南京理工大学机械工程学院, 江苏南京 210094
摘 要 建立了某高射频自动步枪虚拟样机模型 系统研究了导气装置结构参数 自动机缓冲簧刚
本文运用多 Agent 系统工程 MaSE 方法分析 设计 和构造虚拟维修训练系统 为虚拟维修系统的需求分析 设
计 建模等软件开发环节提供了方法 技术和工具 并采用
图形模型刻画了系统需求 行为 角色及系统体系结构及各
个模型之间的联系 从而使抽象的概念模型能够很好地指导
系统的设计实现 提高了大型复杂软件系统的健壮性 灵活
载荷分别为膛内火药燃气压力作用于膛底的合力 气室 内火药燃气压力作用于气室前壁的合力 气室内火药燃气压 力作用于活塞的合力 在 ADAMS 中膛内火药燃气压力作用 于膛底的合力定义为
if(time-t1-t2: AKISPL(time, 0, spline_n, 0)*s, 0, 0) 式中 time—当前仿真时间 t1—内弹道终了时间 t2—后 效期作用时间 s—枪膛断面面积 spline_n—膛压曲线
(2) 增大活塞面积 受武器横向尺寸制约 (3) 采用较大的枪机框与枪机质量比以减小撞击引起
收稿日期 2005-06-07
修回日期 2005-10-26
作者简介 贾智宏(1974-), 河北唐县人, 博士生 研究方向为复杂机械系
统动力学仿真
F1 F2
F3
1 枪机框及其带动部件 2 复进簧组件 3 自动机缓冲簧 4 浮动体 5 浮动簧 6 外机匣
图 1 浮动自动机受力简图
其中浮动体与外机匣通过浮动簧相连接 点射状态下 当第一发弹击发后 作用于弹壳底部合力冲量作用于浮动体 和自动机 使其一同后坐 当弹丸经过导气孔后 自动机在 气室压力作用下相对浮动体后坐 走完自由行程后 机框带 动机头开锁 抽壳 抛壳 然后自动机压缩自动机缓冲簧完 成后坐行程 后坐到位后撞击浮动体 浮动体受到第二次明
表 5 复进簧组件预压力对自动机工作频率的影响分析
预压力(N) 自动机循环时间(ms) 射频(rpm) 射频47
/
82
27.7
2166
5.8
122
26.4
2272
11
3 试验结果
3.1 试验设备
光幕靶测试系统 固定枪架 某新型自动步枪 某型普 通弹
3.2 试验原理
光幕靶测试系统的红外光幕靶有两个发射模块 两个接
表 4 缓冲簧刚度对自动机工作频率的影响分析
缓冲簧刚度(N/mm) 自动机循环时间(ms) 射频(rpm) 射频增量(%)
10
28.9
2076
/
15
27.8
2158
3.9
20
26.4
2272
9.4
(5) 复进簧组件预压力对射频影响 随着预压力的加大 自动机后坐时间变长但复进时间明 显变短导致自动机循环时间缩短
10.8
16.3
27.1
2214
9.2
85
10.1
15.9
26
2308
14
表 3 导气孔直径对自动机工作频率的影响分析
导气孔直径(mm) 自动机循环时间(ms) 射频(rpm) 射频增量(%)
1.6
29.5
2034
/
1.8
27.7
2166
6.4
2.0
26.9
2230
9.6
(4) 自动机缓冲簧刚度对射频影响 随着缓冲簧刚度的增加 自动机后坐时间没有明显变 化 自动机复进时间明显缩短从而提高射频
9.3
16.4
25.7
2335 14
图 2 气室压力曲线
图 3 自动机相对浮动体位移曲线
表 2 自动机行程对自动机工作频率的影响分析
自动机行 程(mm)
自动机后坐 自动机复进 自动机循环 时间(ms) 时间(ms) 时间(ms)
射频(rpm)
射频 (%)
增
量
100
12.2
17.4
29.6
2027
/
90
参考文献:
[1] Zambonelli F, Bergenti F, Di Marzo G. Methodologies and Software Engineering for Agent Systems [J]. AgentLink News. 2002, (9): 23-25.
