微后坐力自动炮转膛机构设计

微后坐力自动炮转膛机构设计

1. 任务要求

微后坐力自动炮技术研究是研究一种新型火炮自动发射技术。利用后喷火药燃气抵消发射时后坐冲量实现微后坐力，利用转膛原理实现自动发射，以减轻自动炮重量，提高自动炮机动性，对自动炮技术发展具有积极意义。转膛结构设计，是在分析微后坐力自动炮原理的基础上，构建微后坐力自动炮转膛结构方案，设计转膛结构，分析其可行性。

主要研究内容包括：

1）微后坐力自动炮原理分析；

2）微后坐力自动炮转膛结构方案构建；

3）微后坐力自动炮转膛结构工程设计与可行性分析计算。

原始数据：

口径35mm。

2. 设计过程

（1）典型转膛装置的工作原理

单管转膛炮的典型结构（参见图1）是具有单根身管和一个转膛，转膛大都具有5个（或4个）均布的身管线膛分离的弹膛。此转膛在连发过程中做间歇旋转，每个击发瞬间，转膛与身管相对固定不动，转膛中的某一个弹膛（图1中为最下方弹膛）恰好与身管对准。该弹被击发后（通常为电击发），由身管侧孔导出一部分高压火药燃气通过活塞带动滑板做直线运动。滑板的直线运动通过滚轮槽拨动滚轮，驱动转膛转到下一个工位，使相邻的下一个弹膛依次与身管对准发射弹丸。转膛一次间歇旋转可使进弹、推弹、推弹、击发、抽筒、抛筒等机构动作在不同工位上同时重叠进行，从而达到缩短自动机工作循环时间、提高射速的目的。

图2-1典型导气式转膛装置

转膛式自动机发射原理有许多独特的优点：转膛是自动机利用多个弹膛并行工作，大大缩短了自动循环时间，大幅度地提高了射速。与多管武器提高射速的原理相比较，采用转膛原理，武器体积和质量的增加不太多。当然转膛自动机也有其不足之处。由于弹膛与身管分离产生的气体泄漏以及有此连带产生的身管寿命问题，初速降低问题，转膛定位问题等。

（2）转膛炮密封装置

由于转膛炮采用了与炮膛分离的结构，因此，妥善解决发射时火药燃气从身管与转膛结合处的泄露问题，就成了此类武器的关键技术之一。

采用紧塞套管，原理如图2所示。当弹丸进入套管后，火药燃气作用在套管的后端面上，使其向前与身管的后端面紧密贴合，起到密封作用当膛压消失时，紧塞套管与身管松开，一边转膛旋转。

图2 密封装置原理

弹性密封圈的工作原理如图3所示，火药燃气作用在其后部的内凹面上，使

其端面与身管的后端面贴紧而起密封作用。不同于紧塞套管的是其壁厚较薄，工作时有较大的弹性变形，对加工不十分精细的身管后端面也能较好的贴合，与其安装孔径之间的景象贴合也较好。

图3 弹性密封圈

（3）转膛结构的设计

35mm微后坐力炮转膛机构，相关数据要求如下：

口径：35mm

平均最大膛压：200Mpa

理论射速：600发/min

就无后坐炮整体结构而言，它比一般火炮简单，但它的合膛结构要比一般火炮复杂，结构形式也比一般火炮多样化。所谓“合膛结构”是指火炮内膛、弹丸和装药所构成的相互协调、相互配合的总体结构。简而言之，合膛结构是炮弹药构成的综合体。合膛设计是无后坐炮设计的基础部分。如前所述，弹道设计方案的实现，依赖于合膛机构设计。合膛结构应具有以下五个主要组成部分：火炮内膛结构、弹丸结构、装药结构、点火机构和密封元件。

图4 合膛结构

每个单膛的直径为100mm，在四膛转膛机构中为保证100mm的弹膛基本厚度，如图5所示每个单膛应在转股中在以半径75mm为半径的圆周上布置，的转鼓直径应为250mm。

图5 膛鼓尺寸

在考虑到与转鼓相连的定位装置和密封装置以及传动装置之后，转鼓结构如图6，增加定位装置，以及摆动滚子从动件凸轮的从动件的推杆与中心轴。

图6 转鼓

（4）传动装置的设计

转膛炮的能源选择分为内能源和外能源，根据特点选用外能源自动机。

摆动滚子从动件凸轮可在不改变运动方向的前提下直接以圆周运动控制从

动件的圆周运动规律。常规摆动滚子从动件凸轮机构只能控制从动件做往复摆动。在这里我们将四个摆动从动件串联，是的从动件可以360°转动。其基本尺寸参数入下：

e=

偏心距，

40

5

a

T

r mm

r mm

=

=

基圆半径

滚子半径

，

70

30

a mm

l mm

=

=

运动规律如图7所示：

图7转鼓角位移随时间变化的曲线

使用作图法设计出此凸轮：

图8 传动凸轮

（5）传动装置的设计

目前常见的密封结构有两种：紧塞套管、弹性密封圈。

紧塞套管结构简单，效果较好，但对贴合面的加工要求较高。弹性密封圈壁厚较薄，工作时有较大的弹性变形，对加工不十分精细的身管后端面也能较好的贴合，其与安装孔之间的径向贴合也较好。这里我们采用紧塞套管作为密封装置，如图3-10。

图9 密封装置

（6）定位装置结构

定位装置的开锁、闭锁动作取决于转膛的角位移，而转膛的角位移又与传动凸轮的角位移呈固定函数关系，因此这里我们使用一个与传动凸轮同轴等速运动的凸轮来拨动杠杆来控制定位装置的动作。如图10所示

图10转膛定位机构的控制装置

图11 膛鼓定位位置间隔角度

（7）总体结构

总体来说，如图12所示，本课题利用转鼓的角位移与动力输入轴的角位移呈固定的函数关系这一特点，利用摆动从动件凸轮机构控制转鼓的转动，利用与输入轴同轴同转速的圆柱凸轮控制杠杆拨动定位装置的开锁与闭锁，实现转鼓、定位装置、动力输入装置之间的联动。

图12 转膛装置的总体结构