[2] 罗自荣, 常明, 肖人彬. 面向虚拟环境的场景管理关键技术及其 实现研究[J]. 系统仿真学报, 2003, 15(6): 23-27.
1 提高射频措施[1]
的速度损失 采用高效自动机缓冲簧 用以吸收和释放能量 减小自动机后坐到位时枪击框与机匣碰撞造成的速度损失
(4) 采用辅助供弹机构进行供弹 以有效缩短自动机的 工作行程
2 动力学仿真
2.1 浮动自动机模型
根据某自动步枪的结构特点 可简化为如图 1 所示力学 模型 其中 F1 为气室内火药燃气压力作用于气室前壁的合 力 F2 为气室内火药燃气压力作用于活塞的合力 F3 为膛 内火药燃气压力作用于膛底的合力
度 复进簧刚度等参数对射频的影响规律 光幕靶测试系统获得的试验结果与仿真结果符合一致
为这种步枪的设计提供了有价值的参考
关键词 射击频率 自动步枪 浮动 点射
中图分类号 TJ22
文献标识码 A
文章编号 1004-731X (2006) 08-2190-02
Dynamics simulation of high firing rate and floating automatic rifle
1 2 3 4 56
提高射击频率的本质就是缩短自动机循环一次所需时 间 自动机循环时间与自动机的速度及行程有关 提高自动 机运动速度 缩短自动机行程是提高射击频率的有效措施
(1) 导气孔位置后移 增大导气孔直径 减小活塞与气 室壁间的间隙 应保证自动机工作的灵活性 以增大气室 内的火药气体冲量 从而提高自动机的运动速度 应当综合 考虑这些参数变化后对内弹道性能的影响
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万方数据
第 18 卷第 8 期 2006 年 8 月
贾智宏, 等 高射频浮动自动步枪动力学仿真研究
Vol. 18 No. 8 Aug., 2006
显的撞击并后坐 同时自动机开始复进 推弹入膛 机头闭 锁 枪机框复进到位 此时打响第二发弹 第二发弹打响后 自动机后坐到位撞击浮动体 浮动体再后坐到位与外机匣碰 撞此时射手的姿态开始变形但第二发弹已经出膛
JIA Zhi-hong, GE Teng, ZHOU Ke-dong
(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China)
Abstract: The virtual prototype of high firing rate automatic rifle was established. The influence of structure parameters of airway device, the stiffness of buffer spring and return spring on firing rate was studied. The firing rate of automatic rifle was measured with the optical screen testing system. The simulation results of firing rate agreed with testing results well. The obtained results provide the reference for the designing of high firing rate automatic rifle. Key words: firing rate; automatic rifle; floating; burst firing
活塞直 径(mm)
11 12 13 14
表 1 活塞直径对自动机工作频率的影响分析
自动机后坐 自动机复进 自动机循环 射频 射频增
时间(ms) 时间(ms) 时间(ms) (rpm) 量(%)
12.9
16
29.3
2047
/
11.4
16.1
27.5
2182 6.6
10.2
16.2
26.4
2273 11
4.3 组装 Agent
本步主要由两步完成 定义 Agent 结构和定义结构中的 组件 设计者可以选择自己设计 Agent 结构和组件或采取现 有的结构如 BDI 和预先定义好的组件
4.4 系统设计
MaSE 的最后一个步骤就是系统设计 根据 Agent 类创 建实际的 Agent 实例 并部署到实际的网络主机上
2.2 虚拟样机模型
ADAMS 中可以直接创建完全参数化的系统几何模型 但 对于形状复杂的零件模型创建起来非常困难 因而 MDI 公司 开发了连接三维实体建模软件Pro/ENGINEER 与ADAMS 的接 口模块——MECHANISM/Pro 模块 二者采用无缝连接的方 式 不需要退出 Pro/ENGINEER 应用环境 就可以将装配完毕 的总成根据其运动关系定义机械系统模型 进行系统的运动学 或动力学仿真 使用它还可以在 Pro/ ENGINEER 中定义刚体和 施加约束后 将模型传送到 ADAMS/ View 中 以便进行全面 的动力学分析[2] 本文先在 Pro/ENGINEER 中建立零件的精 确的三维实体模型并定义为刚体 然后导入 ADAMS/View 中添加约束副和载荷后进行动力学仿真分析
根据勃拉文经验公式 火药燃气压力作用于活塞的合力 及气室前壁的合力定义为
if(time-t:0,0,p*s*exp(-(time-t)/b)*(1-exp(-a*(time-t)/b)) 式中 time—当前仿真时间 t—气室压力作用时间 p—弹头 过导气孔瞬间的膛内平均压力 s—活塞面积 b—与膛内压力 冲量有关的时间参数 a—与导气装置结构尺寸有关的参数
引 言1
自动步枪的命中概率特别是点射命中概率是自动步枪 的一个重要技术指标 现有自动步枪的射弹散布受人为因素 的影响较大 已成为提高命中概率的一大难题 高射频点射 浮动技术是解决这一难题的重要方法 高射频与浮动原理的 结合 使得高射频点射最后一发弹出膛以后 射手的姿态才 开始变形 从而保证步枪的点射精度 因此对高射频点射浮 动技术进行研究具有重要意义 而如何实现高射频是研究高 频浮动技术的一个技术难点 通过建立高射频浮动自动步枪 的动力学模型并进行数值仿真与试验研究 获得了导气结构 参数 自动机缓冲簧参数等对射频的影响规律
2191
(下转第 2198 页)
万方数据
第 18 卷第 8 期 2006 年 8 月
系统仿真学报
Vol. 18 No. 8 Aug., 2006
4.2 构造会话
MaSE 的会话定义了两个 Agent 间的交互协议 一个会话 通常包含两个 Agent 类 发信端和收信端 会话采用通信类图 表示 通信类图是确定两个 Agent 间对话的有限状态机
5 结论
MaSE 方法是一种分析 设计和构造多 Agent 软件系统 的有力手段 其目的是引导设计者从最初的系统需求到实现 Agent 系统 在分析阶段 利用目标层次图表达系统需求分 析 采用顺序图表示系统中的事件及其发生的顺序 再根据 系统目标确定角色及任务 在设计阶段 首先通过将分析阶 段的角色和任务转化为 Agent 类和会话定义系统的组织结 构 然后定义 Agent 类的内部详细结构和具体的会话 进而 对整个系统进行设计 分析和设计阶段创建的每个对象都能 向前或向后跟踪到其他阶段设计相关对象
2.3 仿真结果
(1) 活塞面积对射频影响 从图 2 和图 3 中可以看出随着活塞直径的增大气室内的 压力是减小的 自动机循环时间缩短进而提高武器射频 这 是由于增大活塞面积尽管因活塞运动使气室容积变化增大 而导致气室内压力及单位面积压力冲量有所降低 但对整个 活塞作用的冲量却是增加的 表 1 给出了随活塞直径变化射 频计算结果 从表中可以看出随着活塞面积增大 自动机后 坐时间明显缩短而复进时间无明显变化 (2) 自动机行程对射频影响(表 2) (3) 导气孔直径对射频影响(表 3)
第 18 卷第 8 期 2006 年 8 月
系 统 仿 真 学 报© Journal of System Simulation
Vol. 18 No. 8 Aug., 2006
高射频浮动自动步枪动力学仿真研究
贾智宏, 葛 藤, 周克栋
南京理工大学机械工程学院, 江苏南京 210094
摘 要 建立了某高射频自动步枪虚拟样机模型 系统研究了导气装置结构参数 自动机缓冲簧刚
本文运用多 Agent 系统工程 MaSE 方法分析 设计 和构造虚拟维修训练系统 为虚拟维修系统的需求分析 设
计 建模等软件开发环节提供了方法 技术和工具 并采用
图形模型刻画了系统需求 行为 角色及系统体系结构及各
个模型之间的联系 从而使抽象的概念模型能够很好地指导
系统的设计实现 提高了大型复杂软件系统的健壮性 灵活
载荷分别为膛内火药燃气压力作用于膛底的合力 气室 内火药燃气压力作用于气室前壁的合力 气室内火药燃气压 力作用于活塞的合力 在 ADAMS 中膛内火药燃气压力作用 于膛底的合力定义为
if(time-t1-t2: AKISPL(time, 0, spline_n, 0)*s, 0, 0) 式中 time—当前仿真时间 t1—内弹道终了时间 t2—后 效期作用时间 s—枪膛断面面积 spline_n—膛压曲线
(2) 增大活塞面积 受武器横向尺寸制约 (3) 采用较大的枪机框与枪机质量比以减小撞击引起
收稿日期 2005-06-07
修回日期 2005-10-26
作者简介 贾智宏(1974-), 河北唐县人, 博士生 研究方向为复杂机械系
统动力学仿真
F1 F2
F3
1 枪机框及其带动部件 2 复进簧组件 3 自动机缓冲簧 4 浮动体 5 浮动簧 6 外机匣
图 1 浮动自动机受力简图
其中浮动体与外机匣通过浮动簧相连接 点射状态下 当第一发弹击发后 作用于弹壳底部合力冲量作用于浮动体 和自动机 使其一同后坐 当弹丸经过导气孔后 自动机在 气室压力作用下相对浮动体后坐 走完自由行程后 机框带 动机头开锁 抽壳 抛壳 然后自动机压缩自动机缓冲簧完 成后坐行程 后坐到位后撞击浮动体 浮动体受到第二次明
表 5 复进簧组件预压力对自动机工作频率的影响分析
预压力(N) 自动机循环时间(ms) 射频(rpm) 射频47
/
82
27.7
2166
5.8
122
26.4
2272
11
3 试验结果
3.1 试验设备
光幕靶测试系统 固定枪架 某新型自动步枪 某型普 通弹
3.2 试验原理
光幕靶测试系统的红外光幕靶有两个发射模块 两个接
表 4 缓冲簧刚度对自动机工作频率的影响分析
缓冲簧刚度(N/mm) 自动机循环时间(ms) 射频(rpm) 射频增量(%)
10
28.9
2076
/
15
27.8
2158
3.9
20
26.4
2272
9.4
(5) 复进簧组件预压力对射频影响 随着预压力的加大 自动机后坐时间变长但复进时间明 显变短导致自动机循环时间缩短
10.8
16.3
27.1
2214
9.2
85
10.1
15.9
26
2308
14
表 3 导气孔直径对自动机工作频率的影响分析
导气孔直径(mm) 自动机循环时间(ms) 射频(rpm) 射频增量(%)
1.6
29.5
2034
/
1.8
27.7
2166
6.4
2.0
26.9
2230
9.6
(4) 自动机缓冲簧刚度对射频影响 随着缓冲簧刚度的增加 自动机后坐时间没有明显变 化 自动机复进时间明显缩短从而提高射频
9.3
16.4
25.7
2335 14
图 2 气室压力曲线
图 3 自动机相对浮动体位移曲线
表 2 自动机行程对自动机工作频率的影响分析
自动机行 程(mm)
自动机后坐 自动机复进 自动机循环 时间(ms) 时间(ms) 时间(ms)
射频(rpm)
射频 (%)
增
量
100
12.2
17.4
29.6
2027
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90